一种高效散热的石墨纸及其制备方法和应用与流程

本发明属于石墨材料领域，具体公开了一种高效散热的石墨纸及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电子产品的升级换代的加速和迷你、高集成以及高性能电子设备的日益增长的散热管理需求，也推出了全新的电子产品散热新技术，即石墨材料散热解决新方案。这种全新的天然石墨解决方案，利用石墨纸散热效率高、占用空间小、重量轻，沿两个方向均匀导热，消除“热点”区域，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。现有的石墨纸主要是将石墨与强酸反应变性后，再进行压延制备获得的。如cn201410253642.2公开了一种石墨纸的制备方法，酸处理后的石墨鳞片被加工成石墨蠕虫，经过脱硫处理后，有部分原料进入石墨线制备装置4中，在高压动力泵的作用下，在喷口处连续喷射出石墨线，这些石墨线被喷射到石墨纸和/或轧辊7上，与石墨纸和轧辊运动相配合，形成相应的系列斜向或网状在石墨线排布在石墨纸和轧辊上，进一步通过碾轧制备相应厚度的石墨纸。cn201810158894.5公开了导热石墨纸及其制备方法，其包括以下步骤：将鳞片石墨与硫酸溶液混合，得到第一混合物；向所述第一混合物中加入重铬酸钾粉末，得到第二混合物；对所述第二混合物进行水洗，得到预制品；将所述预制品置于一腔室中，先对所述腔室抽真空，再向所述腔室内通入惰性气体，并进行高温膨胀处理，得到膨胀石墨材料；以及对所述膨胀石墨材料进行至少一次辊轧，得到导热石墨纸。上述石墨纸制备过程中均需要使用强酸等强氧化材料，制备过程中的安全性和环保性均较差。针对上述缺陷，cn201310628887.4公开了一种高导热石墨纸的制备方法，采用磁控溅射系统先在厚度0.2～1mm的石墨片上制备镍催化剂层，镍膜厚度为10～500nm；对制备所得的镍催化层进行高温退火处理，形成直径为0.5～15μm镍单晶颗粒；然后采用化学气相沉积法在镀有镍催化层的石墨片上制备石墨烯；再将覆有石墨烯薄膜的石墨片浸润于催化剂溶液硝酸铁或氯化铁或醋酸铁水溶液中10min～2h，取出于120℃下烘干后，放入化学气相沉积系统生长碳纳米管；最后采用液压机压制，得到高导热石墨纸。上述专利中虽然避免了使用强酸对石墨进行改性，但是制备过程需要使用磁控溅射系统和化学气相沉积法，需要对石墨表面进行处理，处理时间长，设备成本高，产量低，无法大规模推广应用。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明公开了一种高效散热的石墨纸及其制备方法和应用，使用超声改性的新的石墨粉为主要原料，结合炭黑、滑石粉和羧甲基纤维素等常见原料制备，避免了强酸污染；获得的石墨纸机械性能好，导热能力强，制备效率高，成本低。

2、本发明采用以下的技术方案：

3、一种高效散热的石墨纸，由以下重量份数的原料制成：

4、

5、所述改性石墨粉经过以下改性步骤处理：

6、1)将鳞片石墨粉碎后过200-500目筛，得鳞片石墨粉；

7、2)将上述鳞片石墨粉中添加占最终质量分数2-4％的多层石墨烯、1-2％的二硫化钼，0.5-1％的氮化硅、0.2-0.4％重铬酸钾混合均匀，放入有机溶剂中进行超声处理；

8、3)将超声处理后混合溶液过滤，收集固形物，300-400℃真空干燥至含水率低于5％，得到改性石墨粉。

9、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述粘结剂为煤焦沥青。

10、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述抗磨剂为二丁基二硫代氨基甲酸锑。

11、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述纳米金属导热材料为镍粉、铝粉或铜粉中的一种或者多种，平均直径在200-500nm之间。

12、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述步骤2)中的有机溶剂为无水乙醇。

13、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述粉剂a与有机溶剂的质量比为1:20-30。

14、进一步的，上述一种高效散热的石墨纸，所述超声处理中：功率500-1500w，频率19.5-20.5khz，处理量500-1500ml；单次超声时间3-10s，单次间歇时间2-4s，循环次数100-300次，所述超声处理中同时进行磁力搅拌。

15、本发明还公开了上述高效散热的石墨纸的制备方法，包括以下步骤：s1.研磨：将改性石墨粉、炭黑、滑石粉、羧甲基纤维素均匀混合后研磨，过100-200目筛后，收集得混合物a；

16、s2.混合：将粘结剂、纳米金属导热材料和抗磨剂投入混合物a中，进一步的搅拌均匀，得到混合物b；

17、s3.膨胀：将混合物b投入石墨膨胀炉内进行膨胀制得成型材料；

18、s4.烧结：将步骤s3制得的成型材料在通氩气的条件下进行烧结，烧结温度为800-900℃、烧结保温加压时间为25-40min，烧结压强为15-30mpa；

19、s5.再次烧结：将步骤s4制得的一次烧结品用放电等离子烧结工艺进行二次烧结，烧结最高温度为2000℃，二次烧结后制得石墨纸材料；

20、s6.压制：采用液压机对石墨纸材料进行压制，压强为2100～2500n·cm-2，得到厚度为0.05-0.5mm厚度的高效散热的石墨纸。

21、进一步的，上述高效散热的石墨纸的制备方法，所述步骤s3中，膨胀的工艺参数为：通过旋流器进入温度850-900℃的膨胀炉中进行加热膨胀，时间10-20min，膨胀后的石墨抽出膨胀炉进入料仓。

22、另一方面，本发明还公开了上述高效散热的石墨纸在电子产品中的散热应用。

23、相比现有技术，本发明具有如下突出的有益效果：

24、本发明在改性石墨粉中加入炭黑、滑石粉和羧甲基纤维素等原料，大幅改善了石墨纸的强度和韧性，相比添加之前，机械性能提升了80％以上；同时本发明对石墨粉的改性进行了改进，无需对石墨进行强酸变性或者气相沉积处理，只需进行超声处理并且添加占最终质量分数2-4％的多层石墨烯、1-2％的二硫化钼，0.5-1％的氮化硅和0.2-0.4％重铬酸钾，即可实现与强酸变性相同或者更好的导热效果，降低了环境污染，改善了工作环境，提高了生产效率，并且制备成本低，容易推广生产。

技术特征：

1.一种高效散热的石墨纸，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：

2.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述粘结剂为煤焦沥青。

3.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述抗磨剂为二丁基二硫代氨基甲酸锑。

4.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述纳米金属导热材料为镍粉、铝粉或铜粉中的一种或者多种，平均直径在200-500nm之间。

5.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述步骤2)中的有机溶剂为无水乙醇。

6.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述粉剂a与有机溶剂的质量比为1:20-30。

7.根据权利要求1所述的一种高效散热的石墨纸，其特征在于，所述超声处理中：功率500-1500w，频率19.5-20.5khz，处理量500-1500ml；单次超声时间3-10s，单次间歇时间2-4s，循环次数100-300次，所述超声处理中同时进行磁力搅拌。

8.如权利要求1-7任一项所述的高效散热的石墨纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的高效散热的石墨纸的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，膨胀的工艺参数为：通过旋流器进入温度850-900℃的膨胀炉中进行加热膨胀，时间10-20min，膨胀后的石墨抽出膨胀炉进入料仓。

10.如权利要求1-7所述的高效散热的石墨纸在电子产品中的散热应用。

技术总结本发明属于石墨材料领域，具体公开了一种高效散热的石墨纸及其制备方法和应用。由以下重量份数的原料制成：改性石墨粉100份、炭黑10‑20份、滑石粉5‑10份、羧甲基纤维素5‑10份、粘结剂3‑8份、纳米金属导热材料2‑4份、抗磨剂2‑3份、所述改性石墨粉经过以下改性步骤处理：1)将鳞片石墨粉碎后过200‑500目筛，得鳞片石墨粉；2)将上述鳞片石墨粉中添加占最终质量分数2‑4％的多层石墨烯、1‑2％的二硫化钼，0.5‑1％的氮化硅、0.2‑0.4％重铬酸钾混合均匀为粉剂A，放入有机溶剂中进行超声处理；3)将超声处理后混合溶液过滤，收集固形物，300‑400℃真空干燥至含水率低于5％，得到改性石墨粉；本发明所述的石墨纸机械性能好，导热能力强，制备过程安全简单无污染。技术研发人员：姜云康,赵文超,刘先波受保护的技术使用者：青岛方杰石墨有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2