高热导性石墨粒子分散型复合体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种石墨粒子分散型复合体，其由用银、铜、铝等高热导率金属进行被覆的石墨粒子固化而成，其中，所述石墨粒子的平均粒径为２０～５００μｍ，所述石墨粒子和所述金属的体积比为６０／４０～９５／５，所述复合体的至少一方向的热导率为１５０Ｗ／ｍＫ以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高热导性石墨粒子/金属复合体，特别是涉及将由高热导率 金属被覆的石墨粒子固化而成的高热导性石墨粒子分散型复合体及其制 造方法。
技术介绍
虽然已知石墨为高热导性材料，不过难以仅固化石墨，因此提出了将 铜或铝等金属作为接合材的石墨粒子分散型复合体。但是，由于石墨和金 属的浸润性差，因此在通过粉末冶金法由石墨粒子和金属粉末的混合物制作复合体时，如果石墨粒子超过50体积％，则因石墨粒子间的接触界面 过多而不能得到致密且高热导性的复合体。为了得到致密且高热导性的复合体，正广泛进行改善石墨和金属的浸 润性的尝试。例如，特开2002—59257号公开了由具有高热导率的气相生 长碳纤维和金属构成的复合材料，其是为改善对于金属的浸润性而在碳纤 维的表面形成有二氧化硅层的复合材料。不过，由于使用碳纤维，因此不 仅制造成本高，而且因使具有10W/mK的低的热导率的二氧化硅层形成在 碳纤维表面上，所以存在所得到的复合体的热导率不太高的问题。特开2001—339022号公开了，通过烧成碳或其同素异形体(石墨等) 制作多孔性烧结体，使金属浸含于多扎性烧结体中，再通过冷却浸含金属 的多孔性烧结体而制造散热材的方法，在该方法中，向金属添加改善两者 界面的浸润性的低熔点金属(Te、 Bi、 Pb、 Sn等)、和提高与碳或其同素 异形体间的反应性的金属(Nb、 Cr、 Zr、 Ti等)的方法。不过，由于碳或 其同素异形体的多孔性烧结体中浸含有金属，因此不仅制造成分高，而且 由于低熔点金属及提高反应性的金属的添加，碳或其同素异形体与金属间 的热阻抗增大，进而由于低熔点金属及提高反应性的金属混入浸含金属 中，因此存在浸含金属的热导率下降，且不能得到高热导性的问题。特开2000—247758号公开了一种由碳纤维和从铜、铝、银及金中选 择的至少一种金属构成且热导率至少为300W/mK的热导体，其中，在碳 纤维上镀镍。不过，由于使用碳纤维，因此不仅制造成本高，而且因为在 碳纤维上镀有低热导率的Ni，所以存在不能期待使用了碳纤维的配合的高 热导率的问题。特开平10—298772号公开了，加压成形根据非电解镀敷在一次粒子 状态的碳质粉末表面析出25 40重量％的铜的铜被覆碳质粉末，通过对 其烧结制造导电构件的方法。不过，该导电构件用于像供电刷一样需要低 电阻及低摩擦力的用途中，在该文献中根本没有有关热导率的记载。因此， 测定该导电构件的热导率的结果发现，远低于150W/mK。这是由于所使 用的人造石墨粉末的平均粒径小于2 3Pm，因而石墨粉末的界面多，不 能有效地利用石墨的高热导性的缘故。
技术实现思路
因而，本专利技术的目的在于提供使石墨所具有的高热导性有效地发挥的 石墨粒子分散型复合体及其制造方法。鉴于上述目的而进行潜心研究的结果发现，通过用高热导性金属对比 较大的石墨粒子进行被覆后至少向一方向施加压力，可以得到有效地利用 石墨所具有的高热导性的高热导率的石墨/金属复合体，以至完成本专利技术。艮口，本专利技术的石墨粒子分散型复合体，其特征在于，是对用高热导率 金属进行被覆的石墨粒子固化而成，所述石墨粒子的平均粒径为20 500toi，所述石墨粒子和所述金属的体积比为60/40 95/5，所述复合体的 至少一方向的热导率为150W/mK以上。在本专利技术的优选的一实施方式中，所述复合体，具有所述金属被覆石 墨粒子被向至少一方向施压且所述石墨粒子和所述金属被层叠于加压方 向的组织。所述石墨粒子的(002)的面间隔优选为0.335 0.337nm。所述石墨粒子优选由从热解石墨、集结石墨及天然石墨中选择的至少 一种构成，特别优选为集结石墨。所述金属优选为从银、铜、铝中选择的 至少一种。所述石墨粒子的平均粒径优选为40 400Mm，平均长宽比优选 为2以上。 本专利技术的石墨粒子分散型复合体的相对密度优选为80%以上，更优选 为90%以上，最优选为92%以上。制造作为至少一方向的热导率为150W/mK以上的石墨粒子分散型复合 体的本专利技术的方法，其特征在于，用40 5体积％的高热导率金属被覆 60 95体积％的平均粒径为20 500Mm的石墨粒子，将所得到的金属被覆 石墨粒子通过施加至少向一方向的压力而使其固化。作为所述石墨粒子优选使用从热解石墨粒子、集结石墨粒子、天然石 墨粒子中选择的至少一种，特别优选使用集结石墨粒子。另外，作为所述 金属优选使用从银、铜、铝中选择的至少一种，特别优选使用铜。石墨粒 子的平均粒径优选为40 400Mm，平均长宽比优选为2以上。优选通过单轴加压成形、冷流体静压加压法、压延法、热压法、脉冲 通电加压烧结法、热流体静压加压法中的至少一种方法进行所述金属被覆 石墨粒子的固化。将所述金属被覆石墨粒子单轴加压成形后，优选在300。C以上且比所 述金属的熔点低的温度下进行热处理。在所述金属为铜的情况下，热处理 温度更优选为300 900°C，最优选为500 800°C。在进行所述热处理时， 优选用20 200MPa的压力加压。优选通过非电解镀敷法或机械合金化法对所述石墨粒子用所述金属 进行被覆。根据本专利技术的特别优选实施方式的方法是制造至少一方向的热导率 为150W/mK以上的石墨粒子分散型复合体的方法，其特征在于，由从热 解石墨、集结石墨、天然石墨中选择的至少一种构成，在60 95体积％ 的平均粒径为20 500toi的石墨粒子上非电解镀铜40 5体积％，将所得 到的铜镀石墨粒子在室温下向一方向施行挤压加工，接下来在300 900 。C进行热处理。在进行所述热处理时，优选用20 200MPa的压力加压。就本专利技术的石墨粒子分散型复合体而言，由于使用具有20 500Pm的 大的平均粒径的石墨粒子，在石墨粒子的表面形成高热导率的金属被膜 后，至少向一方向施加压力，由此形成，因此至少在一方向上具有150W/mK以上的高的热导率。另外，通过加压而具有高的相对密度。具备这样的特 征的本专利技术的石墨粒子分散型复合体适用于散热器、热扩散器等。 附图说明图1是表示求出典型的石墨粒子的长宽比的方法的示意图。图2是在实施例3中所使用的石墨粒子的电子显微镜照片。图3 (a)是表示实施例3的复合体的加压方向的剖面组织的电子显微 镜照片(IOO倍)。图3 (b)是表示实施例3的复合体的加压方向的剖面组织的电子显微 镜照片(400倍)。图4是表示石墨粒子的平均粒径和复合体的热导率间的关系的图。图5 (a)是表示在实施例22中用70(TC进行热处理的复合体的加压方 向的剖面组织的电子显微镜照片(600倍)。图5 (b)是表示在实施例22中用70(TC进行热处理的复合体的加压 方向的剖面组织的电子显微镜照片(2000倍)。图5 (c)是表示在实施例22中用70(TC进行热处理的复合体的加压 方向的剖面组织的电子显微镜照片(10000倍)。图5 (d)是表示在实施例22中用70(TC进行热处理的复合体的加压 方向的剖面组织的电子显微镜照片(50000倍)。图6是表示热处理温度和复合体的热导率及相对密度间的关系的图。具体实施方式石墨粒子分散型复合体 (A)石墨粒子石墨粒子优选由热解石墨、集结石墨或天然石墨构成。由于热解石墨 是微米级晶粒集合的多晶体，且各晶粒的c轴方位朝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨粒子分散型复合体，其是对由高热导率的金属被覆的石墨粒子进行固化而成，其特征在于，所述石墨粒子的平均粒径为２０～５００μｍ，所述石墨粒子和所述金属的体积比为６０／４０～９５／５，所述复合体的至少一方向的热导率为１５０Ｗ／ｍＫ以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福岛英子，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]