高导热铝基石墨烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯复合材料的技术领域，尤其涉及一种高导热铝基石墨烯复合材料及其制备方法。这种高导热铝基石墨烯复合材料包括石墨烯、合金和铝粉，能显著提升铝基复合材料的导热性能，并且具有机械性能优异、工艺环保节能、可工业化大批量生产的优势。

High thermal conductivity Al based graphene composite and its preparation

【技术实现步骤摘要】
高导热铝基石墨烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料，尤其涉及一种高导热铝基石墨烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着能源、电子、信息产业的发展，电子元器件呈现体积更小、功率更高的发展规律，这对电子封装材料的导热性能提出了新的挑战。石墨烯具有超高的力学强度、电子迁移率和导热系数，在高性能复合材料领域具有广阔的应用前景。铝在自然界中储量丰富、价廉易得，而铝合金具有较高的机械性能、仅次于银和铜的导电性能等特点，被广泛应用在结构材料、导线、散热器、电子封装材料等领域。目前，已有研究发现石墨烯在增强铝基复合材料机械性能的显著作用，但缺乏导热性能方面的研究。专利《一种制备石墨烯增强铝合金复合材料的方法》（公开号：CN109234658A）公布了一种石墨烯增强铝的方法，该方法中采用铝片表面喷涂石墨烯复合粉和摩擦搅拌的方法制备铝基石墨烯复合材料，但存在石墨烯难分散、复合材料致密性较差等不足。专利CN103993192A公布了一种通过高能球磨的工艺混合石墨烯和金属粉末制备石墨烯增强金属材料的方法，但是，高能球磨不仅容易破坏石墨烯的结构，也不易通过工业化方式实现规模量产，此外其热等静压的成型方式容易在石墨烯与铝界面间形成脆性的Al4C3，而损害机械性能。专利CN108396168A公布了一种制备高强高导抗蠕变石墨烯增强铝合金的方法，但该方法中大量使用有机试剂，容易造成环境污染，而且有机试剂难以完全脱除，残留在制品中导致使用性能和机械性能的劣化。现有技术的缺点：纯铝金属因其力学强度低限制了应用范围，而现有的增强铝合金力学性能的增强相虽能提高铝合金的力学性能，但会严重的降低铝合金的导热性能。石墨烯分散不均匀：采用压力浸渗法或摩擦搅拌焊法等方法很难将石墨烯均匀地分散在金属基体中，容易造成石墨烯的团聚以及机械/导热性能的不均一。加工成型过程中易引发界面反应形成Al4C3：热压烧结法、熔融法和压力浸渗法等方法制备铝基石墨烯复合材料都需要高的实施温度或高温高压同时实施，使铝和石墨烯界面间容易发生化学反应生脆性的Al4C3，损害材料的机械强度或导热性能。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述现有铝基石墨烯复合材料中石墨烯分布不均匀、致密度低、界面反应难以控制、易形成Al4C3脆性物质等缺陷，能显著提升铝基复合材料的导热性能，并且具有机械性能优异、工艺环保节能、可工业化大批量生产的优势，提供一种高导热铝基石墨烯复合材料。为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：高导热铝基石墨烯复合材料包含以下重量份的原料：石墨烯0.01~5份低熔点合金0~4份铝粉91~99.99份。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述合金为低熔点Al-50Mg、Al-12Si、AlMgSi10中的至少一种，低熔点合金的添加总量占复合粉末总量的0～2.5wt%。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述铝粉的牌号为1080A、6063、2024、7075牌号中的一种；铝粉中铝含量为95～99.85wt%。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述石墨烯为单层或少层石墨烯，石墨烯层数在1~20层，片径为0.5~20um；石墨烯占复合粉末总质量的0.01～5wt%。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括包含以下重量份的原料：0.1~2份的石墨烯，0.1~0.5份的Al-50Mg合金，0.05~1份的Al-12Si合金，96.5~99.8份的铝粉。高导热铝基石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：第一步、将石墨烯加入溶剂中，在分散装置内混合均匀，获得均一稳定的石墨烯分散液；第二步、将石墨烯分散液、铝粉和低熔点合金粉末按比例均匀混合成浆料，经干燥后，获得石墨烯分散均匀的铝/石墨烯复合粉末；第三步、将复合粉末放入硬质合金模具中压制成棒状毛坯，在保护气氛下烧结得到烧结致密棒材；第四步、将烧结致密棒材进行热挤出成型，得到铝/石墨烯复合材料。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第一步中分散装置为砂磨机、均质机、高能球磨、高速分散机、超声分散机中的至少一种。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第一步中溶剂为去离子水、乙醇、甲醇、丙酮、乙醇和甲醇中的至少一种。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第三步中烧结保护气氛为高纯氮气N2或高纯氩气Ar2，烧结温度为560～650℃/min，升温速率为5～10℃/min，保温2～4h，降温速率为10～30℃/min。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述热挤出温度为260～420℃/min，挤出比为3～50，挤出速率为1.8～10m/min。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在金属铝中添加导热系数高达5300W/m·K的墨烯并使其均匀分散在金属基体中，以大幅提高铝合金导热系数。由实施例可知，随着石墨烯添加量增加，铝基石墨烯复合材料的导热系数逐渐增加，最高达到了351W/m·K，比同工艺下纯铝提高了67%。2、本专利技术通过预先将石墨烯均匀分散在水或酒精等基液中，以便石墨烯在铝基体中能够实现均匀分散。3、本专利技术通过添加低熔点合金降低铝基石墨烯复合材料的烧结温度，提高石墨烯与铝基体间的浸润性和结合强度，避免了石墨烯-铝界面间反应生成Al4C3，有利于机械强度的提高。4、本专利技术以石墨烯为增强相制备铝基石墨烯复合材料，在提升铝合金导热系数的同时，力学强度也得到大幅度的提升，有利于铝合金材料在电子封装、散热器等领域的应用。5、基于可工业化量产的工艺路线，低成本，环境友好。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种高导热铝基石墨烯复合材料及其制备方法，旨在解决现有制备铝基石墨烯复合材料方法中存在的石墨烯分布、分散不均匀的问题，旨在解决现有制备铝基石墨烯复合材料方法中存在的界面反应生成脆性Al4C3的问题，能显著提升铝基复合材料的导热性能，并且具有机械性能优异、工艺环保节能、可工业化大批量生产的优势。高导热铝基石墨烯复合材料，包含以下重量份的原料：石墨烯0.01~5份低熔点合金0~4份铝粉91~99.99份。高导热铝基石墨烯复合材料的制备方法，制备方法具体包括以下步骤：第一步、将石墨烯加入溶剂中，在分散装置内混合均匀，获得均一稳定的石墨烯分散液；第二步、将石墨烯分散液、铝粉和低熔点合金粉末按比例均匀混合成浆料，经干燥后，获得石墨烯分散均匀的铝/石墨烯复合粉末；第三步、将复合粉末放入硬质合金模具中压制成棒状毛坯，在保护气氛下烧结得到烧结致密棒材；第四步、将烧结致密棒材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：/n石墨烯 0.01~5份/n低熔点合金 0 ~4份/n铝粉 91~99.99份。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：
石墨烯0.01~5份
低熔点合金0~4份
铝粉91~99.99份。


2.如权利要求1所述的高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于：所述低熔点合金为Al-50Mg、Al-12Si、AlMgSi10中的至少一种，低熔点合金的添加总量占复合粉末总量的0～4wt%。


3.如权利要求1所述的高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于：所述铝粉的牌号为1080A、6063、2024、7075牌号中的一种；铝粉中铝含量为95～99.85wt%。


4.如权利要求1所述的高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于：所述石墨烯为单层或少层石墨烯，石墨烯层数在1~20层，片径为0.5~20um；石墨烯占复合粉末总质量的0.01～5wt%。


5.如权利要求1所述的高导热铝基石墨烯复合材料，其特征在于：包含以下重量份的原料：0.1~2份的石墨烯，0.1~0.5份的Al-50Mg合金，0.05~1份的Al-12Si合金，96.5~99.8份的铝粉。


6.如权利要求1所述的高导热铝基石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法具体包括以下步骤：
第一步、将石墨烯加...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡智峰，唐公民，李达，易伟，刘耘成，刘婷婷，徐玮彤，徐欢，曲波，李金来，
申请(专利权)人：江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院有限公司，江苏江南烯元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32