一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法技术

一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法，所述复合材料由蜂窝状衬底材料、高导热膜层、基体材料和高导热颗粒组成，蜂窝状衬底材料为金属，高导热材料可为金刚石、石墨烯、碳纳米管中的单一物质或多种复合，基体材料为高导热金属材料或聚合物材料。本发明专利技术复合材料沿蜂窝状结构方向上形成连续的快速导热通道，且沿蜂窝轴向具有更好的定向导热性能，可在一定程度上实现对热的分级管理，材料利用率更高。此外，蜂窝结构具有可设计性强、质量稳定、高强轻质的特点，可满足航天航空、船舶、交通运输等领域对高性能轻质散热材料的需求。适于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法
本专利技术公开了一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法，属于复合材料制备

技术介绍
：现代科技的日新月异，让我们享受其成果所带的方便的同时，也为科研的工作带来了越来越多的挑战。随着电子信息产业的迅猛发展，多样化、超高集成、微型化、异性化成了电子器件的发展航向。对封装材料的要求自然水涨船高，各类导热材料也相继问世。从基体来分，有金属基、陶瓷基、聚合物基等；从增强体来分，有金刚石、石墨烯、碳纳米管等；从增强体的结构来分，有零维颗粒状、一维纤维或线状、二维薄片状、三维网络状和特殊结构等。专利CN105239026A提出了一种一维金刚石增强铝基复合材料及其制备方法专利，在铝基体中分布由若干一维金刚石线组成的金刚石阵列，一维金刚石线为表面改性金刚石线并与铝基体冶金结合；通过添加金刚石颗粒形成串并联复合导热结构进一步提升导热效率。专利CN105220049A提出了一种片状金刚石增强金属基复合材料及制备方法，在基体金属中设置有金刚石薄片，金刚石薄片与基体金属为冶金结合；专利CN105112754A提出了一种三维网络金刚石骨架增强铜基复合材料及制备方法，复合材料由金属基体(Al、Cu、Ag)、三维网络金刚石骨架和金刚石颗粒组成，通过金属基体中分布三维网络金刚石骨架使该复合材料沿三维金刚石骨架方向均具有优异的导热性能，并通过添加金刚石颗粒形成串并联复合导热结构进一步提升导热效率。与上述复合构型相比，六角蜂巢可以说是自然界的一大奇迹。它的结构比任何圆形或正方形的结构更强有力，能承担来自各方的外力。正是蜂窝这样特殊的结构，人类从中受到启发，即使最纤薄的材料，只要把它做成蜂窝形状，都能承受很大的外力，而且不易变形，这不仅减少了原材料的消耗，而且还能美化环境。蜂窝结构材料高强轻质的特点，多用于航空航天领域，它是应航空航天科技的特殊需要而发展起来的一种超轻型的复合材料，鲜有在高热导方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种沿蜂窝状结构方向上形成连续的快速导热通道，且沿蜂窝轴向具有更好的定向导热性能的蜂窝状结构增强复合材料及制备方法，本专利技术制备的复合材料可在一定程度上实现对热的分级管理，材料利用率更高。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，所述的复合材料包括蜂窝状增强体和基体材料，所述基体材料为高导热金属或聚合物；所述蜂窝状增强体是在蜂窝状衬底上包覆有高导热材料，所述的高导热材料选自金刚石膜、石墨烯膜、碳纳米管膜、金刚石/石墨烯膜、金刚石/碳纳米管膜、石墨烯/碳纳米管膜、金刚石/石墨烯/碳纳米管膜中的种。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，所述基体材料为高导热金属时，基体材料选自金属铜、铝、银、铜合金、铝合金、银合金中的一种，所述铜合金、铝合金、银合金中铜、铝、银的质量百分含量大于等于50％；聚合物基体为热塑性聚合物或热固性聚合物；所述热塑性聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙二醇酯、聚对苯二甲酸、聚甲醛、聚酰胺、聚砜中的一种；所述热固性聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、氨基树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、硅橡胶、发泡聚苯乙烯、聚氨酯中的一种。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，复合材料中还含有高导热颗粒，所述高导热颗粒选自金刚石颗粒、碳纳米管、石墨烯粉、石墨烯包覆金刚石颗粒、碳纳米管包覆金刚石颗粒中的至少一种。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，复合材料中，蜂窝状增强体的体积分数为5‐70％，基体材料体积分数为30‐95％，高导热颗粒体积分数为0‐50％，各组分体积百分之和为100％。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，蜂窝状衬底材料选自金属铜、钛、钨、钼、铬、镍中的一种或铜基合金、钛基合金、钼基合金中的一种，所述铜基合金、钛基合金、钼基合金中铜、钛、钼的质量百分含量大于等于50％。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，复合材料中包含至少一个蜂窝状增强体；或复合材料中包含多个蜂窝状增强体，蜂窝状增强体为片状或条状，所述的条状或片状蜂窝状增强体以阵列形式与基体材料复合；或所述的条状或片状蜂窝状增强体交替堆叠与基体材料复合；复合材料中的蜂窝状增强体相同或不同。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料，蜂窝状增强体中，由截面为六边形的蜂窝或矩形蜂窝依次排列构成，蜂窝状增强体的厚度为0.01～10mm，孔壁厚度0.01～5mm。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料的制备方法，包括下述步骤：第一步：制备蜂窝状增强体将蜂窝状结构衬底清洗、烘干；采用化学气相沉积在金刚石表面沉积高导热材料；高导热材料石墨、金刚石、石墨烯、碳纳米管的沉积工艺参数为：石墨烯CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；碳纳米管CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；金刚石CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10％；生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；通过对CVD沉积炉内施加等离子和磁场诱导，并实时调节碳气流量、生长温度、生长气压，实现高导热材料金刚石/石墨烯、金刚石/碳纳米管、金刚石/石墨烯/碳纳米管膜的CVD沉积，沉积参数为：石墨烯CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；碳纳米管CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；等离子电流密度0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；金刚石CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；高导热材料厚度为0.34nm-1mm；第二步：将蜂窝状增强体与基体进行复合，得到蜂窝状结构增强金属基或聚合物基复合材料；蜂窝状增强体与金属基体复合时，采用冷压烧结、热压烧结、等离子烧结、无压熔渗、压力熔渗、铸造中的一种技术进行复合；蜂窝状增强体与聚合物基体复合时，采用浸渍固化成型、注射成型、压制成型、滚塑成型、注塑成型、挤塑成型、层压成型、流延成型中的一种技术进行复合。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料的制备方法，第一步中，将蜂窝状结构衬底清洗、烘干后；先采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钨、钼、钛、银、铬中的一种或复合金属层后，再采用化学气相沉积高导热材料；金属层厚度为1nm-2μm。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料的制备方法，蜂窝状结构衬底表面制备金属层后，先浸泡于纳米金刚石粉或石墨烯粉或碳纳米管悬浊液中进行超声震荡种植籽晶，然后，采用化学气相沉积高导热材料。本专利技术一种蜂窝状结构增强复合材料的制备方法，蜂窝状增强体与金属基体复合时，先采用物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀、电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝状结构增强复合材料，其特征在于，所述的复合材料包括蜂窝状增强体和基体材料，所述基体材料为高导热金属或聚合物；所述蜂窝状增强体是在蜂窝状衬底上包覆有高导热材料，所述的高导热材料选自金刚石膜、石墨烯膜、碳纳米管膜、金刚石/石墨烯膜、金刚石膜/碳纳米管、石墨烯膜/碳纳米管、金刚石/石墨烯/碳纳米管膜中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状结构增强复合材料，其特征在于，所述的复合材料包括蜂窝状增强体和基体材料，所述基体材料为高导热金属或聚合物；所述蜂窝状增强体是在蜂窝状衬底上包覆有高导热材料，所述的高导热材料选自金刚石/石墨烯膜、金刚石膜/碳纳米管、石墨烯膜/碳纳米管、金刚石/石墨烯/碳纳米管膜中的一种；蜂窝状结构增强复合材料的制备方法，包括下述步骤：第一步：制备蜂窝状增强体将蜂窝状结构衬底清洗、烘干；采用化学气相沉积在金刚石表面沉积高导热材料；高导热材料金刚石、石墨烯、碳纳米管的沉积工艺参数为：金刚石CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10%；生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；石墨烯CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80%；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；碳纳米管CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50%；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；通过对CVD沉积炉内施加等离子体和磁场诱导，并实时调节碳气流量、生长温度、生长气压，实现高导热材料金刚石/石墨烯、金刚石/碳纳米管、金刚石/石墨烯/碳纳米管膜的CVD沉积，沉积参数为：金刚石CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10%；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；石墨烯CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80%；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0.1-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；碳纳米管CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50%；生长温度为400-1300℃，生长气压103-105Pa；等离子电流密度0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；高导热材料厚度为0.34nm-1mm；第二步：将蜂窝状增强体与基体进行复合，得到蜂窝状结构增强金属基或聚合物基复合材料；蜂窝状增强体与金属基体复合时，采用冷压烧结、热压烧结、等离子烧结、无压熔渗、压力熔渗、铸造中的一种技术进行复合；蜂窝状增强体与聚合物基体复合时，采用浸渍固化成型、注射成型、压制成型、滚塑成型、注塑成型、挤塑成型、层压成型、流延成型中的一种技术进行复合。2.根据权利要求1所述的一种蜂窝状结构增强复合材料，其特征在于，所述基体材料为高导热金属时，基体材料选自金属铜、铝、银、铜合金、铝合金、银合金中的一种，所述铜合金、铝合金、银合金中铜、铝、银的质量百分含量大于等于50%；聚合物基体为热塑性...

【专利技术属性】
技术研发人员：周科朝，魏秋平，马莉，余志明，张龙，叶文涛，张岳峰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43