高性能导热界面材料及其制备方法与流程

本发明涉及新材料领域，具体导热界面材料。

背景技术：

导热界面材料是一种普遍用于ic封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接触时产生的微空隙和凸凹不平的表面，减小热阻，提高器件的散热性能。

导热界面材料通常内含有导热粉体、碳材料，而导热粉体的成分、碳材料的排布方向均会影响导热界面材料的导热性能。因此，非常有必要通过优化导热粉体的成分或优化碳材料的排布方向来提高导热界面材料的导热性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种高性能导热界面材料，该材料具有导热性能好的特点。

本发明的目的还在于，提供该高性能导热界面材料的制备方法，以用于制备该高性能导热界面材料。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

高性能导热界面材料，为碳纤维膜片，其特征在于，所述碳纤维膜片由呈条状或者片状的碳纤维膜结构自内向外逐层卷曲缠绕而成；

所述碳纤维膜结构内含有碳材料，所述碳材料是碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、氧化石墨烯中的至少一种，所述碳材料沿碳纤维膜结构缠绕时缠绕轴的轴向排布。

注意这里的轴向排布并不要求一定是平行于轴向，可以与轴向有一定的夹角。而且这里的轴向排布也并不要求全部轴向排布，因生产工艺问题目前也不可能做到全部轴向排布，而是指大部分轴向排布。本专利的创造性并不在于使碳纤维大部分沿碳纤维膜结构缠绕时缠绕轴的轴向排布，而是，通过碳纤维膜结构自内向外逐层卷曲缠绕，使原本排布方向平行于碳纤维膜结构的碳纤维，也就是碳纤维平行于被连接器件，变成了排布方向垂直于碳纤维膜片，也就是碳纤维垂直于被连接器件，从而大大的提高了导热效果。

所述碳纤维膜结构包括如下重量百分比的原料：液体硅胶13-20份、氮化物导热粉体11-20份，金属导热粉体27-35份、金属氧化物导热粉体7-13份、碳材料20-30份、含烯基硅氧烷0.1-0.5份。

优选，所述氮化物导热粉体包括氮化硼、氮化铝中的至少一种。

优选，所述氮化铝的平均粒径为0.5-120微米。

进一步优选，所述氮化铝由平均粒径为0.5-2微米的氮化铝和平均粒径为90-120微米的氮化铝组成。

优选，所述金属导热粉体包括铜粉、铝粉、银粉、铁粉中的至少一种。

进一步优选，所述金属粉体由平均粒径为1-10微米的金属粉体和平均粒径为30-50微米的金属粉体组成。

再进一步优选，所述1-10微米金属粉体和30-50微米金属粉体的重量比为(0.8-1.2)：1。

优选，所述金属氧化物导热粉体的分子式为mxoy，其中m选自zn、cu、al、ag、ni、fe、mg中的一种，x为1-2，y为1-3。

进一步优选，所述金属氧化物导热粉体的平均粒径为400-800nm。

优选，所述碳纤维的平均长度为50～250微米。

进一步优选，所述碳纤维的平均长度为150微米。

高性能导热界面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、搅拌混合：

s1：在液体硅胶中添加含烯基硅氧烷、行星搅拌1-10min；

s2：向步骤s1得到的混合物中依次添加氮化物导热粉体、金属氧化物导热粉体、金属导热粉体，行星抽真空搅拌5-20min；

s3：向步骤s2得到的混合物中添加一半重量份的碳材料，行星抽真空搅拌1-30min；

s4：向步骤s3得到的混合物中添加剩余的碳材料，行星抽真空搅拌1-30min，得到终产物；

步骤二、取向：

将步骤一得到的终产物通过流延或者压延工艺形成片状结构，得到碳纤维膜结构，然后将碳纤维膜结构沿流延或者压延的垂直方向卷曲成圆筒状，放入长方体容器中；

步骤三、真空压实：

将步骤二中长方体容器放真空干燥箱中抽真空至≤-0.098mpa，1-5分钟后放真空，在振动密实机将材料振实，反复进行至少一次；压重物后再一起放真空干燥箱中抽真空至≤-0.098mpa，1-5分钟后放真空，反复进行至少一次；

步骤四、高温固化：

将重物压在步骤三得到的容器上，放100-150℃烤箱30-90min，然后冷却至室温，获得碳纤维膜片半成品；

步骤五、切片：

将碳纤维膜片半成品取出，使用超声波切刀沿径向切成规定厚度片材，即得到高性能导热界面材料。

优选，切割成厚度为0.3～5mm的片状结构。

附图说明

图1为步骤二实施过程中产品的结构示意图；

图2为步骤五切片后获得的高性能导热界面材料。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、2，高性能导热界面材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、搅拌混合：s1：在液体硅胶中添加含烯基硅氧烷、行星搅拌1-10min；s2：向步骤s1得到的混合物中依次添加氮化物导热粉体、金属氧化物导热粉体、金属导热粉体，行星抽真空搅拌5-20min；s3：向步骤s2得到的混合物中添加一半重量份的碳材料，行星抽真空搅拌1-30min；s4：向步骤s3得到的混合物中添加剩余的碳材料，行星抽真空搅拌1-30min，得到终产物；其中，液体硅胶13-20份、氮化物导热粉体11-20份，金属导热粉体27-35份、金属氧化物导热粉体7-13份、碳材料20-30份、含烯基硅氧烷0.1-0.5份。

其中，氮化物导热粉体包括氮化硼、氮化铝中的至少一种。氮化铝的平均粒径为0.5-120微米。优选，氮化铝由平均粒径为0.5-2微米的氮化铝和平均粒径为90-120微米的氮化铝组成。其中，金属导热粉体包括铜粉、铝粉、银粉、铁粉中的至少一种。金属粉体由平均粒径为1-10微米的金属粉体和平均粒径为30-50微米的金属粉体组成。优选，1-10微米金属粉体和30-50微米金属粉体的重量比为(0.8-1.2)：1。其中，金属氧化物导热粉体的分子式为mxoy，其中m选自zn、cu、al、ag、ni、fe、mg中的一种，x为1-2，y为1-3。优选，金属氧化物导热粉体的平均粒径为400-800nm。其中，碳材料是碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、氧化石墨烯中的至少一种。碳纤维的平均长度为50～250微米。优选，碳纤维的平均长度为150微米。

步骤二、取向：将步骤一得到的终产物通过流延或者压延工艺形成片状结构，得到碳纤维膜结构1，然后将碳纤维膜结构1沿流延或者压延的垂直方向卷曲成圆筒状，放入长方体容器中。

步骤三、真空压实：将步骤二中长方体容器放真空干燥箱中抽真空至≤-0.098mpa，1-5分钟后放真空，在振动密实机将材料振实，反复进行至少一次；压重物后再一起放真空干燥箱中抽真空至≤-0.098mpa，1-5分钟后放真空，反复进行至少一次。

步骤四、高温固化：将重物压在步骤三得到的容器上，放100-150℃烤箱30-90min，然后冷却至室温，获得碳纤维膜片半成品。

步骤五、切片：将碳纤维膜片半成品取出，使用超声波切刀沿径向切成规定厚度片材，即得到高性能导热界面材料。优选，切割成厚度为0.3～5mm的片状结构。

高性能导热界面材料，为碳纤维膜片，碳纤维膜片由呈条状的碳纤维膜结构1自内向外逐层卷曲缠绕而成；碳纤维膜结构内含有碳材料，碳材料沿碳纤维膜结构缠绕时缠绕轴的轴向2排布。

注意这里的轴向排布并不要求一定是平行于轴向，可以与轴向有一定的夹角。而且这里的轴向排布也并不要求全部轴向排布，因生产工艺问题目前也不可能做到全部轴向排布，而是指大部分轴向排布。这里的轴向是通过对步骤一中的s3、s4和步骤二中所涉及的生产工艺的选取、优化以及有机组合来实现的，采用本专利的制备步骤后，碳材料的排布更具规律，且大部分同向排布。这里的轴向就是指采用本专利的制备步骤所导致的更为有规律的排布方向中，大部分碳纤维的排布方向。本专利的创造性并不在于使碳纤维大部分沿碳纤维膜结构缠绕时缠绕轴的轴向排布，而是，通过碳纤维膜结构自内向外逐层卷曲缠绕，使原本排布方向平行于碳纤维膜结构的碳纤维，也就是碳纤维平行于被连接器件，变成了排布方向垂直于碳纤维膜片，也就是碳纤维垂直于被连接器件，从而大大的提高了导热效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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