一种放射状石墨鳞片-铜基复合材料及其制备方法

本发明属于热导率各向同性石墨-铜符合材料制备，具体涉及一种放射状石墨鳞片-铜基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、由于石墨具有高的x-y方向热导率(1200w/mk)，铜也是一种易获得且高热导率(400w/mk)的金属，石墨/铜复合材料在热管理领域深受研究。然而，由于石墨的二维特性，石墨本身z轴方向热导率低(10-20w/mk)，导致石墨/铜复合材料在z轴方向热导率较低(<100w/mk)，这样的各向异性差异造成石墨/铜复合材料在热管理领域的局限性。因此，需要研究一种手段能够将石墨/铜复合材料的面内高导热性能维持的前提下，进一步提升z轴方向的导热性能。

2、专利cn201810677269.1的中国发明专利申请中提到一种高导热各向同性石墨球增强铜基复合材料的制备方法，包括纯铜粉末和石墨球。制备出的石墨球-铜基复合材料热导率近似各向同性,组织分布均匀。但该发明所选取的石墨球是各向同性的会使其整体热导率下降至70w/mk左右，这使其热导率达不到理想数值。专利cn202110777824.x的中国发明专利申请中提到一种三明治结构的石墨-铜-石墨散热膜及其制备方法,包括铜层和位于铜层上下两面的石墨层；所述铜层和石墨层之间含有金属或非金属的过渡层。一种三明治结构的石墨-铜-石墨散热膜的制备方法，制备出的散热膜具有界面结合力强、界面热阻低。但该发明纵向热导率并未达到理想数值，且不能解决当下电子器件局部高散热量的问题。

技术实现思路

1、综上所述，本发明的目的在于提供一种将石墨鳞片的取向全部调整为竖直方向，石墨鳞片的整体构型为放射状的复合材料，充分发挥其面内热导率高的优势在x-y平面热导率不降低的前提下，提升其z轴方向热导率值，还设计出解决局部热量较高的问题，通过排布增强项的位置在高热量区域放置较多的石墨鳞片可提高局部散热值，已解决背景技术中提到的石墨/铜复合材料在面外方向热导率较低的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种放射状石墨鳞片-铜基复合材料，所述石墨鳞片-铜基复合材料中的石墨鳞片是以z轴为中心，向外呈放射状竖直排布。

3、所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：s1，石墨鳞片预处理；s2，在石墨鳞片表面镀覆金属层；s3，将不同体积分数镀覆金属层的石墨鳞片和铜粉经充分混合后，置于圆柱形石墨模具中加热加压烧结，可得到不同体积分数的石墨鳞片铜复合材料；s4，按圆心角10°-45°将步骤s3中的烧结样品在x-y平面进行三角形形状切割成若干三棱柱，将切割好的三棱柱以圆心角为顶角将三棱柱排列组合为圆柱体，使得石墨鳞片是以z轴为中心，向外呈放射状竖直排布，在三棱柱空隙处填充铜粉，将圆柱形样品进行加热加压烧结得到放射状石墨鳞片-铜基复合材料。

4、进一步的，所述石墨鳞片厚度为2-30μm，长径比为5-20，密度为1.8-2.2g/cm3，石墨鳞片的体积分数为20％-60％。

5、进一步的，所述步骤s1石墨鳞片预处理具体为对石墨鳞片进行除油、粗化、敏化处理。

6、进一步的，所述步骤s2中在石墨鳞片表面镀覆可采用化学镀、电镀、真空气相沉积或盐浴镀，其镀层厚度为0.1-2微米。

7、进一步的，所述步骤s2中镀覆的金属层为铜、镍、钨、钛、锆中的一种。

8、进一步的，所述s3快速加热加压烧结工艺为以100℃/min的速率升温至780-900℃、30mpa压力的条件下保温10min。

9、进一步的，所述s4加热加压烧结工艺为以100℃/min的升温速率在780-900℃、20-35mpa的条件下保温10min。

10、本发明的有益效果在于：

11、1、本发明采用镀覆的方法在石墨鳞片上镀覆铜、镍、钨、钛或锆镀覆层，改善了石墨鳞片与铜的界面结合力，避免了空气间隙引起传热能力大幅下降的问题，有效提高了热量传导率。

12、2、本发明通过切割重组将石墨鳞片的取向调整为z平面方向，在保持xy平面热导率的同时明显提高了z平面方向的热导率。

技术特征：

1.一种放射状石墨鳞片-铜基复合材料，其特征在于，所述石墨鳞片-铜基复合材料中的石墨鳞片是以z轴为中心，向外呈放射状竖直排布。

2.如权利要求1所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨鳞片厚度为2-30μm，长径比为5-20，密度为1.8-2.2g/cm3，石墨鳞片的体积分数为20％-60％。

4.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1石墨鳞片预处理具体为对石墨鳞片进行除油、粗化、敏化处理。

5.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中在石墨鳞片表面镀覆可采用化学镀、电镀、真空气相沉积或盐浴镀，其镀层厚度为0.1-2微米。

6.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中镀覆的金属层为铜、镍、钨、钛、锆中的一种。

7.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3快速加热加压烧结工艺为以100℃/min的速率升温至780-900℃、30mpa压力的条件下保温10min。

8.如权利要求2所述石墨鳞片-铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述s4加热加压烧结工艺为以100℃/min的升温速率在780-900℃、20-35mpa的条件下保温10min。

技术总结本发明涉及一种放射状石墨鳞片‑铜基复合材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：S1，石墨鳞片预处理；S2，在石墨鳞片表面镀覆金属层；S3，将不同体积分数镀覆金属层的石墨鳞片和铜粉经充分混合后加热加压烧结；S4，将烧结样品在X‑Y平面进行三角形形状切割成若干三棱柱，将切割好的三棱柱以圆心角为顶角将三棱柱排列组合为圆柱体，使得石墨鳞片是以Z轴为中心，向外呈放射状竖直排布，在三棱柱空隙处填充铜粉，加热加压烧结得到放射状石墨鳞片‑铜基复合材料。本发明通过切割重组将石墨鳞片的取向调整为Z平面方向，在保持XY平面热导率的同时明显提高了Z平面方向的热导率。技术研发人员：刘骞,张智豪,鲁芬芳,王佩琛,陈一菲,尹鑫瑶受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5