一种高热导率及高回弹性导热材料的制备方法

本申请涉及导热材料，特别是涉及高热导率和高回弹性导热材料的制备方法。

背景技术：

1、我国载人航天工程三步走发展战略已从梦想变为现实，全面进入空间站应用与发展新阶段。由于空间站所在宇宙环境温度变化大，导致空间站内部环境温度稳定的压力较大，为满足航天员长期在轨生活需求，以及空间站内部精密科研仪器对温度的稳定性的要求，因此对空间站的散热提出了更高的要求。高导热高回弹性导热材料对航天航空行业极具价值，高热导率对于航天发动机和精密电子仪器等部件的高效散热、防止过热并确保各部件保持最佳工作条件至关重要。与此同时，高弹性对于承受太空旅行的极端条件至关重要，在发射、重返大气层和飞行操作过程中提供耐用性和结构完整性，以抵御振动、冲击和其它机械应力。这些特性能够有效保证航空航天技术的可靠性和安全性。

2、现有的金属类导热材料，不仅耐热温度低，而且存在耐腐蚀性差、热膨胀系数高等缺陷。现有的碳质导热材料是以石墨类炭材料为主，石墨类导热材料的机械强度低。单一的金属导热材料和石墨类导热材料均不适用于航天航空行业。将金属导热材料与石墨类导热材料复合，得到的复合导热材料由于热导率、热膨胀系数存在差异，在太空旅行中存在机械应力分布不均，回弹率低等问题。该导热材料在高温高压环境下，无法保证结构完整性。此外，该材料的不均匀性导致热量分布不均，影响整体热导率。因此，金属类导热材料和石墨类导热材料在回弹性、热导率等方面不符合航天航空行业的使用需求。

3、目前，碳质导热材料主要以石墨类导热材料为主，包括高导热石墨膜、石墨类碳/碳复合导热材料和石墨化泡沫碳。高导热石墨膜，尽管在平面方向上的热导率高达1600w/(m.k)，但在垂直方向上的导热系数一般；另外，该导热材料的厚度一般为15μm左右。石墨类碳/碳复合导热材料，其热膨胀系数较低、压缩强度高，热导率可达150w/(m.k)，但该材料不具备回弹性。石墨化泡沫炭，是由中间相沥青研制而得的泡孔状石墨类导热材料，其优势是密度小、韧性好，但压缩强度较低，且不具备回弹性。因此，在航空航天的极限高温环境中，导热材料的导热系数、压缩强度和回弹性极为重要。对此，本发明提供的一种高热导率及高回弹率的导热材料，预期在航天航空领域具有一定的潜在应用前景。

技术实现思路

1、本发明提供一种回弹率高于80%、压缩强度高于5mpa、热导率高于150w/(m·k)的高热导率及高回弹性导热材料的制备方法。

2、本发明专利是通过以下技术方案实现的：

3、一种高热导率及高回弹性导热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

4、（1）采用马弗炉将粉状沥青加热至300~360oc，停留时间为10~120min，制得改性沥青；

5、（2）将改性沥青粉末分散至有机溶剂中，搅拌均匀后制得沥青/有机溶剂浆体混合物；

6、（3）将高导热石墨膜裁切成一定的形状，并制成导热网络结构的整体结构；

7、（4）将导热网络结构的高导热石墨膜置于模具中；

8、（5）将沥青/有机溶剂浆体混合物置于装有导热网络结构的高导热石墨膜模具中，构建导热材料的原料；

9、（6）将步骤（5）所得装有沥青/有机溶剂浆体混合物、导热网络结构的高导热石墨膜的模具置于炭化炉中，通入氮气，并在500~1000oc炭化1-4h，制得导热材料的炭化料；

10、（7）将步骤（6）所制导热材料的炭化料从模具中取出，并置于石墨化炉中，在氩气保护气氛下，于2000~3000oc石墨化1-4h，即制得高热导率及高回弹性导热材料。

11、所述沥青，为中温煤沥青、高软化点煤沥青、高软化点石油沥青、中间相沥青的一种或两种的混合物。

12、所述有机溶剂，为乙醇、丙醇、正庚烷、甲苯、石油醚中的一种或两种的混合物。

13、所述的导热网络结构，是以高导热石墨膜为原料构建的各种不同结构。

14、所述高导热石墨膜与沥青基体的复合方式，主要步骤如下：1）将沥青进行氧化处理，并与有机溶剂混合制成浆体；2）将高导热石墨膜裁切成一定形状，并制成导热网络结构；3）将沥青/有机溶剂浆体混合物与具有导热网络结构的高导热石墨膜进行复合。

15、本发明与现有技术相比具有以下特性或优势：1）所制导热材料的热导率可达150w/(m·k)以上；2）所制导热材料的回弹率高达80%以上；3）导热材料具有较高的压缩强度。本发明所制导热材料的以上特点，使其在航天航空领域具有一定的潜在应用前景。

技术特征：

1.一种高回弹性导热材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的沥青，为中温煤沥青、高软化点煤沥青、高软化点石油沥青、中间相沥青的一种或两种的混合物。

3.如权利要求1所述的有机溶剂，为乙醇、丙醇、正庚烷、甲苯、石油醚中的一种或两种的混合物。

4.如权利要求1所述的导热网络结构，是以高导热石墨膜为原料构建的各种不同结构。

5.如权利要求1所述的高导热石墨膜与沥青基体的复合方式，主要步骤如下：

技术总结本发明公开一种高热导率及高回弹性导热材料的制备方法，具体步骤如下：将粉体沥青进行空气氧化处理沥青，采用有机溶剂将粉体沥青制成浆体，并置于磨具中；将高导热石墨膜裁切成一定形状的导热网络结构，并置于沥青浆体中；将装有沥青浆体和一定形状高导热石墨膜的磨具置于炭化炉中，在500~1000<supgt;o</supgt;C进行炭化处理；炭化料再置于石墨化炉中，并于2000~3000<supgt;o</supgt;C石墨化处理1~4h。本发明提供的材料相比于传统导热材料，回弹率为80%以上，压缩强度高于5MPa，热导率高于150W/(m·K)。该发明针对现有导热材料回弹性差、压缩强度低、不同材质间热膨胀系数差异大等问题，为航天航空行业提供了一种高热导率及高回弹性导热材料，对促进我国航天航空领域的发展具有积极作用。技术研发人员：詹亮,郭文豪,王艳莉,张永正,沈春银受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20