專利名稱：一種石墨材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以石墨為主料的石墨散熱材料。
背景技術：
隨著科技的發展和人們的需求，越來越多產品的小型化。隨著產品的小型化，特別 是高功率產品的小型化，如CPU、大功率LED燈等，產品單位面積上的平均功率也越來越大， 發熱量也隨之增加。為了保證產品的可靠運行，需要及時將產品上累積的熱量排出，這對散 熱材料的要求越來越高。為了避免散熱對產品內其他部件的不利影響，在散熱的同時還需要控制散熱方 向，將熱傳導至遠離熱敏元件的地方釋放，以免影響其他元件的性能。傳統的金屬散熱器，需要通過復雜的結構來實現定向散熱，這種設計是非常復雜 的，效果也是有限的，存在很大的不足。石墨材料具有極好的化學和熱穩定性，優良的導電性，能夠有效的屏蔽電磁輻射 和核輻射，還具有一定物理強度，被廣泛應用于化工、冶金、航空航天、核物理等領域。現有的石墨材料，尤其是導熱石墨材料，一般通過高溫高壓過程制備，反應條件 苛刻，生產周期長。如中國專利ZL 200410012433. 5所述，產品需要“于2600^3000 2(T40MPa壓力下熱壓成型”；又如中國專利ZL =200510073394. 4所述，產品需要“將所得浙 青炭泡沫體再在氬氣保護下，以不大于rC/min的升溫速率升溫至2600-3000°C”。這些 方法過程復雜，對設備要求高，生產周期長。生產過程中能耗高、會產生大量的污染物，生產 成本高。受限于反應條件和生產設備，生產出來的產品，尺寸有限，難以根據需要調整產品 的大小，特別難以生產大尺寸產品。另外，本申請人于2009年一項發明專利申請中，公開了，一種用于散熱用的石墨 材料，其包括質量百分含量為40飛0%的石墨粉、59. Γ37. 6%的水溶性硅酸鹽、0. 3 1. 2%的 硅烷偶聯劑、0. 3^1. 2%的鈦酸酯偶聯劑，加入純水混合均勻、在存在定向運動和/或在定向 外力條件下定向定形固化后干燥而成。該石墨材料固化形成后，具有具有的散熱效果，但 是，如何進一步利用該技術，已經成為本申請人所想的一重要課題。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種散熱性能進一步提高的石 墨材料。本發明采取的技術方案是
一種石墨材料，包括固化體，固化體由包括金屬粉末和石墨粉末的材料固化而成，固化 體上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱 通道的方向一致，所有散熱通道的方向一致，并布滿固化體。進一步，固化體由包括質量百分含量為25飛9. 5%的石墨粉、0. 5 15%的金屬粉末、 37. 6飛9. 4%的水溶性硅酸鹽、0. 3 1. 2%的硅烷偶聯劑、0. 3 1. 2%的鈦酸酯偶聯劑，加入純水混合均勻，在存在定向運動和/或在定向外力條件下定向定形固化后干燥而成。進一步，固化體由包括質量百分含量為42飛4%的石墨粉、6、％的金屬粉末、 37. 6、9. 2%的水溶性硅酸鹽、0. 9^1. 2%的硅烷偶聯劑、0. 9^1. 2%的鈦酸酯偶聯劑，加入純 水混合均勻、在存在定向運動和/或在定向外力條件下定向定形固化后干燥而成。進一步，選用的石墨粉目數在200目以上。進一步，選用的金屬粉末目數在100目以上。優選，金屬粉末目數為150(Γ2500目。進一步，其干燥過程的溫度為10°C 60°C，優選為20°C 40°C。另外，所述金屬粉末優選為銅粉、銀粉、錫粉、氮化鋁或者氮化鈦，或者上述兩種或 以上物質的組合。其中，所述定向運動包括定向旋轉、重力作用下的自流或其結合。定向外力包括重 力、電場力、電磁場力或其結合。進一步，所有散熱通道的截面呈六邊形。本發明的有益效果是本發明產品在制備過程中存在定向定形固化，石墨顆粒和 金屬顆粒在一定程度上有序排列，形成微通道管道，固化體上形成有貫連固化體兩端的散 熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，，所有散熱通道的方向一致，并布滿固化體。 這些通道并非是空心的通道，而是由眾多的微通道碳管構成，安裝在熱源表面時，產生煙囪 效應，散熱性能良好，傳熱系數比本申請人于09年所申請發明專利技術方案中的石墨材料 進一步提高，可以提高30%以上，并且，可以提高該固化體的硬度，進一步適合應用于各種 廣品上。
圖1是本發明固化體的截面示意圖； 圖2是圖1的A-A向剖視圖。
具體實施例方式參照圖1，是本發明固化成型后的石墨材料的截面結構示意圖，圖1中的六邊形為 散熱通道的外輪廓，圖2中的粗實線指示為散熱通道，該散熱通道可以通過人的眼睛而觀 察到，細實線所指示的為微通道管道，該微通道管道需要用精密儀器才能察看，而單憑人的 肉眼難以或無法看見，微通道管道的截面在圖1中不再標注。 下面結合實例，進一步說明本發明。以下各實施例中用到的石墨粉由青島華泰潤滑密封科技有限公司生產；硅酸鋰由 山東邦德化工有限責任公司生產；硅酸鈉由宜興市凱利達化學有限公司生產，硅酸鉀由浙 江省嘉善縣助劑一廠生產；以及一般廠家所生產的金屬粉末，所述金屬粉末優選為銅粉、銀 粉、錫粉、氮化鋁或者氮化鈦，或者上述兩種或以上物質的組合。實施例1
200目的石墨粉250g，100目的銅粉150 g，硅酸鋰380g、硅酸鉀214g、硅烷偶聯劑3g (道康寧公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑3g(美國杜邦公司TYZOR AA-75， 乙酰丙酮鈦)，上述原料加入400g純水中，混合均勻，將混合漿轉移至圓柱形管道中，帶動管 道旋轉至混合漿定形固化后，停止旋轉，取出定形固化的石墨材料，在30°C下自然干燥后，得到成品，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通 道構成，所有散熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例2
900目的石墨粉400g，900目的銅粉50 g，硅酸鋰540g、硅烷偶聯劑4g(道康寧公司 Ζ-6020,Ν- (β氨基乙烷)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑6g (常州市吉耐助劑 有限公司JN-AT，醇胺二亞乙基鈦酸酯)上述原料加入370g純水中，混合均勻，將混合漿轉 移至正方形柱管道中，帶動管道旋轉至混合漿定形固化后，停止旋轉，取出定形固化的石墨 材料，在20°C下自然干燥后，得到成品，成品中的石墨粉大致呈“回”字形分布，并且固化體 成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱 通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例3
2000目的石墨粉420g，2000目的錫粉40g，2000目的銅粉40g，硅酸鋰300g、硅酸鈉 180g、硅烷偶聯劑9g (道康寧公司Z-6030，3-甲基丙烯酰氨基丙基_三甲氧基硅烷)、鈦酸 酯偶聯劑Ilg(常州市吉耐助劑有限公司JN-198，異丙基烷基苯磺酰鈦酸酯)，上述原料加入 500g純水中，混合均勻，將混合漿轉移至六棱柱形管道中，帶動管道旋轉至混合漿定形固化 后，停止旋轉，取出定形固化的石墨材料，在30°C下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大 致呈同心六棱層分布，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由 眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例4
3000目的石墨粉450g，2500目的銅粉50g，硅酸鉀200g、硅酸鈉291g、硅烷偶聯劑5g (道康寧公司Z-6032，乙烯基苯胺甲氨基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑4g (常州市吉耐助劑有限公 司JN-117，二 (焦磷酸二辛酯)二亞乙基烷氧基鈦)，上述原料加入450g純水中，混合均勻， 在存在與管道垂直電場的條件下，電場強度200000V/m，讓混合漿沿豎直圓形管道內壁自然 流下，待其固化后取出，40°C自然干燥后，得到成品，成品中的石墨粉大致呈錐形分布，固化 體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散 熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例5
4000目的石墨粉500g，4000目的錫粉50g，硅酸鈉430g、硅烷偶聯劑12g (道康寧公司 Z-6040，3-甘油氧丙基三甲氧基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑8g (常州市吉耐助劑有限公司JN-36， 醇胺型鈦酸酯)，上述原料加入500g純水中，混合均勻，將混合漿轉移至傾斜管道中，在重力 作用下自流，定形固化后，取出定形固化的石墨材料，在10°C下自然干燥后，得到成品，成品 中石墨粉大致“L”形分布，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道 由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例6
5000目的石墨粉545g，5000目的銀粉5g，硅酸鋰260g、硅酸鈉174g、硅烷偶聯劑6g (道康寧公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑IOg (常州市吉耐助劑有限公 司JN-WT，二(焦磷酸二辛酯)羥乙酸鈦)，上述原料加入400g純水中，混合均勻，將混合漿轉 移至同心圓管道中，帶動管道旋轉至混合漿定形固化后，停止旋轉，取出定形固化的石墨材 料，在50°C下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致呈同心圓層分布，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方 向一致截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例7
6000目的石墨粉595g，6000目的氮化鋁粉5g，硅酸鋰200g、硅酸鉀181g、硅烷偶聯劑 7g (道康寧公司Z-6030，3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲氧基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑12g (安 徽省天長市綠色化工助劑廠TMC-Wt(200S)，多活性基團的螯合型磷酸酯鈦偶聯劑)，上述原 料加入450g純水中，混合均勻，將混合漿轉移至五棱柱同心管道中，帶動管道旋轉至混合 漿定形固化后，停止旋轉，取出定形固化的石墨材料，在45°C下自然干燥后，得到成品，成品 中石墨粉大致呈同心五棱層分布，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個 散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例8
8000目的石墨粉600g，8000目的銀粉5g，硅酸鋰100g、硅酸鈉276g、硅烷偶聯劑12g (深圳市優越昌浩科技有限公司產硅烷偶聯劑580)、鈦酸酯偶聯劑12g (南京裕德恒精細 化工有限公司產YDH-201鈦酸酯偶聯劑)，上述原料加入450g純水中，混合均勻，將混合漿 轉移圓柱形管道中，帶動管道旋轉至混合漿定形固化后，停止旋轉，取出定形固化的石墨材 料，在30°C下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致呈同心圓分布，固化體成品上形成 有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向 一致，截面呈六邊形，并布滿固化體。實施例9
10000目的石墨粉400g，1500目的氮化鈦粉100g，，硅酸鉀200g、硅酸鈉291g、硅烷偶 聯劑5g (道康寧公司Z-6032，乙烯基苯胺甲氨基硅烷)、鈦酸酯偶聯劑4g (常州市吉耐助劑 有限公司JN-115A，雙(二辛基焦磷酸酯)羥乙酸酯鈦酸酯)，上述原料加入450g純水中，混 合均勻，電場強度150000V/m，方向與重力方向一致，待其固化后取消電場力，60°C自然干燥 后，得到成品，成品中的石墨粉大致呈層狀分布，固化體成品上形成有貫連固化體兩端的散 熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，截面呈六邊形，并 布滿固化體。通過改變加入石墨混合漿的量及其定形固化件的大小，可以輕易的獲得各種尺寸 的石墨固體，進而加工成各種尺寸的散熱件，特別適用于大散熱件的制作。電磁力作用效果同電場力的作用效果類似，也是引起石墨顆粒的極化，使石墨顆 粒在一定程度上定向排列，但是電場力和電磁場力的排列作用效果沒有定向運動好，尤其 是沒有旋轉運動的效果好。石墨顆粒目數高，有利于散熱性能的提高。產品干燥時的溫度不一定要恒溫，只需要在1(T60°C之間保持相對穩定即可，各實 施例中在固定溫度下干燥，只是為了更容易獲得可重復的實驗數據。為了獲得更好的取向性，可以改變純水的量和定向運動和/或定向力的作用時間 或作用力的大小。本發明的石墨材料傳熱系數高，熱阻小，散熱性能良好，優于同等條件下的鋁片， 同時優于本申請人早前的發明專利申請中的石墨材料的技術方案，進一步提高其散熱效^ ο
權利要求
一種石墨材料，其特征在于包括固化體，固化體由包括金屬粉末和石墨粉末的材料固化而成，固化體上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，并布滿固化體。
2.根據權利要求1所述的一種石墨材料，特征在于固化體由包括質量百分含量為 25 59. 5%的石墨粉、0. 5 15%的金屬粉末、37. 6 59. 4%的水溶性硅酸鹽、0. 3 1. 2%的硅烷偶 聯劑、0. 3^1. 2%的鈦酸酯偶聯劑，加入純水混合均勻，在存在定向運動和/或在定向外力條 件下定向定形固化后干燥而成。
3.根據權利要求2所述的一種石墨材料，特征在于固化體由包括質量百分含量為 42 54%的石墨粉、6 8%的金屬粉末、37. 6 49. 2%的水溶性硅酸鹽、0. 9 1. 2%的硅烷偶聯劑、 0. 9^1. 2%的鈦酸酯偶聯劑，加入純水混合均勻、在存在定向運動和/或在定向外力條件下 定向定形固化后干燥而成。
4.根據權利要求1、2或者3所述的一種石墨材料，特征在于選用的石墨粉目數在200 目以上。
5.根據權利要求1、2或者3所述的一種石墨材料，特征在于選用的金屬粉末目數在 100目以上。
6.根據權利要求5所述的一種石墨材料，特征在于金屬粉末目數為150(Γ2500目。
7.根據權利要求1、2或者3所述的一種石墨材料，特征在于其干燥過程的溫度為 IO0C 60°C。
8.根據權利要求1、2或者3所述的一種石墨材料，特征在于金屬粉末優選為銅粉、銀 粉、錫粉、氮化鋁或者氮化鈦，或者上述兩種或以上物質的組合。
9.根據權利要求1、2或者3所述的一種石墨材料，特征在于所有散熱通道的截面呈六 邊形。
全文摘要
本發明公開了一種石墨材料，包括固化體，固化體由包括金屬粉末和石墨粉末的材料固化而成，固化體上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，所有散熱通道的方向一致，所有散熱通道的方向一致，并布滿固化體。本發明產品在制備過程中存在定向定形固化，石墨顆粒和金屬顆粒在一定程度上有序排列，形成微通道管道，固化體上形成有貫連固化體兩端的散熱通道，每個散熱通道由眾多的微通道構成，這些通道并非是空心的通道，而是由眾多的微通道碳管構成，安裝在熱源表面時，產生煙囪效應，散熱性能良好，傳熱系數進一步提高，并且，可以提高該固化體的硬度，進一步適合應用于各種產品上。
文檔編號C09K5/14GK101955754SQ20101028646
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月19日 優先權日2010年9月19日
發明者黃柱聯 申請人:黃柱聯