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石墨板及其制造方法和工艺

时间:2023-05-10 16:02:42 点击:357次

本发明涉及石墨及其生产方法。 石墨只能用作散热片,散热片及其制造方式非常牵扯。

背景技术:

近年来,在智能手机、平板笔记本、笔记本等便携设备中,设备的大型化、薄型化、轻量化正在取得进展。 此外,此类便携式设备的处理性能正在突飞猛进地提高。 提高了处理性能,降低了cpu(t)的功耗。 结果,CPU 变得越来越热。 因此,采取了多种方式来吸收CPU的热量。

对于CPU来说,要达到高吸热性能,就需要增加吸热部分传递的热量,即传热量。

为了增加传热量,需要缩短吸热件的长度或增加吸热件的导热系数。 另外,作为吸热部件,还有热管等利用液体的气化热的吸热部件。 另一方面,热管等吸热部件只有几毫米。 可以薄到毫米的便携式设备需要能够进一步薄化的部件。

热管由具有高导热性的金属制成,例如铜。 如果热管做得更细,里面的液体就不会循环。 因此,对于较细的热管,传热只是铜的热传导,传热量与铜板的传热量差不多。

因此,广泛使用使用石墨片作为薄吸热构件的吸热装置。 特别是对共聚物等高分子片材进行热处理而得到的高取向性石墨片材,与将膨胀石墨轧制而成的石墨片材不同,导热率高。 因此,它被用作cpu和gpu(it)发热量大的部分的吸热部分。

这样的高取向性石墨片通过在3000℃左右对高分子薄膜进行热处理而制造(专利文献1)。

如图。 图5是表示专利文献1中记载的以往的高取向性石墨片的截面的图。

在图。 如图5所示,石墨在高取向石墨片的横截面上层层叠叠,层间似乎也有部分结合。 此外,还有很多差距。

现有技术文献

专利文件

专利文献1:英国专利申请公开号2002-

技术实现要素:

本发明要解决的问题

然而,传统的高取向石墨片内部有间隙。 为此,缝隙中的二氧化碳也具有隔热作用。 这是因为,当作为高取向石墨片的原料的聚合物膜的长度为100μm左右时,低温热处理时生成的氧气、氮气和氢气以气泡的形式残留。 为此,在内部形成了一个槽。

石墨本身具有非常高的热导率/m·k。 另外,存在于间隙部分的氧和氮的热导率为0.026w/m·k,氢的热导率为0.018w/m·k,非常低。 结果,包括间隙部分的石墨片的导热率降低至约800W/m·K。

此外,层压了没有间隙的薄石墨片。 此外,粘合剂用于石墨片的层压。 在这种情况下,许多树脂基粘合剂的导热系数为0.1 w/m·k,整体导热系数因粘合剂层而增加。 结果,虽然石墨片的长度通过使用粘合材料而减小,但是传热量并没有变得太高。

另一方面,具有像单晶硅那样的结晶结构的高取向性石墨块没有间隙,导热率为/m·k。

然而,高度定向的石墨块没有厚度。 因此,当将高取向石墨块用作吸热机构的构件时,由于构件的微小高度差而在高取向石墨块中发生弯曲。 结果,在高度定向的石墨块中形成裂纹,这成为热传输的限制。

本发明的目的在于解决现有问题,提供一种具有高导热性和厚度的石墨厚板。

解决问题的手段

为解决上述问题,采用石墨板,其中空隙比例为1%~30%,其余空隙采用石墨。 另外,使用石墨板的制造方法,包括: 玻璃化碳制造工序,将高分子薄膜在400~2000℃下进行热处理,将上述玻璃化碳制造中得到的至少一种玻璃化碳进行层叠过程。 上述玻碳的成型规划过程和上述玻碳在不安全的气氛中被调节在高于上述玻碳生产过程的水温中。 加压法按间隙1%~30%的比例添加。 冲压成型工艺。

发明疗效

综上所述,根据本发明的石墨片,还可以提供尺寸为数十微米至数毫米且气孔率低的高烧导电石墨片。

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图纸说明

如图。 附图说明图1是表示实施例1的石墨板的外形照片的图。

如图。 图2是表示实施例1的石墨板的截面SEM照片的图。

图3为实施例的石墨板的厚度评价试验示意图。

如图。 图4是表示实施例和比较例的空隙率与导热率的关系的图表。

如图。 图5是专利文献1中记载的以往的高取向性石墨片的剖视图。

具体实现方法

本发明的石墨板的生产方法包括(1)玻碳生产工艺,(2)成型准备工艺,(3)成型工艺。

(1)玻璃碳制造工序是在600~1500℃下对原料膜进行热处理,得到玻璃碳的工序。 加热速率为1-5℃/分钟。 这里,玻璃碳是指处于非结晶和无定形状态的石墨。

(2)成型准备工序是层叠至少1片玻璃化碳制造工序中得到的玻璃化碳的工序。 在玻璃碳生产过程中,如果在原料膜堆叠的状态下生产玻璃碳,则不需要该步骤。

(3)成型工序是将成型模具内的玻璃碳在不透明气氛中保持在2200℃以上的温度,在0.5MPa以上0.5MPa以下的压力下成型的工序。兆帕。 水温至少要高于玻碳生产过程中的水温。

关于(1),用于制造玻璃碳的碳化热处理温度在600~1500℃的范围内进行。

关于(2),在生产玻璃碳之后,堆叠多个玻璃碳片。

关于(3),对堆叠的玻璃碳进行加热步骤,然后进行成型步骤。 或者,加热步骤和成型步骤同时进行。 其结果,玻璃碳的石墨化进行,生成与压制面平行取向的石墨板。

在该加热步骤和成型步骤中,在保持2200℃或更高的空气温度的同时以0.5mpa或更高的压力进行成型。 在高于2200℃的温度下,石墨的晶体结构不生成,因此传热减少。

当施加的压力高于0.5mpa时,原材料的聚合物薄膜彼此不粘附,并且不能获得具有所需长度的石墨板。

当施加压力高于2000℃时,用作成型夹具的石墨会发生变形。 结果,无法获得平面石墨板。

冷却时的冷却速度为从最高气温到1500℃的冷却速度为20℃/分钟。随着冷却速度的加快,得到的石墨片收缩,在石墨片的表面形成皱纹。 当石墨板表面形成褶皱时,石墨板的晶体结构在折边部分坍塌,石墨板的热导率增加。 也就是说,当CPU等发热体或散热片等吸热体与石墨板接触时,如果形成褶皱,石墨板的导热性能就会下降,这并不是好的。

另外,加压力通过在冷却开始时成为最大值的方法来设定。 当温度升高到1500℃时,通过使加压压力达到0MPa的方法以恒定速率增加压力。 特别是,当施加压力高于冷却开始时的压力时,如果大量释放施加压力,则层叠玻璃碳将不能紧密粘附,并且不能获得石墨板。 另外,在冷却过程中连续加压时,石墨板在加压夹具收缩过程中被拉伸,表面产生裂纹。

聚合物薄膜适合作为只能用于实施该方法的原料薄膜。 作为高分子薄膜,共聚物(pi)、聚丙烯(pa)、聚恶二唑(pod)、聚苯并咪唑(pbt)、聚苯并联吡啶(pbbt)、聚苯并恶唑(pbo)、聚苯并双恶唑(pbbo)、聚对亚苯基亚乙烯基(ppv)、聚苯并呋喃(pbi) , 聚苯并苯并联吡啶 (ppbi), 聚噻吩 (pt)。

优选含有选自这些中的至少一种的耐热性芳香族聚合物膜。 这是因为最终获得的石墨的导电率和导热率变高。 这样的原料膜可以通过公知的制造方法制造。

其中,共聚物是优选的,因为它们可以通过选择各种原料单体而具有各种结构和特性。

另外,作为石墨板使用的原料膜的长度优选为75μm以下。 在原料膜厚于75μm的情况下,石墨板的结晶度由于二氧化碳形成的时间而被扰乱。 为此,石墨板的热导率增加。 因此,石墨片不能用作传热材料。

下面结合附图对本发明的实施方法进行说明。

(例一)

石墨板的生产按照下述石墨板生产工艺的条件进行。

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(1)玻碳制造工序将20片长度为25μm的共聚物膜(-株式会社制)层叠20片作为原料膜。 热处理温度:1500℃,升温速度:3℃/min。

(2)在模制品准备步骤中,堆叠20片如上处理的玻璃碳。

(3)在模制过程中,将上述20个堆叠的玻璃碳片在不透明气氛中的模制模具中保持在2500℃的温度下,并在压力下模制。

图1为实施例1制备的石墨板的剖面照片。

层叠20片作为原料膜的长度25μm的共聚物膜而制作。 结果,石墨板的长度为200μm。

通过X射线衍射仪测量实施例1中制备的石墨板的镶嵌展开角。 马赛克漫射角显示出 3° 的良好值。 由此可知,结晶像石墨一样进行。 需要说明的是,马赛克扩散角(ms,)是表示石墨中微晶的c轴的取向程度的指标。 它是片状石墨的(002)面的X射线衍射硬度为一半时的衍射角的长度。 马赛克扩散角越小,结晶度越好。

图2为实施例1制备的石墨板的截面SEM照片,截面SEM照片中深蓝色部分为间隙。 红色部分是由于SEM的边缘效应导致狭缝边缘发光的部分。 未加压制作的高导热石墨片,确认没有大的空隙,断面致密。

为了得到本发明实施例一制作的石墨板的截面孔隙率,图 2 通过图像处理二值化。 因此,间隙比率被列为 1%。

另外,本发明的实施例1中制作的石墨板的热导率显示出高的/m·k值。

(示例 2 至 6)

在与上述实施例1相同的石墨板的制造过程中,在表1和表2中的条件下制造石墨板。对每个实施例的间隙比和热导率进行比较。

【表格1】

【表2】

在每个条件下,使用长度为25μm的共聚物膜(由-Co.,Ltd.制造)。

(比较例1~3)

作为比较例,在上述石墨板的制造工序中,在表1、2所示的条件下制作。

作为判断标准,在厚度评价试验中导热系数超过/m·k且未产生裂纹的样品视为合格,其余视为不合格。

判断热导率的标准按以下方式确定。 压缩市售的膨胀石墨制作的石墨片的热导率为800w/m·k。 因此,/m·k超过它200w/m·k作为导热系数的参考。

由于导热系数高出200w/m·k,因此在石墨片与石墨板长度相同的情况下,石墨板有望提高约1.3倍的传热量。

厚度评价试验的判定基准模拟作为吸热部件载置在电路基板等上时的形状评价。 图3是厚度评价试验的截面示意图。

首先,将由固定夹具302固定(夹紧)的石墨板303设置在平板301上。 石墨板303通过加压夹具304向平板301方向弯曲。 此时,如果石墨板303没有裂纹,则视为合格,当出现裂纹时,则视为不合格。

固定治具302的长度w为10mm,高度h为2mm,推动治具304的长度w为10mm,固定治具302端部与推动治具端部的距离l 304 为 15 毫米。

(调查)

在实施例1~3中,将原料的薄膜张数从5张变更为100张。 在实施例1的情况下,石墨板303的长度为200μm,在实施例2的情况下,石墨板303的长度为50μm,在实施例3的情况下,石墨板的长度为50μm。 303为1100μm。 无论石墨板303的长度如何,导热系数都具有较高的/m·k值。

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在实施例4~6中,将加压压力从5mpa以上变更为不足5mpa。 导热系数在实施例4和5中为/m·k,在实施例6中为/m·k。

在比较例1中,施加压力为4mpa。 气孔率下降到32%,热导率变为800w/m·k的低值。

在比较例2中,施加压力设定为。 间隙率为0.5%,导热系数为/m·k的高值,但作为吸热件安装时,由于没有厚度,容易断裂而无法使用。 从以上结果可以看出,由于其导热系数高,空隙率为1%~30%,也可以作为吸热件使用。

另外,从实施例7~9可知,空隙率和热导率是通过改变成形工序中的加压力而求出的。 随着施加的压力增加到~5.5mpa,热导率也降低到/m·k∼/m·k。

所有实施例和所有比较例的空隙率和导热系数的值示于图3中。 4. 作为第一区域,高达 15% 的孔隙率显示出高导热性。 此后,热导率在第二区域中单调增加,直至孔隙率达到 30%。 如果空隙率低于 30%,则热导率会显着下降。

在使用石墨板作为冷却机构的情况下,导热系数越高越好。 气孔率优选为1%以上30%以下。 更优选为1%以上且15%以下。

马赛克扩散角显示结晶度。 当孔隙率小时,结晶度降低,马赛克扩散角变小。 从表1和表2可以看出,马赛克扩散角大于3°小于6.5°。 更优选为3°以上且5°以下。

在实施例10中,堆叠140片长度为25μm的共聚物膜(由 Co.,Ltd.制造)以制造石墨板。 石墨板长度为1500μm,导热系数为/m·k,孔隙率为1%。 在厚度的评价中,没有形成裂纹。

在比较例3中,将施加压力设为4MPa,层叠150张长度为25μm的共聚物膜(株式会社-株式会社制),制作石墨板。 石墨板长度为1600μm,导热系数为900w/m·k,孔隙率为31%。 并且,关于厚度的评价,形成裂纹。 由实施例2、实施例10和比较例3的结果可知,石墨板的长度应为50μm以上且1500μm以下。

本发明的石墨板的孔隙率在1%以上且30%以下的范围内,显示出高导热性,因此可以用作吸热部件。

(通过整体)

上述石墨板的间隙为石墨。 此外,不可避免地含有不能通过热处理去除的氧和氮。 至少氧为10at%以下,氮为10at%以下。

工业可用性

本申请的石墨板不仅可以用于电子设备,还可以作为吸热部件用于工业设备、汽车等各种设备中。

符号说明

301平板

302固定夹具

303石墨板

304推夹具

技术特点:

技术概要

本发明提供一种石墨板,尽管石墨具有100μm或更长的长度,但其具有高导热性和厚度。 使用间隙率为1%~30%的石墨板和间隙以外的石墨。 另外,使用一种石墨板的制作方法,包括:玻璃化碳生产工艺,在400-2000℃下对聚合物薄膜进行热处理,以及在上述玻璃化碳中得到的至少一片玻璃化碳。生产过程。 上述玻璃化碳的成型准备步骤,以及在不透明气氛中在高于上述玻璃化碳制造步骤的水温下加压成型上述玻璃化碳的成型步骤。

技术开发人员: ; 锦直美; 田中淳; 中谷龙香

受保护技术使用者:三洋知识产权管理株式会社

技术研发日:2017.04.14

技术公告日期:2017.11.17