[发明专利]一种大尺寸高导热石墨膜的测定方法

摘要

一种大尺寸高导热石墨膜的测定方法，将裁成直径为40mm的PI薄膜80层叠层后放入炭化炉中进行炭化，再机械加压200kg/cm²，取样品在热处理过程中微观结构的转化过程，划分为四个阶段：第一阶段温度<800℃；第二阶段温度800~2000℃；第三阶段温度2000~2500℃和第四阶段温度>2500℃。本发明，将PI膜到石墨材料的转化过程划分为四个阶段，在整个反应过程中，所生成的物质继承了原膜分子的取向性，所得材料也具有较高的平面取向性；样品石墨化度达74.4%，热导率为850W/(m•K)~1000W/(m•K)。

主权项

一种大尺寸高导热石墨膜的测定方法，将裁成直径为40mm的PI薄膜80层叠层后放入炭化炉中进行炭化，再机械加压200 kg/cm²，取样品在热处理过程中微观结构的转化过程，划分为四个阶段：第一阶段温度 <800℃；第二阶段温度800~2000℃；第三阶段温度2000~2500℃和第四阶段温度>2500℃；其特征在于：1）、第I阶段温度<800℃：成炭阶段,微晶参数变化不大，层叠体在固相炭化时，微晶内部大部分的含氧含氮官能团发生裂解反应,逸出大量的小分子物质：如CO、CO₂、N₂，使得体系的炭元素相对含量迅速增加至83%以上，而N/C、O/C的原子比急剧下降，同时导电性也得到了显著提高；首先发生亚酰胺环沿C~N键断裂，形成具有共轭氰基及异氰基的苯环化合物；异氰基化合物进一步二聚成二苯基炭化二亚胺，后者又聚合生成含氮杂环的多环芳烃；继续热解炭化会导致芳杂环的合并和脱除HCN气态小分子，生成连续巨大的含氮杂芳环多环化合物，再经稠环芳构化最终得到了具有芳环层面结构的大分子固态残留物；2）、第二阶段温度800~2000℃：样品进 一步排出挥发份，所有残留下来的氢氧杂原子在这一阶段完全释放，乱层结构层面间的炭氢氧氮单质或简单化合物CO、CO₂也在此时排出；这一阶段是化学反应的继续，部分微晶边界消失，原来的界面能以热能形式放出作为促进炭六角网格有序化的动力；3）、第三阶段温度2000~2500℃：在这一阶段中，材料中所残留下来的氮在2200℃基本上被完全脱除掉，同时微晶之间发生缩聚反应，聚合面周围容易出现间隙原子和形成褶皱；同时随着温度的上升，体系获得更大的能量，炭原子的热震动频率增加，振幅增大，网格层面向三维排列的石墨方向过渡，层间距离缩小，同时体系中炭原子平行于平面网格方向的振动增大；4）、第四阶段温度>2500℃：炭平面分子内部或分子间的炭原子移动，进行晶格的完善化和三维排列，2500℃以上的高温下，炭的蒸发率随温度的高以指数式增大，这时在石墨化体系中充满各种炭原子和分子气体在固相和液相间进行物质交换，即进行再结晶过程，样品含炭量迅速增加，最终剩下以六角网层面为主的炭骨架，在XRD谱图上表现为衍射峰的锐化及层间距离的缩小。