專利名稱：一種新型石墨粉料及其制造的散熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子散熱器，特別涉及一種新型石墨粉料及其制造散熱器的方法。
背景技術：
石墨有優異的導熱散熱特性，理論導熱系數達到2200w/mK，石墨是黑體材料，易于散熱；膨脹石墨是多孔的蠕蟲狀粉體材料，易于在壓力下通過粉體自身的相互鑲嵌自粘成型，并在有方向的壓力下得到各向異性度很高的材料，即材料在壓力方向上的傳導性比垂直于壓力方向上的傳導性低10-100倍，膨脹石墨是多孔粉體，壓制自粘成型后屬于柔性材料，硬度和強度不高，直接制成的散熱器沒有強度和硬度，不便組裝，且易掉導電性的石墨粉
發明內容
本發明的目的就是要提供一種新型石墨粉料制造方法，新型石墨粉料具有較好的成型性能，用新型石墨粉料制造的散熱器具有較高的強度和硬度，在某一方向上的導熱系數達到200-390 w/mK，通過簡單的表面處理，散熱器不易掉粉末，適用于電子產品的散熱。本發明的目的是這樣實現的一種新型石墨粉料制造方法，新型石墨粉料制作方法包括如下步驟，膨脹石墨——預壓——浸潰樹脂溶液——晾干——干燥——固化——粉碎——混入纖維——石墨粉料；
I)預壓可膨脹石墨經過850°C以上溫度瞬時膨脹得到蠕蟲狀石墨，預壓成低密度膨脹石墨板材，所述低密度膨脹石墨板材密度為O. 15-0. 35g/cm3、厚度為I. 5-10mm ；
2)浸潰樹脂溶液將低密度膨脹石墨板材放入真空浸潰箱內抽真空浸潰熱固性樹脂溶液，所述浸潰時間為6-10分鐘，使得膨脹石墨孔隙中及表面上吸附樹脂溶液；
3)晾干常溫下晾干經樹脂溶液浸潰的石墨，所述晾干時間為4-10h，使得熱固性樹脂均勻分布于膨脹石墨孔隙中及表面上；
4)干燥晾干后再經過8O — I O O °C干燥，干燥時間為8-24h，蒸發掉分布于膨脹石墨孔隙中及表面上的熱固性樹脂溶液中的溶劑；
5)固化干燥后進行固化，固化溫度為樹脂固化溫度，均勻分布于膨脹石墨孔隙中及表面上的熱固性樹脂固化，樹脂被膨脹石墨吸附和粘附；
6)粉碎將固化后的膨脹石墨板材粉碎，得到膨脹石墨樹脂復合粉；
制得樹脂分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料。還可以，熱固性樹脂溶液中樹脂優選熱固性酚醛樹脂、和/或環氧樹脂、和/或呋喃樹脂，所述熱固性樹脂中含有環氧樹脂時需加入固化劑；所述熱固性樹脂溶液的溶劑優選乙醇、或乙酸乙酯、或乙醇與乙酸乙酯的混合液，所述熱固性樹脂溶液濃度為5-35wt%，最佳樹脂溶液濃度為20wt%。還可以，粉碎步驟中采用塑料粉碎機或刀片旋轉的撞擊式粉碎機進行粉碎，粉碎粒度在80-100目，得到膨脹石墨樹脂復合粉。進一步講，新型石墨粉料制作方法還包括混入纖維步驟，在粉碎后得到的膨脹石墨樹脂復合粉中添加短纖維，制得樹脂分散均勻、纖維分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料。還可以，混入的無機纖維為碳纖維和/或玻璃纖維；混入的礦物纖維為水鎂石纖維和/或硅灰石纖維，所述混入纖維量為膨脹石墨樹脂復合粉總質量的3-30%。
還可以，混入纖維步驟中加入的纖維的長徑比為3-10。新型石墨粉料制成的散熱器，散熱器底座與散熱鰭片為一整體，成型加工工藝為模壓方式，可以單向模壓，也可以是相向模壓，壓力方向與散熱器底座平面平行。還可以，散熱器底座為柱形底座，底座柱形中鑲嵌導熱銅柱，底座柱形外表面設有多個按圓周分布的石墨質鰭片，石墨質鰭片之間空隙為散熱器通風道。還可以，散熱器底座為長方體底座，及設在方體底座上的梯形石墨質鰭片，梯形石墨質鰭片之間空隙為散熱器通風道。新型石墨料制成的散熱器的方法，包括以下步驟加工成型一消應力處理一表面涂防輻射涂料一表面打磨；
1)加工成型新型石墨粉料放入散熱器模具中壓制成型；
2)消應力處理成型的散熱器放入烘箱內進行干燥進行消應力處理；
3)涂防輻射涂料把散熱器鰭片部分浸入防輻射涂料中，防輻射涂料固化在散熱器外表面上；
4)表面打磨對散熱器底座熱接觸表面進行打磨。本發明優點在于采用復合和混合的方法，在膨脹石墨中添加自硬性的樹脂對多孔的膨脹石墨粉體進行復合，也可以在粉碎的膨脹石墨粉體材料中混合纖維增強材料，使得膨脹石墨制品機械強度和傳導性得到改善。利用膨脹石墨粉體多孔性特點，通過真空浸潰低濃度樹脂溶液，膨脹石墨孔隙表面吸附樹脂溶液，晾干、干燥后，樹脂粘接到膨脹石墨粉體孔隙、表面，使得樹脂均勻分布于膨脹石墨材料中，再通過固化，使樹脂被膨脹石墨吸附和粘附，后再粉碎膨脹石墨板得到樹脂均勻分散于膨脹石墨粉的膨脹石墨樹脂復合粉，膨脹石墨樹脂復合粉中膨脹石墨表面重新露出，壓力成型時在樹脂和石墨的雙重作用下保持了膨脹石墨材料優異的成型性能；
膨脹石墨樹脂復合粉混合纖維，纖維通過高速混合得到良好分散，短纖維和樹脂的作用使得膨脹石墨制品強度和硬度提高，制成樹脂分散均勻、纖維分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料。新型石墨粉料模壓成型的特點是制品將會呈現各向異性特點，膨脹石墨顆粒屬于撓性材料，受到壓力時，顆粒變形，在垂直壓力方向被壓縮，在此平面上的石墨密實度高，石墨顆粒之間接觸性好，傳導性也好，可以充分發揮石墨材料傳導性特點。用新型石墨粉料制成的散熱器充分利用石墨受壓力的特點，結合新型石墨粉較好的自粘性，制成散熱器底座與散熱鰭片為一整體，鰭片可以做的較長，散熱器底座平面與模壓受力方向垂直，這樣，在垂直于散熱器底座平面方向材料的熱傳導系數高于其他方向，也就是電子元件熱點通過與散熱器底座平面接觸，利用散熱器本身導熱的方向性迅速將熱點傳導到散熱鰭片上進行散熱，散熱器最佳導熱方向上的導熱系數達到200-390w/mK。
新型石墨粉料具有較好的自粘性，壓制散熱器時一次成形，成形后的散熱器強度和硬度均較高，散熱器表面經常規處理后不掉粉末。本發明所制造的散熱器加工工藝簡單，重量輕，成本低。
下面結合附圖和實施例對發明作進一步說明。圖I是本發明的第一優選散熱器的結構示意圖。圖2是本發明的第二優選散熱器的主視圖。圖3是本發明的第二優選散熱器的結構示意圖。
圖4是本發明的第二優選散熱器的主視圖主視圖。
具體實施例方式本發明第一實施例，步驟如下
第一步將含碳量98%膨脹容積為200ml/g的80目可膨脹石墨經柔性石墨紙機加工成密度為O. 2g/cm3板材,規格為500x500x5mm。將膨脹石墨板材放入真空浸漆機中，抽真空處理，真空箱內壓力達到-O. 09MPao配置20%熱固化酚醛樹脂乙醇溶液，通過真空箱上的導管將樹脂溶液吸入，保持真空浸潰8分鐘，打開真空箱排空閥，放出浸潰液，取出石墨板材晾干，晾干時間不低于8h，然后放入烘箱中烘干，烘干溫度為80°C，烘干時間16h。烘干乙醇后，調整烘箱溫度為175°C，維持此溫度2h，對樹脂進行固化，石墨板材樹脂增加量約為15%。第二步將浸有固化樹脂的石墨板材采用塑料粉碎機粉碎，粉碎粒度達到80目。第三步將80目石墨粉填裝到翅片形散熱器模具腔內，搗實，壓制，脫模。第四步成型的石墨散熱器表面清理毛刺等。第五步將石墨散熱器放入設置80°C烘箱中熱處理I小時。第六步將冷卻的石墨散熱器除底座底面外其他部分浸入防輻射涂料液中，取出甩干，表面固化后石墨散熱器表面光潔，無粉末、屑掉落。第七步將石墨散熱器底座接觸面進行修磨平整，露出平整的石墨底面。測試沿石墨散熱器底面到鰭片的導熱系數平均為350w/mK，測試散熱器底座平面方向導熱系數約為18w/mK，散熱器鰭片抗折強度為5. 7MPa，底座邵氏硬度達到10A。發明實例二，步驟如下
第一步、第二步與發明實例一相同。第三步按照重量比5%將100目針狀硅灰石粉混入膨脹石墨粉中混合均勻得到模壓料。第四步將模壓料填裝到花型散熱器模具腔內，搗實，壓制，脫模。第五步成型的石墨散熱器表面清理毛刺等。第六步將石墨散熱器放入設置80°C烘箱中熱處理I小時。第七步將冷卻的石墨散熱器外邊面浸潰防輻射涂料，取出甩干，表面固化后石墨散熱器表面光潔，無粉末、屑掉落。第八步將石墨散熱器銅柱表面進行加工，修磨平整。
測試沿石墨散熱器底座到鰭片方向的導熱系數平均為390w/mK，測試散熱器底座平面方向導熱系數約20w/mK，散熱器鰭片抗折強度為4. 9MPa，鰭片上表面硬度達到18A。如圖I所示，散熱器底座為柱形底座I，底座柱形I鑲嵌導熱銅柱4，底座柱形I外表面設有八條按圓周分布的石墨質鰭片2,石墨質鰭片2之間空隙為散熱器通風道3,壓制方向7為散熱器壓制成形的方向，熱流方向8為散熱器垂直于壓制方向7的最佳導熱方向。如圖2所示，柱形底座I上設有石墨質鰭片2，石墨質鰭片2之間空隙為散熱器通風道3。如圖3所示，散熱器底座為方體底座5，及設在長方體底座5上的梯形石墨質鰭片
6,梯形石墨質鰭片6之間空隙為散熱器通風道3,壓制方向7為散熱器壓制成形的方向，熱 流方向8為散熱器垂直于壓制方向7的最佳導熱方向。如圖4所示，方體底座5上與梯形石墨質鰭片6，梯形石墨質鰭片6之間空隙為散熱器通風道3。實施例一中的熱固化酚醛樹脂乙醇溶液還可以是呋喃樹脂溶液、熱固化環氧樹脂
溶液等。工作原理膨脹石墨經預壓、浸潰樹脂溶液、晾干、干燥、固化、粉碎、和/或混入纖維步驟后的得到樹脂分散均勻、纖維分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料，該新型石墨粉料自粘性強，在預壓后能形成達到抗折強度為5. 7MPa、硬度達到IOA的石墨塊材。散熱器柱體底座1，熱從熱點傳導到導熱銅柱4，通過導熱銅柱4傳導到石墨散熱器底座I表面，熱流從散熱器底座I向石墨質鰭片2導熱，熱流方向8導熱系數達到200-350w/mK,利用散熱器表面的散熱功能散熱。散熱器方體底座5表面直接與熱點接觸，熱流從散熱器方體底座5向梯形石墨質鰭片6傳導熱，熱流方向8導熱系數達到200-350w/mK，利用散熱器表面的散熱功能散熱。新型石墨粉料制成散熱器的方法，加工成型一消應力處理一表面涂防輻射涂料——表面打磨，新型石墨粉料一次壓制成抗折強度為5. 7MPa、硬度達到IOA的散熱器，對壓制成型的散熱器表面進行常規處理后，散熱器表面不掉粉末。
權利要求
1、一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于包括如下步驟，膨脹石墨——預壓——浸潰樹脂溶液一晾干一干燥一固化一粉碎一石墨粉料； I)預壓可膨脹石墨經過850°C以上溫度瞬時膨脹得到蠕蟲狀石墨，預壓成低密度膨脹石墨板材，所述低密度膨脹石墨板材密度為O. 15-0. 35g/cm3、厚度為I. 5-10mm ； 2 )浸潰樹脂溶液將低密度膨脹石墨板材放入真空浸潰箱內抽真空浸潰熱固性樹脂溶液，所述浸潰時間為6-10分鐘，使得膨脹石墨孔隙中及表面上吸附樹脂溶液； 3)晾干常溫下晾干經樹脂溶液浸潰的石墨，所述晾干時間為4-10h，使得熱固性樹脂均勻分布于膨脹石墨孔隙中及表面上； 4)干燥晾干后再經過8O — I O O °C干燥，干燥時間為8-24h，蒸發掉分布于膨脹石墨孔隙中及表面上的熱固性樹脂溶液中的溶劑； 5)固化干燥后進行固化，固化溫度為樹脂固化溫度，均勻分布于膨脹石墨孔隙中及表面上的熱固性樹脂固化，樹脂被膨脹石墨吸附和粘附； 6)粉碎將固化后的膨脹石墨板材粉碎，得到膨脹石墨樹脂復合粉； 制得樹脂分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料。
2、根據權利要求I所述的一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于所述熱固性樹脂溶液中樹脂為熱固性酚醛樹脂、和/或環氧樹脂、和/或呋喃樹脂，所述熱固性樹脂中含有環氧樹脂時需加入固化劑；所述熱固性樹脂溶液中溶劑為乙醇、或乙酸乙酯、或乙醇與乙酸乙酯的混合液，所述熱固性樹脂溶液濃度為5-35wt%。
3、根據權利要求I所述的一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于所述粉碎步驟中采用塑料粉碎機或刀片旋轉的撞擊式粉碎機進行粉碎，粉碎粒度在80-100目，得到膨脹石墨樹脂復合粉。
4、根據權利要求I至3之一所述的一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于所述新型石墨粉料制作方法還包括混入纖維步驟；所述混入纖維步驟為在粉碎后得到的膨脹石墨樹脂復合粉中添加短纖維，制得樹脂分散均勻、纖維分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料。
5、根據權利要求4所述的一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于所述混入的無機纖維為碳纖維和/或玻璃纖維；混入的礦物纖維為水鎂石纖維和/或硅灰石纖維，所述混入纖維量為膨脹石墨樹脂復合粉總質量的3-30%。
6、根據權利要求4所述的一種新型石墨粉料制造方法，其特征在于混入纖維步驟中加入的纖維的長徑比為3-10。
7、根據權利要求1-6之一所述的一種新型石墨粉料制造的散熱器，其特征在于所述散熱器底座與散熱鰭片為一整體，成型加工工藝為模壓方式，可以單向模壓，也可以是相向模壓，壓力方向與散熱器底座平面平行。
8、根據權利要求7所述的一種新型石墨粉料制造的散熱器，其特征在于所述的散熱器底座為柱形底座(I )，所述底座柱形(I)中鑲嵌導熱銅柱(4)，底座柱形(I)外表面設有多個按圓周分布的石墨質鰭片(2 )，石墨質鰭片(2 )之間空隙為散熱器通風道(3 )。
9、根據權利要求7所述的一種新型石墨粉料制造的散熱器，其特征在于所述的散熱器底座為方體底座(5)，及設在方體底座(5)上的梯形石墨質鰭片(6)，梯形石墨質鰭片(6)之間空隙為散熱器通風道(3)。
10、一種制備權利要求7所述的新型石墨粉料制造散熱器的方法，其特征在于包括以下步驟加工成型一消應力處理一表面涂防輻射涂料一表面打磨； 1)加工成型新型石墨粉料放入散熱器模具中壓制成型； 2)消應力處理成型的散熱器放入烘箱內進行干燥進行消應力處理； 3)涂防輻射涂料把散熱器鰭片部分浸入防輻射涂料中，防輻射涂料固化在散熱器外表面上； 4)表面打磨對散熱器底座熱接觸表面進行打磨。
全文摘要
一種新型石墨粉料及其制造散熱器的方法，膨脹石墨預壓——浸漬樹脂溶液——晾干——干燥——固化——粉碎得到成型性能較好的膨脹石墨混合粉；膨脹石墨混合粉經加工成形——消應力處理——涂防輻射涂料——表面打磨制成強度較高、導熱系數較高的散熱器。本發明的優點是，樹脂分散均勻、易于自粘成形的新型石墨粉料，新型石墨粉料制造的石墨散熱器強度和硬度高，其表面經常規處理后不掉粉末，便于組裝，重量輕，成本低，在散熱器某一方向上最佳的導熱系數達到350w/mK。
文檔編號H05K7/20GK102887665SQ20121029085
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者傅云峰 申請人:中科恒達石墨股份有限公司