[发明专利]碳质膜的制造方法及由其制得的石墨膜

说明书

技术领域

本发明涉及用作电子设备、精密仪器等的散热部件的碳质膜的制造方法。

背景技术

石墨由于出众的耐热性、耐化学品性、热传导性、电传导性、低气体透过性，被广泛用作热扩散·散热材料、耐热密封材料、密封垫片、燃料电池用隔离层等。石墨在a-b面方向和c轴方向其热·电性质的差异大，a-b面方向和c轴方向的热传导度的各向异性达到50～400倍。石墨散热膜利用这样的性质，用于使产生的热量迅速广泛地扩散。用作散热用途的石墨膜的制造方法有以下所述的两种方法。

其一是一般被称为膨胀石墨法的方法。这是通过将天然石墨铅用硫酸等强酸处理形成层间化合物，将其加热使其膨胀产生膨胀石墨，将该膨胀石墨压延制得片状的石墨的膜的方法(以下，在本发明中将用这种方法制得的石墨膜称为膨胀石墨膜)(非专利文献1)。

这样的膨胀石墨膜在面状方向显示出100～400W/(m·k)左右的热传导度，用作散热材料。被视作散热材料的膨胀石墨膜具有容易制造大面积片材的优点，但另一方面存在难以实现400W/(m·k)以上的热传导度、难以制造50μm以下的薄膜的缺点。

另一方法是将聚噁二唑、聚苯并噻唑、聚苯并双噻唑、聚苯并噁唑、聚苯并双噁唑、聚噻唑、聚酰亚胺、聚亚苯基亚乙烯或聚酰胺等高分子膜在氩气、氦气等惰性气体及真空下进行热处理的高分子热分解法(专利文献1、2、3)。该方法中，经碳化工序和其后的石墨化工序这两个工序获得石墨膜，该碳化工序是将这些高分子膜在例如惰性气体中、优选氮气中进行1000℃左右的预加热而制得玻璃状的碳质膜的工序，该石墨化工序是将制得的碳质膜在2400℃以上的温度进行处理的工序。视作散热材料时，高分子石墨膜具有显示出600～1800W/(m·k)的非常高的热传导度、能够制造25μm以下的薄片材的优点，但另一方面存在难以制造大面积片材的缺点。

作为采用该高分子热分解法的石墨膜的制造方法已知如下2种方法，方法1：将单张的原料膜夹于石墨板进行热处理的方法；方法2：将长尺寸的原料膜卷绕在圆筒上进行热处理的方法。该方法更详细的说明如下。

(方法1)将单张的原料膜夹于石墨板进行热处理的方法

在专利文献1、2的实施例1、2中，如下所示，揭示了以单张对原料膜进行热处理的方法。将25微米的PA膜(聚间亚苯基间苯二甲酰胺)、PI膜(聚均苯四甲酰亚胺)、PBI(聚间亚苯基苯并咪唑)、PBBI(聚间亚苯基苯并双咪唑)固定于不锈钢框，使用电炉在氩气中以每分钟10℃的速度从室温升至700℃进行预加热处理。无不锈钢框时，PA膜在该温度范围内缩小至原尺寸的50％，因此不锈钢框的固定意味着在最终施加张力的同时进行预加热处理。经这样预处理而得的膜用石墨板夹住，在氩气流中以每分钟10℃的速度升温，在所希望的温度(Tp)下热处理1小时。接着，热处理后以每分钟20℃的降温速度进行冷却。所用的炉为使用碳加热器的电炉。Tp为140℃以下时所得的黑色的膜脆且无柔性，而Tp为1800℃以上时所得的黑色的膜具备柔性。

(方法2)将长尺寸的原料膜卷绕在圆筒上进行热处理的方法

在专利文献3的实施例1中，如下所示揭示了将长尺寸的原料膜卷绕在圆筒上进行热处理的方法。将宽180mm·厚50μm的POD膜在外径68mm·内径64mm·长200mm的石墨质碳圆筒上卷绕3重(重叠3张，而不是卷绕3周)，在氩气流中以每分钟10℃的速度从室温升温，以所希望的温度Tp处理1小时，其后以每分钟20℃的速度进行降温。所用的炉为进成电炉株式会社制46-6型碳加热炉。热处理温度Tp为1600℃以下时所得的黑色的膜脆且无柔性，而Tp为1800℃以上时所得的黑色的膜具备柔性。膜的大小为170×180mm。此外，在专利文献4中，为了防止原料膜彼此间的熔接，提出了在将作为隔离层的膜均卷绕于圆筒的同时进行热处理的方法。还有，在专利文献4的发明想要解决的课题的部分记载了如果不使用隔离层难以得到圆筒的圆周以上的长度的石墨膜的内容。

专利文献1：日本专利特开昭61-275116号公报

专利文献2：日本专利特开昭61-275117号公报

专利文献3：日本专利特开昭63-256508号公报

专利文献4：日本专利特开平5-132360号公报

非专利文献1：炭素材料的新进展、日本学术振兴会炭素材料第117委员会60周年纪念出版

发明的揭示