[发明专利]一种添加镀铜铝片改善鳞片石墨铝基复合材料层间排布均匀性的方法

说明书

本发明提供了一种添加镀铜铝片改善鳞片石墨铝基复合材料层间排布均匀性的方法，通过添加镀铜铝片的方法提高鳞片石墨在复合材料内沿xy层面的排布，首先制得镀铜石墨，后用已制得的镀铜石墨制备石墨预制件，预制件的制备过程中新添加镀铜铝片，之后采用真空气压浸渗工艺制备出镀铜鳞片石墨/铝基复合材料。本发明能够提高鳞片石墨的层间排布的均一性，有效提升整个材料的力学性能，延长使用寿命。

技术领域

本发明属于铝基复合材料领域，涉及一种鳞片石墨铝基复合材料的改善工艺。

背景技术

微电子技术、航空航天和封装电池等领域元器件的发展趋向于小型化、高速化和高可靠性，传统的散热材料难以满足目前的使用需求，高热导率、低密度、低热膨胀系数材料的使用是未来必然的趋势。在此背景下，铝基复合材料的优势逐步显现出来：良好的导热性、比强度高、可调控的较低的热膨胀系数，以及优异的耐磨性能。铝基复合材料的性能与所用的原材料类型、制备工艺等因素密切相关。

在鳞片石墨增强铝基复合材料的制备过程中，石墨和铝的润湿性差以及二者之间容易发生界面反应生成脆相产物碳化铝，上述两个问题是需要解决的主要难题，目前最常用的处理方案有：鳞片石墨表面预处理、鳞片石墨表面镀层以及提高石墨在复合材料内部的层向排布。

石墨表面预处理即采用强碱、强酸试剂对石墨表面进行清洗，去除石墨表面的油污、氧化物等影响其与熔融铝接触的杂质；也可用乙醇、丙酮等来处理石墨，增加其在水中的分散性；或对石墨表面进行接枝改性来增加其界面的润湿性能。文献“《天然石墨鳞片表面接枝改性和热处理的研究》，2007,(06):70-72.”中对石墨表面接枝改性和热处理进行了研究，表明接枝改性可提高石墨在水中的分散性，热处理可清除其表面杂质。

石墨表面镀层即在石墨表面镀覆金属或陶瓷元素，部分的镀层元素可以和石墨发生化学反应，生成相应的碳化物，生成的碳化物与石墨之间通常通过化学键结合，因此二者间的结合力较强。对于镀层的研究目前已经十分的成熟与深入，界面反应与润湿性也得到了较好的控制。

对于提高石墨的层向排布，这是由于鳞片石墨是各向异性材料，在平行于鳞片层方向(xy层面)热导率可达880W/(m·K)；而在垂直于鳞片方向(z方向)的热导率仅有38W/(m·K)。由此可知，鳞片石墨是否定向排列将对复合材料的热导率有着很大的影响。

目前对于从结构构型的研究角度来提高石墨铝基复合材料的性能，大多数停留于理论阶段，理论模型的建立均在理想条件下进行：即片状石墨完全按照xy层面方向排布；界面间无不利反应发生；材料完全致密，内部无裂纹和空隙；忽略层间的热阻影响。而在复合材料实际制备过程中，复合材料内部的构型与理想构型有较大的偏差，制得的复合材料性能数据会与理论值之间存在着一定的差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种添加镀铜铝片改善鳞片石墨铝基复合材料层间排布均匀性的方法，从鳞片石墨的层间排布入手，通过添加镀铜铝片的方法提高鳞片石墨在复合材料内沿xy层面的排布，首先制得镀铜石墨，后用已制得的镀铜石墨制备石墨预制件，预制件的制备过程中新添加镀铜铝片，之后采用真空气压浸渗工艺制备出镀铜鳞片石墨/铝基复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、鳞片石墨、去离子水按照质量比1:(0.2～0.3):(0.2～0.3):(0.2～0.3)：(4～6)称量后混合，升温至100℃后搅拌均匀，用蒸馏水清洗至溶液pH为中性，烘干后将鳞片石墨浸没在浓硫酸中，升温至100℃搅拌均匀，用蒸馏水清洗至溶液pH为中性，抽滤烘干；

(2)将步骤(1)中处理完成的鳞片石墨放入化学镀铜液，镀覆完成后用蒸馏水清洗至溶液pH为中性，烘干得到镀铜鳞片石墨；

(3)将铝片放入碱性脱脂剂去除表面杂质，用蒸馏水清洗至溶液pH为中性，抽滤烘干；