导热复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种导热复合材料、其制备方法及应用，该制备方法包括：提供复合体，复合体包括金属基体及设于金属基体表面上的石墨层；在真空和加热条件下，于所述复合体的侧壁对所述复合体施加第一压力，使所述石墨层形成多个异向排布的石墨聚集体，同时所述金属基体熔融并与所述石墨聚集体混合，得到所述导热复合材料，其中，所述第一压力的方向与所述金属基体的表面的夹角为α，0

【技术实现步骤摘要】
导热复合材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及导热复合材料
，特别是涉及一种导热复合材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步与发展，电子器件不断向高集成、高功率、高智能化的方向发展。大功率电子器件的功率和热流密度增加5～8倍，由此也带来了热量集聚的问题，影响电子器件的正常运行和使用，甚至可能烧毁整个器件。为了避免长时间运作带来的高温问题，实现高效稳定散热，目前主要将热量通过铜制均热片、铝制散热材料、石墨高导热片或复合材料壳体进行有效传导。
[0003]金属材料具有良好的焊接性，有效的热导率和优良的结合强度，但其热导性能有限，不能满足日益高集成化带来的高热量聚集问题，如铜的热导率仅为397W/mK，铝的热导率仅为220W/mK。石墨等导热材料具有高的面内热导率，但其面间热导率较低，其导热性能呈现出各向异性，使得制备出的石墨基复合材料的导热性能也具有方向性，通常面间热导率不到面内热导率的10％，甚至面间热导率是面内热导率的1％，无法满足使用的导热需求。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种导热复合材料、其制备方法及应用；该导热复合材料不仅热导率高，而且缩小了面间热导率与面内热导率的差距。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]提供复合体，所述复合体包括金属基体及设于所述金属基体的表面上的石墨层；
[0007]在真空和加热条件下，于所述复合体的侧壁对所述复合体施加第一压力，使所述石墨层形成多个异向排布的石墨聚集体，同时所述金属基体熔融并与所述石墨聚集体混合，得到所述导热复合材料，其中，所述第一压力的方向与所述金属基体的表面的夹角为α，0
°
≤α≤60
°
。
[0008]在其中一个实施例中，所述制备方法还包括：在对所述复合体施加所述第一压力之前，于所述石墨层的表面对所述石墨层施加第二压力，所述第二压力的方向与所述石墨层的表面的夹角为β，β≥60
°
。
[0009]在其中一个实施例中，所述第二压力为0.1MPa～10MPa，且所述第二压力的施压时间为1min～10min。
[0010]在其中一个实施例中，所述石墨层的材料包括鳞片石墨、球状石墨、石墨纤维中的至少一种；
[0011]及/或，所述金属基体的材料包括铜、铝、银中的至少一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述石墨层的厚度为20μm～50μm；
[0013]及/或，所述金属基体的厚度为10μm～100μm；
[0014]及/或，所述石墨层与所述金属基体的质量比为40:60～70:30。
[0015]在其中一个实施例中，所述加热的温度为500℃～1000℃；
[0016]及/或，所述第一压力为10MPa～100MPa，且所述第一压力的保压时间为10min～300min。
[0017]在其中一个实施例中，所述复合体还包括设置于所述金属基体及所述石墨层之间的粘结层，所述石墨层通过所述粘结层粘附于所述金属基体上。
[0018]在其中一个实施例中，所述复合体的数量设置为多个，且多个所述复合体沿垂直于所述金属基体的表面的方向层叠排布。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供一种导热复合材料，所述导热复合材料包括金属骨架和填充于所述金属骨架中的多个石墨聚集体，多个所述石墨聚集体异向排布，所述导热复合材料的面内热导率为300W/m
·
K～500W/m
·
K，且所述导热复合材料的面间热导率为所述面内热导率的20％以上。
[0020]根据本专利技术的再一方面，提供一种导热制品，所述导热制品包括上述的导热复合材料；或者，
[0021]所述导热制品由上述的导热复合材料制成。
[0022]本专利技术制备方法中，在第一压力下，石墨层会朝向垂直于金属基体的表面的方向发生弯曲变形，形成多个与金属基体的表面方向呈0
°
～90
°
任意角度排布的石墨聚集体，同时，金属基体能够熔融、流动并填充于所述石墨聚集体之间形成金属骨架，从而，获得石墨与金属复合的导热复合材料。
[0023]如此，第一、可使原石墨层的面内高热导率至少部分地转变为面间高热导率，以克服石墨材料的导热各向异性的问题；第二、金属作为良好的热导体，作为导热复合材料的骨架能显著提高导热复合材料在面间方向的热导率，使得导热复合材料在各个方向上均具有良好的导热性能；第三、金属具有良好的力学性能，作为导热复合材料的骨架能够克服石墨材料本身的脆性问题，提升导热复合材料的强度等性能；第四、金属在流动填充于石墨聚集体之间时，能够排除石墨聚集体之间的不良热导体空气，降低导热复合材料的孔隙率，提高导热复合材料的致密度。
[0024]所以，本专利技术获得的导热复合材料的面内热导率为300W/m
·
K～500W/m
·
K，且面间热导率达到面内热导率的20％以上，大幅提高了导热复合材料的面间热导率，缩小了面间热导率与面内热导率的差距。因而，本专利技术的导热复合材料能够满足电子器件对导热性能的要求，在高功率密度、高热流密度的微电子设备热工管理材料等对导热有高要求的领域具有广泛的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术导热复合材料的制备流程示意图；
[0026]图2为本专利技术制备过程中对复合体施加第一压力及第二压力的示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例5获得的导热复合材料的剖面的扫描电镜图；
[0028]图4为图3所示的导热复合材料的界面的扫描电镜图；
[0029]图5为本专利技术对照例1获得的导热复合材料的剖面的扫描电镜图。
具体实施方式
[0030]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0032]本文中所述的“金属基体的表面的方向”或者“横向”均指的是沿着金属基体的表面的方向，也即石墨层的表面的方向，面内方向指导热复合材料的长度和宽度的方向，对应于三维坐标系中的XY平面的方向；本文中所述的“垂直于金属基体的表面的方向”或者“纵向”均指的是垂直于金属基体的表面的方向，面间方向指导热复合材料的厚度方向，对应于三维坐标系中的Z方向。
[0033]请参阅图1至图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供复合体，所述复合体包括金属基体及设于所述金属基体的表面上的石墨层；在真空和加热条件下，于所述复合体的侧壁对所述复合体施加第一压力，使所述石墨层形成多个异向排布的石墨聚集体，同时所述金属基体熔融并与所述石墨聚集体混合，得到所述导热复合材料，其中，所述第一压力的方向与所述金属基体的表面的夹角为α，0
°
≤α≤60
°
。2.根据权利要求1所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在对所述复合体施加所述第一压力之前，于所述石墨层的表面对所述石墨层施加第二压力，所述第二压力的方向与所述石墨层的表面的夹角为β，β≥60
°
。3.根据权利要求2所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二压力为0.1MPa～10MPa，所述第二压力的施压时间为1min～10min。4.根据权利要求1所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨层的材料包括鳞片石墨、球状石墨、石墨纤维中的至少一种；及/或，所述金属基体的材料包括铜、铝、银中的至少一种。5.根据权利要求1所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨层的厚度为20μm～50μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晨，马洪兵，江南，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：