[发明专利]一种三明治结构Cu-石墨复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三明治结构Cu‑石墨层状复合材料制备方法，具体步骤如下：(1)粘结剂制备；(2)石墨浆料制备；(3)浆料涂覆；(4)真空热压烧结。本发明通过浆料涂覆法制备出层状结构材料并通过真空热压烧结获得三明治结构Cu‑石墨层状复合材料，得到石墨取向性优异，结合度强的Cu‑石墨材料，目的是通过加入石墨大大提高材料的热力学性能，使其突破传统Cu基复合材料的导热极限。此外，本发明中的涂覆法及真空热压烧结操作简单，成本极低，可实现批量化大规模生产。

技术领域

本发明属于高导热铜石墨材料制备技术领域，具体涉及一种三明治结构Cu-石墨复合材料的制备方法，采用真空热压材料得到具有高碳含量的高导热Cu-石墨复合材料。

背景技术

铜凭借其优异的导电导热性能、更高的性价比成为电器设备常用的金属材料，被广泛运用于电子电器工业、航空、军事等相关领域。近年来，随着我国现代工业技术的蓬勃发展，对核心零部件的性能要求也逐渐提高，传统的铜合金已无法满足先进技术对材料的要求，制备优异综合性能的高端铜材已然成为当下研究的重点课题。

具有优异导热性和优异机械强度且成本可控的高导热材料是电子和电气工程系统中电子封装和热管理的理想材料。根据Balandin等人的报道，室温下单层石墨烯的热导率可达到5300W/mK，远高于单个单壁碳纳米管(SW-CNT)和热导体金刚石材料。基于此，连续的单层石墨烯被认为是增强Cu基复合材料热力学性能的理想材料。但在实际生产中，石墨烯/金属复合材料通常因为铜基体中的石墨烯缺乏取向性导致无法获得具有理想的高导热。因此，如何在铜基体中构建具有高度取向性的石墨烯结构是获得高导热性能的关键因素。

发明内容

本发明通过浆料涂覆法获得Cu-石墨层状复合材料，后加以真空热压烧结技术得到强结合度的三明治结构Cu-石墨复合材料，目的是通过加入石墨大大提高材料的热力学性能，使其突破传统Cu基复合材料的导热极限。本发明中的浆料涂覆技术操作简单，成本极低，可实现批量化大规模生产，对实际应用有较强的指导意义。

本发明的技术解决方案：

一种三明治结构Cu-石墨层状复合材料制备方法，具体步骤如下：

(1)粘结剂制备

按一定的质量比向烧杯中分别加入PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和无水乙醇，加入磁力转子，放入磁力搅拌器中在20℃-40℃下搅拌处理至无明显固态胶状物后取出静置直至气泡完全消失。

(2)石墨浆料制备

取鳞片石墨，以75目筛网进行过筛处理，将过筛后的大片径石墨倒入含有5％HCl溶液的烧杯中并在60℃下进行超声以达到清洁效果，反复清洗至液面表层无明显污垢后取出用无水乙醇清洗，对清洗过的石墨再次进行75目过筛处理，后置于100℃烘箱12h后取出；按步骤(1)中酒精的量向装有粘结剂的烧杯中加入等质量烘干后的石墨；将烧杯置于磁力搅拌器中搅拌至浆料无大块团聚。

(3)浆料涂覆

裁取大小合适的铜箔，选用石墨厚度1～1.5倍规格的刮刀将步骤(2)中的浆料均匀地涂覆于铜箔表面；将涂覆有石墨的铜箔置于烘箱中进行烘干处理；对烘干后的铜箔进行裁剪，裁剪形状及尺寸与后续烧结模具相匹，将裁剪的铜箔按照＞90％、75％～90％、65～75％、40～65％的涂敷面积分为四类。

(4)真空热压烧结

将上述裁剪后的铜箔按相同的顺序依次放入用碳纸包覆的石墨模具中，后将模具置于液压机中给予10MPa的预压实压强；将石墨模具放置于炉腔内，将炉体压力由0MPa升高到0.5MPa，固定石墨模具。随后开始抽真空，当真空度达到0.01Pa时，开始加热，以15℃/min的升温速率将炉内温度由室温升至950℃，随后保温1h，保温时间结束后，随炉冷却至40～60℃以下，取出模具，获得Cu-石墨层状复合材料。