[发明专利]一种轻质柔性碳纤维/金属复合导热索的制备方法

说明书

一种轻质柔性碳纤维/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，将金属化后的碳纤维单向布和高导热金属管材热压到一起。碳纤维丝束的使用组数可调，且在碳纤维丝束外面用柔性热缩套管封装对碳纤维起到了很好地保护作用，同时也有效防止碎屑掉落到装置内引起短路现象的发生。这种方法制备的导热索工艺简单，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

本发明涉及一种轻质柔性碳纤维/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

随着电子技术和航空航天技术的进步，便携式移动电子设备及航天器单机载荷上集成的电子器件越来越密集，单机的功耗也越来越高，产热量也越来越大。如果这些热量不能及时有效的导出将会大大缩短电子元器件的寿命，以至于烧毁。因此，不管是在便携式移动电子设备方面，还是在航空航天电子装备方面，将产生的热量及时导出尤为重要。

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。

随着材料科学的不断进步，高导热碳材料的应用领域越来越广。高导热碳纤维具有很高的柔性和热导率，其导热系数最高可达1100W·m^-1·K^-1，是纯铜的3～4倍，且它的密度仅为2.0g/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。但是，高导热碳纤维通常具有超高的模量，很难编织，只有使多个高导热碳纤维束编制成碳纤维单向布才可以一定程度上解决其易断的问题，增加其柔性，满足使用要求，另外，具有超高的模量高导热碳纤维在径向受力时容易压碎，如何选择合适的热压工艺和填充材料也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轻质柔性碳纤维/金属复合导热索的制备方法，该方法制备的导热索能够满足航空航天和便携电子设备高导热、轻量化的需求，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。

本发明所提供的轻质柔性碳纤维/金属复合导热索的制备方法，主要包括下述步骤：

步骤(1)，将高导热碳纤维丝束缝织成具有宽度和厚度的高导热碳纤维单向布，最后将数层高导热碳纤维单向布用缝纫线缝制成一个整体，以此作为柔性导热主体段；

步骤(2)，将柔性导热主体段的两端分别进行表面金属化处理；

步骤(3)，将柔性导热主体段表面金属化处理过的两端分别各放置到一个高导热金属管材内，向管内填充低熔点金属或热界面材料热压成型，制得轻质柔性碳纤维/金属复合导热索，最后将柔性导热主体段的外面用柔性热缩套管封装以起到保护碳纤维的作用。

上述方法步骤(1)中所述单根柔性高导热碳纤维为碳元素含量≥95％、直径≤15μm、室温导热系数≥400W·m^-1·K^-1、模量≥500GPa的碳纤维或石墨纤维，高导热碳纤维单向布中碳纤维束的用量以及柔性导热主体段高导热碳纤维单向布的层数皆由导热索的实际导热需求决定。

上述方法步骤(1)中所述将碳纤维丝束缝织成单向布的丝/线是指涤纶热熔丝、锦纶热熔丝、涤纶缝纫线、锦纶缝纫线以及维纶线等各种颜色及材质的丝/线；所述将高导热碳纤维单向布缝制成一体的缝纫线是指棉缝纫线、涤纶缝纫线、涤棉缝纫线、尼龙缝纫线、锦纶线以及维纶线等各种颜色及材质的缝纫线。