一種輕質柔性高導熱碳/金屬復合聯接件的制備方法技術

一種輕質柔性高導熱碳/金屬復合聯接件的制備方法，屬于聯接件技術領域。發明專利技術首先對碳材料的亮度進行了表面處理，并通過化學鍍或電鍍的方法在其表面鍍了一層或多層金屬，然后再與金屬復合，這將極大的增強碳/金屬的復合效果，有效減少二者之間的界面熱阻。本發明專利技術所制備的輕質柔性高導熱碳/金屬復合聯接件具有比銅高導熱系數，并且密度僅為銅的1/4。能夠滿足航空航天和便攜電子裝置減重、高效導熱的要求，而且由于聯接件是柔性的，可根據需要靈活設計并調整高功耗電子器件和熱沉之間的距離和位置，可設計性強。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，屬于聯接件
專利技術首先對碳材料的亮度進行了表面處理，并通過化學鍍或電鍍的方法在其表面鍍了一層或多層金屬，然后再與金屬復合，這將極大的增強碳/金屬的復合效果，有效減少二者之間的界面熱阻。本專利技術所制備的輕質柔性高導熱碳/金屬復合聯接件具有比銅高導熱系數，并且密度僅為銅的1/4。能夠滿足航空航天和便攜電子裝置減重、高效導熱的要求，而且由于聯接件是柔性的，可根據需要靈活設計并調整高功耗電子器件和熱沉之間的距離和位置，可設計性強。【專利說明】
本專利技術公涉及一種輕質柔性碳/金屬復合高導熱聯接件的制備方法，屬于聯接件

技術介紹
隨著宇航科技的快速發展和人們生活品質的不斷提高，要求航空航天電子裝備以及便攜移動電子設備的性能越來越高，體積越來越小，功能越來越多樣復雜，造成這些電子裝備上集成的電子器件越來越密集，功耗也越來越高，產生的熱量也越來越多。將造成器件發熱升溫，而溫度過高則會縮短壽命，甚至燒毀。因此必須將這些熱量及時的定向導出。由于航空航天電子裝備以及便攜移動電子設備所處的特殊環境和便攜小型化的特殊要求與地面或固定設備有很大的不同，大部分情況很難通過對流換熱的方式進行熱交換，而需要通過輻射和導熱。由于輻射換熱的換熱量與溫度的四次方和散熱面積成正比。因此對高功率密度、高集成度的小型化電子設備來說，若單獨依賴輻射換熱會因為散熱能力不足導致溫度上升，因此要結合導熱的方式維持電子設備正常的工作溫度。盡管熱管的傳熱能力非常好，但在很多場合下不適合，例如大多為金屬材料，質量較重，熱管的長時間保持能力并存在傳熱極限失效等可靠性問題，這與航空航天器件的零維護以及減重要求相悖；另外一些電子產品為達到特殊功能要求，需要高功耗電子器件不斷的不斷活動，為把熱量及時的傳導出去，與熱沉之間需要一個柔性的高導熱聯接件，以保證電子器件的穩定運行。這時就需要一種輕質、達到零維護、柔性的高導熱固體聯接件連接高功率電子器件和熱沉。目前主要采用的是用銅絲編制的柔性帶狀導熱索或多層銅箔、鋁箔疊加的導熱帶，其導熱極限為純銅或鋁的導熱性能，并且銅導熱索質量較大，不符合航空航天和便攜電子裝置減重和提高導熱率的要求。因此急需一種新型的輕質柔性高導熱件替代目前的銅導熱索，滿足航空航天和便攜電子裝置高效導熱的要求。隨著材料科技的快速發展，出現了一些具有高導熱率的新型炭(石墨)材料，如高導熱瀝青基炭纖維(室溫下導熱系數沿軸向最高可達1100W/(m.K)，高導熱炭膜(室溫下面向導熱率最高達1900W/(m.K)，而其最高僅為2.2g/cm3.將其作為上述聯接熱源和熱沉之間的導熱材料，能夠滿足高功耗電子器件與熱沉之間所需要的輕質、高導熱、柔性等新型聯接件的要求。由于碳材料與金屬鋁或銅的潤濕性差，難以緊密復合在一起，并且兩者的熱膨脹系數也相差較多，在升降溫過程中容易相互分離，從而造成其界面熱阻大，嚴重阻礙碳材料高導熱系數的發揮。
技術實現思路
針對上述內容，本專利技術提供了一種新型輕質、高導熱的碳/金屬復合高導熱柔性聯接件的制備方法。為降低碳/金屬的界面熱阻，本專利技術首先對碳材料的亮度進行了表面處理，并通過化學鍍或電鍍的方法在其表面鍍了一層或多層金屬，然后再與金屬復合，這將極大的增強碳/金屬的復合效果，有效減少二者之間的界面熱阻。本專利技術所制備的輕質柔性高導熱碳/金屬復合聯接件具有比銅高導熱系數，并且密度僅為銅的1/4。能夠滿足航空航天和便攜電子裝置減重、高效導熱的要求，而且由于聯接件是柔性的，可根據需要靈活設計并調整高功耗電子器件和熱沉之間的距離和位置，可設計性強。為滿足上述要求，本專利技術提供的柔性碳/金屬復合高導熱輕質聯接件的技術方案如下。一種輕質柔性碳/金屬復合高導熱聯接件的制備方法，其特征在于，使用柔性高導熱碳材料作為導熱主體段，柔性高導熱碳材料的兩端進行表面金屬化處理，然后兩端再與高導熱金屬復合聯接。優選所用的柔性高導熱碳材料為高導熱碳或石墨纖維和高導熱碳或石墨膜等柔性碳材料。所柔性高導熱碳材料主要性能為，室溫導熱系數2400W.ni—1.K—S碳元素含量之99% ;根據ASTMD2176所述方法彎折次數在1000次及以上;單根碳纖維或石墨纖維直徑< 15μπι或單層碳膜或石墨膜厚度< 120μηι。進一步柔性高導熱碳材料采用多根碳纖維集束或多層石墨膜疊加而成，其石墨纖維的根數和石墨膜的疊加層數、寬度由這種碳/金屬復合聯接件的導熱功率決定。所述柔性碳材料的兩端進行了表面金屬化處理，改善了柔性碳材料與金屬的界面潤濕性能，相互結合緊密，界面熱阻極小，能充分發揮所用柔性碳材料的導熱能力。所述柔性碳材料的兩端的表面金屬化處理主要是進行鍍鎳或鍍銅處理，主要采用化學鍍或/和電鍍方式進行，控制鍍層厚度50ηπι-50μπι。所述將碳材料具有金屬層的兩端放入模具中進行熔融金屬澆注或壓鑄處理。所用的澆注金屬為熔融的鋁或其合金、銅或其合金等高導熱單金屬或合金，它們的主要特征是室溫熱導率須大于150W.m—IK—1。所述導熱碳材料兩端澆注金屬或合金的形狀、尺寸主要由所連接熱源和熱沉的傳熱、散熱速度快和方便性要求所決定。由于碳材料與金屬潤濕性差，界面熱阻大，嚴重阻礙碳材料高導熱系數的發揮，因此本專利技術首先對碳材料兩端進行了表面金屬化處理，然后通過惰性氣氛下熔融澆注金屬的方法成型該柔性碳/金屬復合高導熱聯接件。該方法極大改善了柔性碳材料與金屬的界面潤濕性能，相互結合緊密，界面熱阻極小，能充分發揮所用柔性碳材料的導熱能力。上述技術方案可以看出，由于本專利技術采用對柔性高導熱碳材料(炭纖維和碳膜)進行表面金屬化處理，有效增加了碳和金屬材料之間的潤濕性能并縮小了它們熱膨脹系數之間的差距，使碳金屬間的結合更加緊密，界面熱阻更小。因此制備的碳/金屬復合聯接件，質輕，導熱率高;高功耗熱源和熱沉相對位置可調，設計靈活。該方法極大改善了柔性碳材料與金屬的界面潤濕性能，相互結合緊密，界面熱阻極小，能充分發揮所用柔性碳材料的導熱能力。它的熱導率在室溫下是銅的2-5倍，而密度僅為銅的1/4，因此它的比熱導率是銅的8-20倍，是鋁的4-14倍。這種輕質柔性復合聯接件導熱率高，設計靈活，零維護，主要用于航空航天、高端電子工業等領域的熱管理系統，例如飛行器的天線、衛星的電子盒、光學系統、低溫制冷器的壓縮機、通信或雷達的高功率電子系統以及機電系統等方面。【具體實施方式】下面將結合實施例對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1由于碳材料與金屬鋁或銅的潤濕性差，難以緊密復合在一起，并且兩者的熱膨脹系數也相差較多，在升降溫過程中容易相互分離，從而造成其界面熱阻大，嚴重阻礙碳材料高導熱系數的發揮。因此本專利技術首先對高導熱中間相瀝青基碳纖維束(室溫導熱率為SOOW.m—1I\直徑為ΙΟμπι，密度為2.2g/cm3)的兩端(每端各2cm左右，可根據需要調整)進行了表面處理(如清理)，然后將這兩端進行化學鍍鎳處理，控制鍍鎳層厚度在0.5μπι左右;將碳纖維束的鍍鎳部分單向放置在模具中，并在惰性氣體保護條本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輕質柔性碳/金屬復合高導熱聯接件的制備方法，其特征在于，使用柔性高導熱碳材料作為導熱主體段，柔性高導熱碳材料的兩端進行表面金屬化處理，然后兩端再與高導熱金屬復合聯接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬兆昆，宋懷河，索勛，肖萌，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11