[发明专利]一种高导热复合材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导热复合材料及其生产方法，尤其涉及一种用于电子器件散热的高导热复合材料及其生产方法。

背景技术

现代功率电子设备正在迅速地向高集成度、高密度组装、高运行速度方向发展。作为功率电子设备核心的芯片，工作的主频越来越快，消耗的功耗越来越大，发出的热量也越来越多。电子设备的热流密度日益提高，对电子设备的热控制成为严酷的挑战。若器件的散热能力不强，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高。热量处理不当是导致现代电子产品失效的重要原因。为使电子系统和元器件能持续稳定工作，对其进行有效可靠的散热是十分重要的，因此研究和开发高效率的电子散热材料和相关技术已刻不容缓。

金属由于具有良好的导热性能是首选的散热材料，热传导系数很高的金、银，由于质地柔软、密度过大、及价格过于昂贵而无法广泛采用；铁则由于热传导率过低，无法满足高热密度场合的性能需要；传统导热材料多采用铜铝等材料，铜的热传导系数同样很高(380W/m·K左右)，然而其密度较大、成本稍高、加工难度大；铝作为地壳中含量最高的金属，因热传导系数较高(270W/m·K左右)、密度小、价格低而受到青睐，是比较理想的散热材料。

纳米碳管具有良好的传热性能，具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，将碳纳米管与其他热传导材料进行复合，可以大大的改善复合材料的导热率，并且减轻复合材料的重量。

发明内容

本发明的目的是充分利用纳米碳管固有的较高热导率，再配以合适的热传导材料，经复合工艺，以获取导热性能更佳的纳米碳管复合材料。

为实现上述发明目的，本发明提供一种高导热复合材料，该复合材料采用纳米碳管作为主材料，采用纳米铝粉作为粘合剂，纳米碳管和纳米铝粉重量百分比为50-99％∶1-50％。

在上述高导热复合材料技术方案中，所述纳米碳管和纳米铝粉的重量百分比优选为60-90％∶10-40％。

在上述高导热复合材料技术方案中，所述纳米碳管含碳量为20-99％，粒度在1～100nm之间。

在上述高导热复合材料技术方案中，所述纳米铝粉粒度在1～100nm之间。

在上述高导热复合材料技术方案中，所述的复合材料沿热压方向的导热系数大于7W/m·K，垂直热压方向的导热系数大于800W/m·K。

为实现上述发明目的，本发明还给出了一种高导热复合材料生产方法，其步骤为：

1)混合：将重量百分比为50-99％的纳米碳管和1-50％的纳米铝粉分别放入纳米高温高压蒸气混合机中，蒸气温度范围为100-600℃，以高温蒸气为载体使纳米碳管和纳米铝粉混合，同时在纳米高温高压蒸气混合机内进行搅拌，搅拌速度为60～300转/分钟，升温速度为50-200℃/小时，控制温度50-500℃，控制压力0-50MPa，保温保压时间3-20小时，混合均匀；

2)成型：将混合后的原料放入高温真空热压炉中，控制压力为10^-4-10^-1Pa，升温速率为每小时升温100℃，使高温真空热压炉的温度为660-800℃，高温真空热压炉内加有高强磁场，高强磁场的强度范围为100-20000GS，热压过程时间为12-20小时。

在上述高导热复合材料生产方法中，所述纳米碳管的制造方法为：采用重量百分数80％碳材料与20％的黏结剂捏合混合，加压成型，然后进行碳化和石墨化处理得到人造石墨块，再将此人造石墨块予以粉碎、调整粒度而得。

在上述高导热复合材料生产方法中，所述纳米碳管的另一种制造方法为：采用重量百分数60％碳材料与40％葡萄糖含量大于20％的糖浆混合，得到浆液，把浆液放入离心喷雾干燥机内产出2-100um的粉末，进行碳化和石墨化处理，再将石墨化产物予以粉碎、调整粒度而得。

在上述高导热复合材料生产方法中，所述的高温蒸气源为水、烃类、乙酸乙酯、丙酮、甲苯、乙醇、丙三醇、四氢呋喃、二氯甲烷、四氯化碳、苯酚、硫酸、盐酸、硝酸、乙酸和草酸的至少一种。

本发明生产工艺简单，生产的复合材料质量轻，强度大，导热系数高，用于电子器件散热中，散热效果良好且由于高强度得以延长电子组件之寿命，轻量化得以减轻产品重量。

具体实施方式

纳米碳管是本发明复合材料中的主材料，需要预先制造备用。