一种石墨块材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨块材料及其制备方法。石墨块材料包括两层石墨层结构，所述第一层石墨层结构各向异性，所述第一层石墨层结构设置在所述第二层石墨层结构上，所述第一层石墨层结构的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构表面平行的方向，两层石墨层结构经炭化烧成一体后形成一个整体。本发明专利技术石墨块材料由两层石墨层结构构成，第一层石墨层结构的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构表面平行的方向，且两层石墨层结构经炭化后形成一个整体，两者烧成一体使得两层结构近似“无缝”接触，界面热阻很低，传热效果显著。本发明专利技术的石墨块材料设置两层结构，且由于烧成一体，石墨块材料内部传热效果好，用于散热或者发热时的性能较显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨材料及石墨材料的制备方法。
技术介绍
石墨具有良好的热、电性能，具有广泛的应用。从微观结构上说，石墨晶体具有层状结构，具有各向异性的特点，其力学、电学、热学性能都是各向异性的。热导率也不例外，各向异性的石墨材料有一个高热传导的方向以及与之垂直的低导热方向，其中相对高导热方向即为石墨材料的主要导热方向。天然形成的石墨材料晶粒都比较小，人造石墨也未见有宏观尺寸的石墨单晶的报道，因此宏观使用的石墨材料都是石墨的多晶体，而且内部总有一些部分的结晶度，也即石墨化度不高。对于多晶石墨材料来说，如果微晶的取向度不高，甚至是随机排列的，则整体的导热性不高，一般都在100W/mK以下。只有相邻晶粒的高导热方向互相平行或者接近平行，整体才能有较高的导热性。高导热的石墨材料，因为石墨 密度低、热导率高、价格较低等得点而在热管理材料上有很广泛的应用前景。用做散热材料是石墨材料的一个重要的应用领域，将需要散去的热量通过石墨传递出去。然而如果单纯使用石墨材料，通常石墨材料中仅与热源接触的部分能发挥散热效果，而其余未与热源接触的部分则难以发挥散热性能，导致此时石墨材料的散热性能难以全面发挥。另一方面，由于高导电和耐高温，石墨也是很多高温应用的发热体。作为发热体，往往置于被加热部件的一侧，而现有的石墨材料作为发热体时，热量沿各个方向传播，其中能传递给被加热部件用于加热的能量有限，能量利用效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出，制得的石墨块材料用于散热或者发热时的性能较好。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决 一种石墨块材料，包括两层石墨层结构，所述第一层石墨层结构各向异性，所述第一层石墨层结构设置在所述第二层石墨层结构上，所述第一层石墨层结构的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构表面平行的方向，两层石墨层结构经炭化烧成一体后形成一个整体。本专利技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决 一种石墨块材料的制备方法，包括以下步骤将各向异性的第一层石墨层结构设置在所述第二层石墨层结构上，设置时将所述第一层石墨层结构的相对高导热方向平行于所述第二层石墨层结构的表面；再将两层石墨层结构炭化烧成一体后形成一个整体，得到所述石墨块材料。本专利技术与现有技术对比的有益效果是 本专利技术的石墨块材料及其制备方法中，石墨块材料由两层石墨层结构构成，第一层石墨层结构的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构表面平行的方向，且两层石墨层结构经炭化后形成一个整体，两者烧成一体使得两层结构近似“无缝”接触，界面热阻很低，传热效果显著。这样用于散热时，第二层石墨层结构作为散热层，其上的第一层石墨层结构作为均热层，从而通过均热层使得第二层石墨层结构的整个表面部分均用于传递热量散热，提高散热效率。用于发热时，第二层石墨层结构作为发热层，其上的第一层石墨层结构作为隔热层，能阻止发热层的热量朝背离需加热的部件方向传递，使发热层热量尽可能多地朝需加热的部件所在方向传递，提高热量利用效率。本专利技术的石墨块材料设置两层结构，且由于烧成一体，石墨块材料内部传热效果好，用于散热或者发热时的性能改善较显著。附图说明图I是本专利技术具体实施方式一中的石墨块材料的结构示意图； 图2是本专利技术具体实施方式一中的石墨块材料用于散热时的使用状态示意 图3是本专利技术具体实施方式一中的石墨块材料用于发热时的使用状态示意 图4是本专利技术具体实施方式四中的石墨块材料的剖面分解示意 图5是本专利技术具体实施方式六中的石墨块材料的结构示意图。具体实施例方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。如图I所示，为本具体实施方式中石墨块材料的结构示意图，石墨块材料100包括两层石墨层结构，第一层石墨层结构A各向异性，第一层石墨层结构A设置在所述第二层石墨层结构B上，且第一层石墨层结构A的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构B表面平行的方向，两层石墨层结构经炭化烧成一体后形成一个整体。此处相对高导热方向，是石墨层的主要导热方向。石墨层在垂直方向，水平方向均有热导率，如垂直方向的热导率远大于水平方向的热导率，则可认为垂直方向为相对高导热方向，主要沿垂直方向导热。类似地，如水平方向的热导率远大于垂直方向的热导率，则可认为水平方向为相对高导热方向，主要沿水平方向导热。图中，为示意第一层石墨层结构A的导热方向，用横线示出了其导热方向为沿与第二层石墨层结构B表面平行的方向。 制备时，将各向异性的第一层石墨层结构A设置在第二层石墨层结构B上，设置时将第一层石墨层结构A的相对高导热方向平行于第二层石墨层结构B的表面；再将两层石墨层结构炭化烧成一体后形成一个整体，得到石墨块材料。具体可包括以下步骤1)将添加有粘结剂的天然鳞片石墨或膨胀石墨分散在溶剂中形成浆料，作为第一层石墨层结构A的组分；2)将所述步骤I)制得的浆料用流延或涂布的方法直接成型在一层石墨块或者石墨前躯体上；3)在低于所述溶剂沸点的温度下将所述步骤2)中覆有浆料的石墨块或石墨前躯体烘干，经炭化后将两层石墨层结构烧成一体后形成一个整体，得到所述石墨块材料制得石墨块材料。此处通过流延的方法，可以使天然鳞片石墨达到比热压等工艺更高的各向异性取向程度，可以进一步提高制得的石墨块材料的均热隔热效果。如下为具体实例，结合以说明上述制备方法1)将石油浙青溶解在有机溶剂中，滤去不溶物，加入天然鳞片石墨搅拌均匀，形成浆料，作为第一层石墨层结构A的组分。2)用流延方法把上述制得的浆料流延或涂布直接成型在用于散热的高导热炭块表面，此处炭块即作为第二层石墨层结构B的组分，涂布厚度为100微米，在100°C下烘干，500°C加压炭化3小时，使两层结构烧成一体，得到由两层石墨层结构烧成一体形成的整体的石墨块材料。如图2所示，为本专利技术具体实施方式的石墨块材料用于散热时的使用状态示意图。用于散热时，主要利用石墨块材料100中的第二层石墨层结构B散热，需要散热的部件200与石墨块材料100中的第一层石墨层结构A接触。第一层石墨层结构A的相对高导热方向为沿第二层石墨层结构B表面平行的方向，因此热量在第一层石墨层结构A中沿着与第二层石墨层结构B的表面平行的方向传递，从而可作为均热层发挥均热的效果，将热量传递至第二层石墨层结构B的整个表面部分，则第二层石墨层结构B的整个体积均用于传递热量散热，而不再仅仅是与散热部件200有接触的部分进行散热，可提闻散热效率。如图3所示，为本专利技术具体实施方式的石墨块材料用于发热时的使用状态示意图。用于发热时，主要利用石墨块材料100中的第二层石墨层结构B接收外界热量后将热量传递给需要加热的部件，需要加入的部件300与石墨块材料100中的第二层石墨层结构B接触，第一层石墨层结构A的相对高导热方向为沿第二层石墨层结构B表面平行的方向，因此垂直于第二石墨层结构B表面的方向热传导率低，因此第二层石墨层结构B中热量不 容易“穿透过”第一层石墨层结构A，第一层石墨层结构即可作为隔热层，能阻止发热体(第二层石墨层结构B)的热量朝背离需加热的部件300的方向传递，使发热体热量尽可能多地朝需加热的部件300所在方向传递，提高热量利用效率。上述，散热时均热加散热的方案，以及发热时隔热加发热的方案，理论上通过两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨块材料，其特征在于：包括两层石墨层结构，所述第一层石墨层结构（A）各向异性，所述第一层石墨层结构（A）设置在所述第二层石墨层结构（B）上，所述第一层石墨层结构（A）的相对高导热方向为与所述第二层石墨层结构（B）表面平行的方向，两层石墨层结构经炭化烧成一体后形成一个整体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鸿达，康飞宇，李宝华，许金造，李佳，贺艳兵，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：