一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术涉及材料技术领域，具体地说是一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用。一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：具体制备工艺如下：S1：用石墨纸；S2：将石墨纸超声震荡；用蒸馏水清洗；S3：用无水乙醇为溶剂；S4：将石墨纸放入溶液中浸泡，取出干燥；S5：将氮化硼和氮化硅混合；S6：用无水乙醇为溶剂，将氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中；S7：喷涂于石墨纸表面；S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度；S9：热压处理；S10：除气处理；S11：冷却至室温，制得产品。同现有技术相比，引入氮化硼和/或氮化硅，硅元素会在石墨

【技术实现步骤摘要】
一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用


[0001]本专利技术涉及材料
，具体地说是一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]随着电子器件的发展趋势向集成化、小型化、轻量化和高功率化不断升级，单位面积发热量越来越大。因此热管理材料被不断地升级革新，第一代热管理材料是铜、铝等金属材料，虽然其具有良好的导热性能与加工性能，但是热膨胀系数过大，与芯片及基片不匹配，容易导致热应力集中，元器件可靠性及寿命降低。第二代材料是铜、铝等金属中添加入热膨胀系数较低的材料，比如：硅、碳化硅，但是会大大影响材料的导热性能。第三代材料是金刚石和铜铝等金属的复合材料，导热系数高，但是制备工艺复杂，成本高，材料硬度高，加工难度也大。第四代材料为石墨和铝、铜等金属的复合材料，其导热系数高，加工难度小，膨胀系数低，密度小等优点成为了目前世界铝基复合材料研究领域的新热点。
[0003]然而，石墨/铝复合材料需要解决的共性问题：1.石墨与铝材料二者润湿性差，润湿角在常温下约为157
°
，即使温度达到800
°
C时仍然大于90
°
，由于两种材料润湿性差，结合界面容易产生空洞和缺陷。2.铝材料极易氧化，生成的致密氧化膜会在复合过程中会成为扩散阻碍层，影响最终复合材料的结合力与导热性能。3.石墨与铝的界面反应会产生碳化铝（Al4C3）相，为脆性相，会阻碍热传递并降低材料的机械性能，且对湿气接触高度敏感，易水解，容易成为腐蚀源并加快疲劳裂纹的生长速度。
专利技术内容
[0004]本专利技术为克服现有技术的不足，提供一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用，引入氮化硼和/或氮化硅，硅元素会在石墨
‑
铝界面富集并析出，能够在碳和铝之间形成扩散阻碍层，降低碳元素在铝中的固溶度，减少脆性相的产生。
[0005]为实现上述目的，设计一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：具体制备工艺如下：S1：选用石墨纸作为基体；S2：将石墨纸放置于温度为55
‑
75℃的碱性除油水中超声震荡，震荡时间为5
‑
30min；完成后用蒸馏水进行清洗，清洗时间为5min；S3：使用无水乙醇或者丙酮作为溶剂，配置浓度为5~20%的KH
‑
550混合溶液；S4：将除油、清洗后的石墨纸放入配置好的KH
‑
550混合溶液中浸泡，常温浸泡5
‑
30min，然后取出干燥；S5：将一定质量比的氮化硼和氮化硅通过真空离心混料机混合，混合时间为15
‑
45min，呈均匀状；S6：使用无水乙醇作为溶剂，将混合后的氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中，配制浓度为35~40%的氮化硼/氮化硅混合乳液；
S7：将配置好的氮化硼/氮化硅混合乳液喷涂于石墨纸表面，喷涂厚度为10
‑
80
µ
m，在空气中自然干燥；S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度，高度为100
‑
500mm，形成石墨/铝箔材料；S9：将石墨/铝箔材料放入真空热压炉内，抽至真空度小于等于1*10
‑3Pa，并进行热压处理；S10：将热压处理后的石墨/铝箔材料进行除气处理；S11：将除气处理后的石墨/铝箔材料，随炉冷却至室温，制得产品。
[0006]所述的石墨纸的纯度大于99%，石墨纸厚度范围为100
‑
500
µ
m。
[0007]所述的碱性除油水的PH值大于9。
[0008]所述的氮化硼/氮化硅混合乳液中，氮化硼及氮化硅的质量比为1：10~1：40。
[0009]所述的热压处理为先升温至400
°
C，然后保温30分钟，压力为30
‑
80MPa。
[0010]所述的除气处理为开始加压30~45Mpa，并升温至800~1400
°
C，保温100分钟。
[0011]一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构，包括高导热石墨/铝基多元复合材料、散热器、发热电子元器件，其特征在于：高导热石墨/铝基多元复合材料的顶部采用钎焊处理与散热器的底座连接，高导热石墨/铝基多元复合材料底部采用软化处理与发热电子元器件连接。
[0012]所述的钎焊处理中的焊料为SnCu或者SnAg合金。
[0013]所述的软化处理的过程为在高导热石墨/铝基多元复合材料的表面涂覆酸性溶液，将高导热石墨/铝基多元复合材料表面的铝材料溶化，形成石墨梳状的软化结构。
[0014]所述的酸性溶液是盐酸，浓度为0.5wt%
‑
15wt%。
[0015]本专利技术同现有技术相比，提供一种高导热石墨/铝基多元复合材料及其应用，引入氮化硼和/或氮化硅，硅元素会在石墨
‑
铝界面富集并析出，能够在碳和铝之间形成扩散阻碍层，降低碳元素在铝中的固溶度，减少脆性相的产生。
[0016]氮元素会与铝反应得到原位生产的氮化铝（AlN）和硼化铝（AlB2）颗粒，增强铝基复合材料的同时，也可以提升其导热性能。多元合金为基体的石墨/铝基复合材料的热导率可以达到200
‑
500 W/mk。
附图说明
[0017]图1为石墨
‑
铝界面结合显示图。
[0018]图2为石墨
‑
铝界面晶相图。
[0019]图3为本专利技术石墨/铝基多元复合材料与散热器及发热电子元器件的连接结构示意图。
[0020]图4为图3的放大示意图。
[0021]参见图3，1为散热器，2为高导热石墨/铝基多元复合材料，3为发热电子元器件。
具体实施方式
[0022]下面根据附图对本专利技术做进一步的说明。
[0023]一种高导热石墨/铝基多元复合材料的制备工艺，具体制备工艺如下：
S1：选用石墨纸作为基体；S2：将石墨纸放置于温度为55
‑
75℃的碱性除油水中超声震荡，震荡时间为5
‑
30min；完成后用蒸馏水进行清洗，清洗时间为5min；S3：使用无水乙醇或者丙酮作为溶剂，配置浓度为5~20%的KH
‑
550混合溶液；S4：将除油、清洗后的石墨纸放入配置好的KH
‑
550混合溶液中浸泡，常温浸泡5
‑
30min，然后取出干燥；S5：将一定质量比的氮化硼和氮化硅通过真空离心混料机混合，混合时间为15
‑
45min，呈均匀状；S6：使用无水乙醇作为溶剂，将混合后的氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中，配制浓度为35~40%的氮化硼/氮化硅混合乳液；S7：将配置好的氮化硼/氮化硅混合乳液喷涂于石墨纸表面，喷涂厚度为10
‑
80
µ
m，在空气中自然干燥；S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度，高度为100
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：具体制备工艺如下：S1：选用石墨纸作为基体；S2：将石墨纸放置于温度为55
‑
75℃的碱性除油水中超声震荡，震荡时间为5
‑
30min；完成后用蒸馏水进行清洗，清洗时间为5min；S3：使用无水乙醇或者丙酮作为溶剂，配置浓度为5~20%的KH
‑
550混合溶液；S4：将除油、清洗后的石墨纸放入配置好的KH
‑
550混合溶液中浸泡，常温浸泡5
‑
30min，然后取出干燥；S5：将一定质量比的氮化硼和氮化硅通过真空离心混料机混合，混合时间为15
‑
45min，呈均匀状；S6：使用无水乙醇作为溶剂，将混合后的氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中，配制浓度为35~40%的氮化硼/氮化硅混合乳液；S7：将配置好的氮化硼/氮化硅混合乳液喷涂于石墨纸表面，喷涂厚度为10
‑
80
µ
m，在空气中自然干燥；S8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度，高度为100
‑
500mm，形成石墨/铝箔材料；S9：将石墨/铝箔材料放入真空热压炉内，抽至真空度小于等于1*10
‑3Pa，并进行热压处理；S10：将热压处理后的石墨/铝箔材料进行除气处理；S11：将除气处理后的石墨/铝箔材料，随炉冷却至室温，制得高导热石墨/铝基多元复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高导热石墨/铝基多元复合材料，其特征在于：所述的石墨纸的纯度大于99%，石墨纸厚度范围为100
‑
500
µ
m。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文迪，高伦，郭春艳，桂海燕，朱玉斌，
申请(专利权)人：上海六晶材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：