[发明专利]一种高导热复合型石墨散热片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热复合型石墨散热片及其制备方法，将高分子聚合物薄膜经过炭化、石墨化和压延处理得到人工石墨膜；将天然鳞片石墨经过处理后压延和穿孔，制得双面具有毛刺的穿孔天然石墨膜；最后以“三明治结构”进行压延制得厚度可控且无胶粘层的高导热复合型石墨散热膜，天然石墨膜在中间。本发明解决了现有人工石墨膜厚度大导致导热性能极大下降的问题，通过复合膜结构获得了高厚度下良好导热性能的产品。

技术领域

本发明涉及一种石墨散热片，更确切地说，是一种高导热复合型石墨散热片及其制备方法。

背景技术

近年来，LED在照明中的应用扩大，如果由于高度集成而使热值增加，则会产生LED寿命短等问题。因此，电子部件的热设计非常重要。石墨散热膜，是一种优异的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，可以屏蔽发热源与组件之间的热量传递。现有技术的石墨散热膜主要是通过聚酰亚胺薄膜的炭化和石墨化制得，但通常厚度较薄，热通量小，热阻较高，可通过提高石墨散热膜的厚度来改善这一问题。

发明内容

本发明涉及在电子设备、精密设备、照明设备等中用作散热部件的石墨复合膜，更具体地，涉及具有高厚度、高导热和低热阻的特性的复合型石墨散热片。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：将高分子聚合物薄膜经过炭化、石墨化和压延处理得到人工石墨膜；将天然鳞片石墨经过处理后压延和穿孔，制得双面具有毛刺的穿孔天然石墨膜；最后以“三明治结构”进行压延制得厚度可控且无胶粘层的高导热复合型石墨散热膜，天然石墨膜在中间。

本发明采用如下技术方案：

一种高导热复合型石墨散热片，其制备方法如下：

（1）将聚合物薄膜置于炭化炉中，氮气中，以2～6℃/min的升温速率由室温升温至400～500℃，保温1～2h，再以5～8℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温5～6h，得到炭化薄膜；然后将炭化薄膜放置于石墨化炉中，氩气中，以10～15℃/min的升温速率由室温升温至1500～1600℃，保温3～5h，以3～8℃/min的升温速率升温至2000～2200℃，保温1～2h，以2～7℃/min的升温速率升温至2700～3000℃，保温8～10h，得到石墨化薄膜；然后以30～90MPa的压力进行压延得到人工石墨膜；

（2）将天然鳞片石墨与第一硫酸、高锰酸钾混合反应后过滤，再将滤饼加入第二硫酸、双氧水中，反应后水洗烘干，得到处理石墨；再将处理石墨在100～150MPa的压力下压片得到天然石墨膜；然后打孔，在天然石墨膜表面制备毛刺结构；

（3）将带有毛刺结构的天然石墨膜置于两片人工石墨膜之间，在150～300MPa的压力下压片得到高导热复合型石墨散热片。

本发明中，聚合物为聚酰亚胺、聚酰胺、聚噁二唑、聚苯并噁唑、聚苯并二噁唑、聚噻唑、聚苯并噻唑、聚苯并二噻唑、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚苯并咪唑或聚苯并二咪唑，优选为聚酰亚胺。聚酰亚胺的石墨化过程是指在一定碳化温度下，材料发生高温分解反应，高分子链断裂重排形成含氮炭六角炭层结构，随温度升高，碳原子由无序炭向规整的石墨结晶六角炭网结构生长，最终形成石墨材料；聚酰亚胺在一定温度下碳化后可以形成碳层杂乱的结构炭材料，如果对材料进行高温石墨化处理，就可以使材料形成规整的石墨化结晶，由此有效提高材料的综合性能。已有研究人员通过炭化、高温石墨化制备石墨薄膜工艺，制得了热导率高的定向石墨薄膜，但厚度偏低，一般小于30μm，不能适应一些应用场合，而且人工石墨膜光滑的表面导致互相之间压合效果差，因此，现有技术中，人工石墨膜无法应用于高导热、高厚度场合。