[发明专利]一种石墨膜/金属复合导热索的制备方法

说明书

一种石墨膜/金属复合导热索的制备方法，属于热交换联接件技术领域。该方法通过填充低熔点金属或热界面材料，将两端氧化还原处理或金属化后的石墨膜和高导热金属壳体热压到一起。石墨膜的堆叠层数和宽度都可调。这种方法制备的导热索工艺简单，成品率高，质量很轻，柔性极好，热导率是同等条件铜导热索的数倍。

技术领域

本发明涉及一种石墨膜/金属复合导热索的制备方法，属于热交换联接件技术领域。

背景技术

随着时代的进步和科技的发展，对电子设备的性能要求越来越高。为了实现电子设备的多功能、易携带、轻量化等要求，电子设备上元器件集成度越来越高，体积越来越小，功耗也越来越高，这就不可避免的产生大量的热量。如果这些热量不能及时有效的导出将会使电子元器件的寿命大大缩短，以至于烧毁。因此，不管是在航空航天电子装备方面，还是便携式移动电子设备方面，将产生的热量及时导出至关重要。

目前将热量导出的主要方式包括辐射换热、铜导热索换热、热管换热以及它们的结合使用。在航天器以及便携式移动电子设备之中，仅靠辐射换热很难保证电子设备的正常运行温度，所以通常需要联合导热的方式提升热交换的能力。铜导热索和热管都可以达到导热的目的，但在一些场合下无法适用。因为它们的主体都是金属材料，质量较重，无法满足航空航天器以及便携式移动设备的轻量化要求。这就需要寻找一种新的材料来替代金属材料以达到导热和减重的目的。

随着新材料科学的不断发展，高导热炭材料越来越受到重视。人工高导热石墨膜具有很高的柔性和热导率，其导热系数最高可达1900W·m^-1·K^-1，是纯铜的3～4倍，且它的密度仅为2.2g/cm³，是纯铜的1/4左右。所以将其作为联接热源和热沉之间的导热材料能够很好地满足柔性高导热和轻量化的要求。但石墨膜与高导热金属材料的浸润性较差，很难紧密的复合在一起，这会严重妨碍石墨膜高导热性能的发挥。所以，如何将石墨膜与高导热金属有效的紧密的结合在一起是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种石墨膜/金属复合导热索的制备方法，该方法有效解决了柔性石墨膜与高导热金属的紧密连接问题。能够满足航空航天和便携电子设备高导热、轻量化的要求，而且由于导热索是柔性的，可根据需要灵活设计并调整高功耗电子器件和热沉之间的距离和位置，可设计性强。

本发明所提供的石墨膜/金属复合导热索的制备方法，主要包括下述步骤：

步骤(1)，将柔性高导热石墨膜通过平行堆叠的方式组成柔性导热段；

步骤(2)，对层叠的石墨膜两端(伸入高导热金属壳体中的部分)进行表面氧化还原处理然后金属化处理；

步骤(3)，将表面处理后的层叠石墨膜两端分别放置在开好凹槽的高导热金属壳体中，放置的同时向凹槽内填充低熔点金属或热界面材料热压成型，制得石墨膜/金属复合导热索。

上述方法步骤(1)中所述柔性高导热石墨膜的厚度≤200μm；室温导热系数≥450W·m^-1·K^-1；根据ASTMD2176方法弯折次数≥2000而导热、力学性能保持不变；具体尺寸、形状以及叠加层数可根据导热索的实际需求任意裁剪和叠加。

上述方法步骤(2)中所述对层叠的石墨膜两端进行表面氧化还原处理是指在400～900℃的含氧气氛下热处理1～400min，然后在1000～3000℃的惰性气体环境下热还原0.1～600min，进而获得表面具有一定缺陷的石墨膜，以增加石墨膜与低熔点金属或热界面材料的结合强度；

对层叠的石墨膜两端进行金属化处理是采用化学镀或/和电镀方式进行镀镍、镀钛或镀铜处理，控制镀层厚度40nm-60μm，以增加石墨膜与低熔点金属或热界面材料的结合强度。