[发明专利]一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用

说明书

本发明涉及材料技术领域，具体地说是一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用。一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：具体制备工艺如下：S1：用石墨纸；S2：将石墨纸超声震荡；用蒸馏水清洗；S3：用无水乙醇为溶剂；S4：将石墨纸放入溶液中浸泡，取出干燥；S5：将氮化硼和氮化硅混合；S6：用无水乙醇为溶剂，将氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中；S7：喷涂于石墨纸表面；S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度；S9：热压处理；S10：除气处理；S11：冷却至室温，制得产品。同现有技术相比，引入氮化硼和/或氮化硅，硅元素会在石墨‑铝界面富集并析出，能够在碳和铝之间形成扩散阻碍层，降低碳元素在铝中的固溶度，减少脆性相。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地说是一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用。

背景技术

随着电子器件的发展趋势向集成化、小型化、轻量化和高功率化不断升级，单位面积发热量越来越大。因此热管理材料被不断地升级革新，第一代热管理材料是铜、铝等金属材料，虽然其具有良好的导热性能与加工性能，但是热膨胀系数过大，与芯片及基片不匹配，容易导致热应力集中，元器件可靠性及寿命降低。第二代材料是铜、铝等金属中添加入热膨胀系数较低的材料，比如：硅、碳化硅，但是会大大影响材料的导热性能。第三代材料是金刚石和铜铝等金属的复合材料，导热系数高，但是制备工艺复杂，成本高，材料硬度高，加工难度也大。第四代材料为石墨和铝、铜等金属的复合材料，其导热系数高，加工难度小，膨胀系数低，密度小等优点成为了目前世界铝基复合材料研究领域的新热点。

然而，石墨/铝复合材料需要解决的共性问题：1.石墨与铝材料二者润湿性差，润湿角在常温下约为157°，即使温度达到800°C时仍然大于90°，由于两种材料润湿性差，结合界面容易产生空洞和缺陷。2.铝材料极易氧化，生成的致密氧化膜会在复合过程中会成为扩散阻碍层，影响最终复合材料的结合力与导热性能。3.石墨与铝的界面反应会产生碳化铝（Al₄C₃）相，为脆性相，会阻碍热传递并降低材料的机械性能，且对湿气接触高度敏感，易水解，容易成为腐蚀源并加快疲劳裂纹的生长速度。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用，引入氮化硼和/或氮化硅，硅元素会在石墨-铝界面富集并析出，能够在碳和铝之间形成扩散阻碍层，降低碳元素在铝中的固溶度，减少脆性相的产生。

为实现上述目的，设计一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：具体制备工艺如下：

S1：选用石墨纸作为基体；

S2：将石墨纸放置于温度为55-75℃的碱性除油水中超声震荡，震荡时间为5-30min；完成后用蒸馏水进行清洗，清洗时间为5min；

S3：使用无水乙醇或者丙酮作为溶剂，配置浓度为5~20%的KH-550混合溶液；

S4：将除油、清洗后的石墨纸放入配置好的KH-550混合溶液中浸泡，常温浸泡5-30min，然后取出干燥；

S5：将一定质量比的氮化硼和氮化硅通过真空离心混料机混合，混合时间为15-45min，呈均匀状；

S6：使用无水乙醇作为溶剂，将混合后的氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中，配制浓度为35~40%的氮化硼/氮化硅混合乳液；

S7：将配置好的氮化硼/氮化硅混合乳液喷涂于石墨纸表面，喷涂厚度为10-80µm，在空气中自然干燥；

S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度，高度为100-500mm，形成石墨/铝箔材料；

S9：将石墨/铝箔材料放入真空热压炉内，抽至真空度小于等于1*10^-3Pa，并进行热压处理；

S10：将热压处理后的石墨/铝箔材料进行除气处理；

S11：将除气处理后的石墨/铝箔材料，随炉冷却至室温，制得产品。

所述的石墨纸的纯度大于99%，石墨纸厚度范围为100-500µm。