说

本发明涉及石墨散热片的制备方法，特别是涉 及到一种导热纤维 增强的高导热石墨散热片的制备方法。

背景技术：

随着微电子集成技术和高密度印制板组装技术 的迅速发展， 组装 密度迅速提高， 电子元件、 逻辑电路体积成千上万倍地缩小， 电子仪 器及设备 Π益朝轻、 薄、 短、 小方向发展。 在高频工作频率下， 半导

书

体工作热环境向高温方向迅速移动， 此时， 电子元器件产生的热量迅 速积累、 增加， 在使用环境温度下， 要使电子元器件仍能高可靠性地 正常工作， 及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制 因素。 为保 障元器件运行可靠性， 需使用高可靠性、 高导热性能等综合性能优异 的材料， 迅速、 及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备 ， 保障 电子设备 ίΚ常运行。

目前所用的散热材料基本都是铝合金， 但铝的导热系数并不是很 高 （ 237 W/mK )， 金和银的导热性能较好， 但是价格太高， 铜的导热系 数次之 （ 398 W/m K )， 但铜重量大， 易氧化。 而石墨材料具有耐高温、 重量轻 （仅为传统金属导热材料的 1 / 2 - 1 / 5 )、 热导率高、 化学稳定性 强、 热膨胀系数小， 取代传统的金属导热材料， 不仅有利于电子器件 的小型化微型化和高功率化， 而且可以有效减轻器件的重量， 增加有 效载荷。 传统石墨散热片加工方法仅仅采用单一的石墨 粉， 或者采用 炭黑、 氮化硼、 铜粉等与石墨粒子复配填充， 这样生产的石墨散热片 由丁-直接暴露在电器原件环境中， 在长时间的工作下容易使石墨粉尘 脱落， 并且强度小， 力学性能较差， 难以满足使用要求。 纯导热石墨 片的强度和机械性能远不如金属， 这给后续加工带来了困难。 同时， 由于石墨易碎的缺点， 会在使用过程中带来操作复杂、 容易损坏等问 题。为此本发明提供了一种新的导热纤维增强 的高导热石墨散热片的 制备方法， 解决了以上技术问题。

发明内容：

本发明的目的之一是提供一种重量轻、 强度和导热性能高的导热 纤维增强的高导热石墨散热片； 目的之二是提供该导热纤维增强的高导热石墨 散 热片的制备方法， 以制备具有良好力学性能的高导热石墨散热片 ， 满 足石墨散热片后续加工的需要。

本发明的目的之一可通过如下技术措施之一来 实现：

该石墨散热片的石墨散热板内有通过粘结剂粘 结的石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布层。

本发明的目的之一还可通过如下技术措施之一 来实现：

所述的石墨短纤维、碳纤维或碳纤布层为一层 或通过粘结剂粘结 多层； 当为多层时， 石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布层为单一种 （譬如 三层都是石墨短纤维层）、 两种或三种交叉 （譬如三层， 石墨短纤维、 碳纤维和碳纤布各一层， 或一^石墨短纤维层， 两层碳纤维层）设置， 所述的粘结剂是压敏胶。

本发明的目的之二可通过如下技术措施之一来 实现：

该制备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1，先将石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合� �中处理，其中硫酸溶液： 双氧水 = 1 : 3- 1 : 20重量份， 处理时间为 20min- 2h， 处理温度为 20-100°C， 再将 石墨粉加温至 2800-320(TC进行高温提纯， 高温提纯后于 10-30Ό的水中水洗至 水洗液 pH值为 5-6. 5，然后将水洗后的石墨粉在105-150 的干燥箱内烘干2-511 _; 歩骤 2， 将处理后的石墨粉放入石墨膨胀炉中于 800- 1 200 Ό下进 行高温膨胀， 高温膨胀时间为 l -20s ; 将膨胀的鳞片石墨粉通过石墨 卷材双辊设备压制成形， 制得所需厚度的石墨导热散热板；

歩骤 3， 采用石墨短纤维、 碳纤布或者碳纤维作为增强剂， 用粘 结剂将该石墨导热散热板与该增强剂进行喷涂 贴合， 制成导热纤维增 强的高导热石墨散热片。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施之一 来实现：

步骤 3中所述的喷涂贴合为 1次或多次， 所述的多次是 3次； 所述 的粘结剂为压敏胶。

本发明的目的之一可通过如下技术措施之二来 实现：

该石墨散热片是 ώ石墨粉： 石墨纤维 = 2〜1000 _: 1质量份配比的 混合原料， 经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压 制而成的片 状产品。

本发明的目的之二可通过如下技术措施之二来 实现：

该制备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1，先将石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合� �中处理，其中硫酸溶液: 双氧水 = 1 : 3-1 : 20重量份， 处理时间为 20min_2h， 处理温度为 20-100°C， 然后 于 10 30°C的水中水洗至水洗液 pH值为 5-6. 5，然后将水洗后的石墨粉在 105-150 °C的干燥箱内烘干 2-5h;

歩骤 2， 将经处理后的石墨粉按石墨粉： 石墨纤维 = 2 : 1 - 1000： 1质量份配比混匀， 将混合物放入石墨膨胀炉中于 800- 1 200 Ό下进行 高温膨胀， 高温膨胀时间为 1 20 s ; 再通过石墨卷材双辊设备压制成 形， 制得导热纤维增强的高导热石墨散热片。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施之二 来实现：

步骤 2中所述的混匀是将经处理后的石墨粉与石墨� �维在高混分 散机内机械混合均匀， 分散时间为 30-60 m i n。 将机械混合后的石墨 粉和石墨纤维经过石墨卷材生产设备加工， 制成导热纤维增强的高导 热石墨散热片。

本发明中的导热纤维增强的高导热石墨散热片 的制备方法， 采用 石墨片与石墨短纤维、 碳纤布、 碳纤维等不仅有利于形成有效的导热 网链， 而且还可以提高石墨散热片的机械性能。 采用石墨短纤维或者 碳纤布、 碳纤维等作为增强剂， ώ于石墨纤维不仅强度高， 并且导热 性能好， 耐腐蚀性能优良， 增强了柔性石墨片的强度， 防止石墨片发 生外观质量的改变。 采用上述方案制备石墨散热片， 克服了传统制备 工艺中存在的力学性能低、 使用寿命短， 易脱落等缺陷。 经过上述处 理获得的石墨散热片， 其机械强度及纯度大大提高， 便于后续加工使 用， 提供了一种重量轻、 高强度、 高导热性能的石墨导热散热片， 扩 大了石墨片的使用范围。

附图说明：

图 1是本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热� �的制备方法之 一的工艺流程图；

图 2是本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热� �的制备方法之 二的工艺流程图；

图 3是本发明的导热纤维增强的高导热散热片内� �一层石墨短纤 维层的结构示意图；

图 4是本发明的导热纤维增强的高导热散热片内� �一层碳纤维层 的结构示意图；

图 5是本发明的导热纤维增强的高导热散热片内� �一层碳纤布层 的结构示意图；

图 6是本发明的导热纤维增强的高导热散热片内� �二层碳维布以 压敏胶粘结的结构示意图；

图 7是本发明由石墨粉： 石墨纤维 = 2〜 1 000 _: 1质量份配比的混合 原料， 经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压 制而成的导热纤 维增强的高导热散热片的结构示意图。

具体实施方式：

为使本发明的上述和其他目的、 特征和优点能更明显易懂， 下文 特举出较佳实施例， 并配合所附图式， 作详细说明如下。

如图 1所示， 图 1为本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热� �的 制备方法的一具体实施例的流程图。 在歩骤 1 01， 将天然鳞片石墨粉 放入酸处理液中进行化学处理、 杂质处理。 流程进入到歩骤 1 02。

在歩骤 1 02， 将经过处理后的天然鳞片石墨粉进行水洗， 烘千。 流程进入到歩骤 1 03。

在歩骤 1 03 , 将烘千后的天然鳞片石墨粉放入石墨膨胀炉中 进行 高温膨胀。 经过歩骤 1 0 1到步骤 103， 完成了天然鳞片石墨粉进行成型 前的预处理。 流程进入到歩骤 104。

在歩骤 1 04， 将经过膨胀后的天热鳞片石墨粉经过石墨卷材 生产 设备加工， 制成石墨导热散热板。 流程进入到歩骤 1 05。 在歩骤 105， 采用石墨短纤维、 碳纤布或者碳纤维作为增强剂， 用粘结剂将石墨导热散热板与石墨短纤维、碳 纤布或者碳纤维进行喷 涂贴合。 石墨纤维、 碳纤布、 碳纤维是承载主体，起着承载外力的主 要作用，因此采用较低含量的石墨纤维、 碳纤布、 碳纤维来增强石墨 导热材料， 可以获得高强度、 高导热石墨散热片。

在上述实施例中， 也可增加石墨短纤维、 碳纤布或者碳纤维这些 增强剂的用量， 可以多次用粘结剂将石墨板与石墨短纤维、 碳纤布或 者碳纤维进行贴合， 增加增强剂的厚度。 因此也很大幅度的增强了柔 性石墨片的强度， 可以应用于高强度作业的用途中， 并且不会降低其 导热散热率， 扩大了石墨片的散热使用范围。

如图 2所示， 图 2为本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热� �的 制备方法的另一具体实施例的流程图。 在歩骤 201， 将天然鳞片石墨 粉放入酸处理液中进行化学处理、 杂质处理。 流程进入到步骤 202。

在歩骤 202， 将经过处理后的天然鳞片石墨粉进行水洗， 烘干。 流程进入到歩骤 203。

在歩骤 203， 将烘干后的天然鳞片石墨粉和石墨纤维在高混 分散 机内进行机械分散混合， 均匀混合后定向排列。 经过歩骤 201到歩骤 203， 完成了混合物的预处理。 流程进入到步骤 204。

在步骤 204， 将混合物过放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀。 流程 进入到歩骤 205。

在歩骤 205， 将膨胀后的混合物经过石墨卷材双辊设备加工 ， 制 成高强度高导热石墨散热片。石墨纤维以孤岛 的形式分散于石墨基体 中， 石墨纤维和天然石墨粉的搭接增加， 传热面积增大， 形成了有效 的导热链或导热网， 从而使复合材料的热导率明显提高， 这种方法不 仅能获得良好性能的导热石墨散热片， 还具有操工艺简单， 生产周期 短， 见效快等优点。

以下为采用上述两种技术方案的: ii个具体实施例， 以便对本发明 中的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备 方法进一歩加以说明。

实施例 1： 选择碳元素含量为 99.2%， 粒径为 180 μ m的天然鳞片石墨粉和直 径为 ΙΟμ ηι, 长度为 3讓石墨短纤维， 该鳞片石墨粉与石墨短纤维的质 量份比为 1000: 1。 将天然鳞片石墨粉放入酸处理液中进行化学处 理、 杂质处理， 将经过处理后的鳞片石墨粉进行水洗、 烘干， 然后放入石 墨膨胀炉中进行高温膨胀， 将高温膨胀后的鳞片石墨粉通过石墨卷材 生产设备制成密度为 1.2g/cm3， 厚度为 0. 1隱的石墨导热散热板。 然 后将石墨短纤维混合在压敏胶中， 用高强度分散机搅拌分散均匀后， 均匀的喷涂在该石墨散热板上， 完全干燥后， 快速与另一片该石墨导 热散热板粘接面相互粘合， 并且施加一定的压力， 最终得到高强度高 导热性能的石墨散热片。 如图 3所示， 图 3为本发明的实施例 1中导热 纤维增强的高导热散热片的结构示意图。 其中， 11为石墨散热板， 12 为压敏胶， 13为石墨短纤维。

实施例 2：

选择碳元素含量为 99.5%， 粒径为 180 μ _m 的天然鳞片石墨粉和直 径为 10 μ πι， 长度为 5mm碳纤维， 该鳞片石墨粉与碳纤维的质量份比为 20： 1。 将天然鳞片石墨粉放入酸处理液中进行化学处 理、 杂质处理， 将经过处理后的石墨粉进行水洗、 烘干， 然后放入石墨膨胀炉中进行 高温膨胀。 将膨胀后的石墨粉通过石墨卷材生产设备制成 度为 1.2g/cm3, 厚度为 0.3隱的石墨导热散热板。 然后将碳纤维混合在压 敏胶中， 用高强度分散机搅拌分散均匀后， 均匀的喷涂在该石墨散热 板上，完全干燥后，快速与另一片该石墨导热 散热板粘接面相互粘合， 并且施加一定的压力， 最终得到高强度高导热性能的石墨散热片。 如 图 4所示， 图 4为本发明的实施例 2中导热纤维增强的高导热散热片的 结构示意图。 其中， 21为石墨散热板， 22为压敏胶， 24为碳纤维。

实施例 3：

选择碳元素含量为 99.5%， 粒径为 250 μ m的天然鳞片石墨粉和碳 纤布， 该鳞片石墨粉与碳纤布的质量份比为 500:1。 将天然鳞片石墨 粉放入酸处理液中进行化学处理、 杂质处理， 将经过处理后的鳞片石 墨粉进行水洗、 烘干， 然后放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀， 将膨胀 后的鳞片石墨粉通过石墨卷材生产设备密度为 1 . 5 g/cm3， 厚度为 0. 5瞧的石墨导热散热板。 然后将制得的石墨散热片一面均匀的涂上 压敏胶， 待其完全干燥后， 快速把碳纤布涂敷在压敏胶上， 然后将另 一片涂有压敏胶的石墨散热板贴合在上面， 并且施加一定的压力最终 得到高强度高导热性能的石墨散热片。 如图 5所示， 图 5为本发明的实 施例 3中导热纤维增强的高导热散热片的结构示意� �。 其中， 31为石 墨散热板， 32为压敏胶， 35为碳纤布。

实施例 4：

选择碳元素含量为 99. 2%， 粒径为 250 μ m的天然石墨粉和碳纤布， 该鳞片石墨粉与碳纤布的质量份比为 2 : 1。 将天然鳞片石墨粉放入酸 处理液中进行化学处理、 杂质处理， 将经过处理后的鳞片石墨粉进行 水洗、 烘干， 然后放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀， 将膨胀后的石墨 粉通过石墨卷材生产设备制成密度为 1 . 5g/cm3 , 厚度为 0. 1誦的石墨 导热散热板。 然后将制得的石墨散热片一面均匀的涂上压敏 胶， 待其 完全干燥后， 快速把碳纤布涂敷在水性压敏胶上， 然后将另一片涂有 压敏胶的石墨散热板贴合在上面，并且施加一 定的压力，将其粘结好。 在该石墨散热板的上面涂上水性压敏胶， 待其完全干燥后， 快速把第 二层碳纤布涂敷在水性压敏胶上， 将另一片涂有水性压敏胶的石墨散 热板贴合在上面， 施加一定的压力， 最终得到高强度高导热性能的石 墨散热片。 如图 6所示， 图 6为本发明的实施例 4中导热纤维增强的高 导热散热片的结构示意图。 其中， 4 1为石墨散热板， 42为压敏胶， 45 为碳纤布。

实施例 5：

选择碳元素含量为 99. 5%， 粒径为 1 80 μ m的天然鳞片石墨粉和石 墨纤维， 石墨粉与石墨纤维的质量份比为 1 00 : 1。 将天然鳞片石墨粉 放入酸处理液中进行化学处理、 杂质处理， 将经过处理后的鳞片石墨 粉进行水洗、 供干。 将经处理后的鳞片石墨粉按鳞片石墨粉： 石墨纤 维 = 1 000 : 1质量份配比混匀， 然后放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀， 再通过石墨卷材生产设备制成密度为 1 . 5 g/cm3 , 厚度为 0. 1關的高强 度高导热性能的石墨散热片。 如图 7所示， 图 7为本发明的实施例 2中 导热纤维增强的高导热散热片的结构示意图。 其中， 53为石墨纤维， 56为石墨粉。

如下表所示， 表 1为采用纯石墨散热片的现有方法与上文所述� � 实例 1到实例 5获得的散热片的拉伸强度的增强效果对比表� � 从表 1可 知， 与现有方法相比， 实例 1到实例 5获得的散热片的拉伸强度得到了 明显的增强。

拉伸强度的增强效果对比表

实施例 6 :

该制备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1， 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 = 1 : 20重量份， 处理时间为 20min， 处理温度为 100°C， 再将鳞片 石墨粉加温至 280CTC进行高温提纯， 高温提纯后于 30°C的水中水洗至水洗液 pH = 5， 然后将水洗后的石墨粉在 150Γ的干燥箱内烘干 2h。

歩骤 2，将烘干后的鳞片石墨粉放入石墨膨胀炉中� � 80CTC下进行 高温膨胀， 高温膨胀时间为 20 s ; 将膨胀的鳞片石墨粉通过石墨卷材 双辊设备压制成形， 制得所需厚度的石墨导热散热板；

歩骤 3， 采用石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布作为增强剂， 在两层 石墨散热板之间用压敏胶喷涂贴合一层石墨短 纤维、 碳纤维或碳纤 布， 制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

实施例 7：

该制备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1， 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 = 1 : 3重量份， 处理时间为 2h， 处理温度为 2(TC， 再将鳞片石墨 粉加温至 320CTC进行高温提纯， 高温提纯后于 10Ό的水中水洗至水洗液 pH= 6. 5， 然后将水洗后的石墨粉在 105Ό的干燥箱内烘干 5h。

歩骤 2， 将烘干后的鳞片石墨粉放入石墨膨胀炉中于 1 200 °C下进 行高温膨胀， 高温膨胀时间为 I s ; 将膨胀的鳞片石墨粉通过石墨卷材 双辊设备压制成形， 制得所需厚度的石墨导热散热板；

歩骤 3， 采用石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布作为增强剂， 在两层 石墨散热板之间用压敏胶喷涂贴合四层石墨短 纤维、 碳纤维或碳纤 布， 石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布层为单一种、 两种或三种交叉设置， 制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

实施例 8：

¾制备方法按如下歩骤进行：

该制备方法按如下步骤进行：

步骤 1 , 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 = 1 : 10重量份， 处理时间为 lh， 处理温度为 6(TC， 再将鳞片石墨 粉加温至 3000Ό进行高温提纯， 高温提纯后于 2CTC的水中水洗至水洗液 pH= 6. 0， 然后将水洗后的石墨粉在 13CTC的干燥箱内烘干 3h。

歩骤 2， 将烘干后的鳞片石墨粉放入石墨膨胀炉中于 1000 Ό下进 行高温膨胀， 高温膨胀时间为 10s ; 将膨胀的鳞片石墨粉通过石墨卷 材双辊设备压制成形， 制得所需厚度的石墨导热散热板；

歩骤 3， 采用石墨短纤维、 碳纤维或碳纤布作为增强剂， 在两层 石墨散热板之间用压敏胶喷涂贴合一.层石墨� �纤维、 碳纤维或碳纤 布， 制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

实施例 9：

该制备方法按如下步骤进行：

歩骤 1， 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 = 1 :3重量份， 处理时间为 2h， 处理温度为 20Ό， 然后于 30°C的 水中水洗至水洗液 pH = 5，然后将水洗后的石墨粉在 15CTC的干燥箱内烘干 2h。

歩骤 2， 将烘干后的鳞片石墨粉按照鱗片石墨粉： 石墨纤维 = 2 : 1质量份配比在高混分散机内机械分散混合均� �， 分散时间为 30 m i n , 然后放入石墨膨胀炉中于 800 V下进行高温膨胀， 高温膨胀时间为 20s , 然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维增强 的高导热石墨散 热片。

实施例 10：

该讳 I」备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1， 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 = 1:20重量份， 处理时间为 20min， 处理温度为 20Ό， 然后于 30 °C的水中水洗至水洗液 ρΗ = 6.5， 然后将水洗后的石墨粉在 150Ό的干燥箱内烘 干 5h。

歩骤 2， 将烘千后的鳞片石墨粉按照鳞片石墨粉： 石墨纤维 = 1000： 1质量份配比在高混分散机内机械分散混合均� �， 分散时间为 60 min, 然后放入石墨膨胀炉中于 120CTC下进行高温膨胀， 高温膨胀 时间为 Is， 然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维增强 的高导热石 墨散热片。

实施例 11：

该制备方法按如下歩骤进行：

歩骤 1， 先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合 液中处理， 其中硫酸 溶液： 双氧水 =1:10重量份， 处理时间为 lh， 处理温度为 6(TC， 然后于 2CTC的 水中水洗至水洗液 pH = 6.0，然后将水洗后的石墨粉在 12CTC的干燥箱内烘干 3h。

歩骤 2，将烘千后的鳞片石墨粉按照鳞片石墨粉：� �墨纤维 = 500:

1质量份配比在高混分散机内机械分散混合� �匀，分散时间为 45 min, 然后放入石墨膨胀炉中于 1000'C下进行高温膨胀， 高温膨胀时间为 10s，然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维 增强的高导热石墨散 热片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明做任何形式上的限 制， 凡本行业的普通技术人员， 均可按照说明书附图和以上所述， 顺利的实施本 发明， 但在不脱离本发明技术方案而做出演变的等同 变化， 均为本发明的等效实 施例， 均仍属于本发明的技术方案。