[发明专利]一种高导热石墨膜金属块体复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，特别涉及一种高导热石墨膜金属块体复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业技术的不断发展，电子元器件的设计与生产不断向小型化、集成化、轻量化、高效化的方向发展，导致其工作过程热密度不断增大，这就对所使用的热管理材料的导热性提出了更高的要求。

现有的热管理材料主要有：W/Cu合金、Mo/Cu合金、SiC/Al复合材料、金刚石/Al复合材料和石墨片/Al复合材料等。W/Cu、Mo/Cu和SiC/Al复合材料虽然具有良好的导热和热膨胀性能，但其密度高且导热性能已经不能满足高速发展的电子工业的要求。金刚石/Al复合材料的热导率能达到500-600W/mK，但此时金刚石的体积分数一般达到60％左右，由于金刚石硬度高价格贵，这使得该种材料难以加工且成本高。石墨片/Al复合材料加工性能较好，且当体积分数达到80-90％时，面内热导率能达到600-783W/mK。但是，由于体积分数过高，使得材料制备变得十分困难且材料的力学性能较低。因此，热管理用金属基复合材料急需更合适的增强体材料。而人工合成石墨膜面内热导率可高达1200-1900W/mK，并且已经实现商业化并成功应用于手机和电脑的散热。毫无疑问，若将该种高导热石墨膜与金属材料制成复合材料，这将是一种很有前途的高导热热管理材料。

对现有技术文献检索发现，鲜有专利或者论文有关于石墨膜金属块体复合材料的报道。申请号为201410114471.5的专利“一种高导热石墨膜-铜复合材料的制备方法”制备出人工石墨膜并在其上利用化学镀和电镀镀上一层10μm的铜，其制备的仍然是膜状材料并不是能够广泛用于热管理的块体复合材料，并且该专利没有给出材料面内的热导率。申请号为201410260880.6的专利“一种石墨膜/金属复合散热片及其制备方法”公开了一种由高导热石墨膜、导热胶黏层以及金属层组成的复合散热膜，但该种材料厚度仍然是微米级，而且由于由丙烯酸乙酯等合成的导热胶黏层耐热温度低，导致其应用范围较窄。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高导热石墨膜金属块体复合材料及其制备方法，首次将高导热石墨膜用于制备块体金属基复合材料，制备得到的复合材料面内热导率高达940W/mK，且热导率可以通过调节体积分数来变化，集金属材料和石墨材料的优点于一身，是一种很有前景的新型热管理材料，该种复合材料制备工艺简单，对设备要求低，热导率高，适用温度范围广。

本发明是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种高导热石墨膜金属块体复合材料，所述复合材料由石墨膜与金属材料基体组成的石墨膜金属块体复合材料。

优选地，所述的石墨膜为人工合成石墨膜，其厚度为17-150μm，面内热导率为350-1900W/mK。

优选地，所述金属材料是铝及其合金，其形态是箔、板或粉。

优选地，所述块体复合材料中，石墨膜的体积分数为17.4-70％。

根据本发明的另一方面，提供一种上述石墨膜金属块体复合材料的制备方法，该方法首先将石墨膜和金属材料用丙酮清洗干净，然后用碱洗和酸洗的方法去除金属材料表面的氧化层以改善金属基体与石墨膜之间的界面结合，最后将石墨膜和金属填充于磨具中热压成型金属基复合材料。

本发明所述方法包括以下步骤：

(1)将石墨膜用丙酮清洗数次以去除石墨膜表面的油污或脏污，然后将其干燥待用；

(2)将基体金属材料先用氢氧化钠和碳酸钠混合液碱洗以去除基体金属材料表面的氧化膜，然后硝酸酸洗以去除碱洗残留产物，最后用酒精将残留酸冲洗干净后干燥待用；

(3)将上述石墨膜和基体金属材料充填到模具中，在2×10^-2Pa以上的真空环境下热压制成复合材料。

优选地，所述碱洗溶液氢氧化钠和碳酸钠的浓度均为10-40mol/L。

优选地，所述酸洗溶液硝酸的体积分数为20-40％。

优选地，所述复合材料制备的热压温度为500-670℃。

优选地，所述复合材料制备的热压压力为0-100MPa。

优选地，所述复合材料制备的热压保压时间为0.5-3小时。

本发明采用上述对碱洗和酸洗溶液的优选措施，可以有效的去除基体金属表面氧化膜；对复合材料制备的工艺参数如制备温度、压力和保压时间的优选措施，可以使复合材料中金属基体和石墨膜之间可以充分扩散进而实现良好的界面结合。