石墨紙及其制造方法

石墨紙及其制造方法

石墨紙及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱材料及其制造方法，尤其是涉及一種石墨紙及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在科技的發(fā)展與消費(fèi)市場的需求趨勢下，電子產(chǎn)品不斷地往高性能化、高速度化及輕薄短小的方向發(fā)展。這使得電子元件的密度相對增加，但由于電子元件于運(yùn)作時(shí)會產(chǎn)生大量的熱能，因此如何使電子產(chǎn)品在有限的元件體積下能夠具備良好的散熱效率，以確保電子產(chǎn)品的正常運(yùn)作，進(jìn)而延長產(chǎn)品的使用壽命，『散熱』便成為現(xiàn)今電子產(chǎn)品首要克服的關(guān)鍵問題。
[0003]目前通常是使用銅、鋁等熱傳導(dǎo)率高的金屬散熱器，將電子元件運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的熱能由表面導(dǎo)出，但和銅、鋁相比，石墨具有更低熱阻、重量輕，且熱傳導(dǎo)系數(shù)更高等獨(dú)特的性能優(yōu)勢，因此石墨已被視為具有解決現(xiàn)今電子產(chǎn)品散熱問題的優(yōu)良導(dǎo)熱材料。
[0004]在石墨片散熱材料中，天然石墨是制作成本較低，且也較為廣泛使用的一類。目前天然石墨片散熱材料的制作方式是由鱗片狀石墨經(jīng)加熱體積膨脹數(shù)百倍后成為所謂的低密度的蠕蟲狀石墨，接續(xù)隨即壓制而成板狀的石墨片。但這樣的制作方式下，因?yàn)槿湎x狀石墨所具有的彎曲與扭轉(zhuǎn)特性，導(dǎo)致天然石墨片散熱材料的表面甚至是內(nèi)部存在有較大的孔洞，因此整體強(qiáng)度較低。再者，為維持天然石墨片的基本強(qiáng)度，以承受外力沖擊，天然石墨片的厚度往往需維持在一特定的較厚的狀態(tài)，因此逐漸無法符合電子元件朝輕薄化趨勢發(fā)展下時(shí)，僅剩的窄小散熱材料配置空間需求。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，提出一種嶄新的石墨紙及其制造方法，以有效克服上述的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種石墨紙及其制造方法，其所制得的石墨紙兼具厚度較薄、表面平坦且致密與硬度較高的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種石墨紙及其制造方法，其所制得的石墨紙可裝設(shè)于電子組件狹窄的剩余空間內(nèi)，達(dá)到良好的散熱較果。
[0008]為了達(dá)到上述各目的與功效，本發(fā)明揭示了一種石墨紙的制造方法，其步驟包含有先將鱗片狀天然石墨進(jìn)行膨脹反應(yīng)，以得到蠕蟲狀石墨。隨后，將蠕蟲狀石墨進(jìn)行脫硫反應(yīng)。接續(xù)，將脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態(tài)蠕蟲狀石墨。最后，將碎片態(tài)蠕蟲狀石墨壓制成石墨紙。
[0009]本發(fā)明更揭示了一種利用上述的制造方法所制得的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為10?170微米，熱傳導(dǎo)系數(shù)為300?500W/m-K。
[0010]本發(fā)明還教示了一種石墨紙，其由碎片態(tài)蠕蟲狀石墨經(jīng)壓制而成，該石墨紙表面起伏值范圍最佳為0.6?0.8微米，該石墨紙的密度范圍最佳為1.8?2.lg/cm3,次佳1.5?1.7g/cm3,最低不低于1.2g/cm3,孔洞的平均直徑為0.5微米，該石墨紙的截面呈現(xiàn)出分層狀石墨片。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖；
[0012]圖2a為既有的天然石墨片散熱材料SEM剖面圖(照片)；
[0013]圖2b為既有的天然石墨片散熱材料SEM表面圖(照片);
[0014]圖2c為本發(fā)明的石墨紙SEM剖面圖(照片)；
[0015]圖2d為本發(fā)明的石墨紙SEM表面圖(照片)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使貴審查委員對本發(fā)明的特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，謹(jǐn)佐以優(yōu)選的實(shí)施例及配合詳細(xì)的說明，說明如后:
[0017]本發(fā)明提供一種石墨紙及其制造方法，以解決現(xiàn)今天然石墨片強(qiáng)度低、厚度較厚與表面起伏度高，以及無法符合目前電子元件需求趨勢的問題。詳細(xì)方法步驟如下:
[0018]請參閱圖1，其為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。如圖所示，本發(fā)明的石墨紙的制造方法包含如下步驟:
[0019]步驟S10:將鱗片狀天然石墨進(jìn)行300?500°C高溫膨脹反應(yīng)，以得到蠕蟲狀石墨，此時(shí)婦蟲狀石墨的平均長度為3?8_。
[0020]步驟S12:將該蠕蟲狀石墨進(jìn)行脫硫反應(yīng)，此脫硫反應(yīng)的操作溫度高于步驟SlO的膨脹反應(yīng)，溫度范圍為800?1000°C。
[0021]步驟SM:將該脫硫后的蠕蟲狀石墨于乙醇溶液中進(jìn)行粉碎，形成碎片態(tài)蠕蟲狀石墨，此時(shí)婦蟲狀石墨的平均長度為0.3?1mm。
[0022]步驟S16:將該碎片態(tài)婦蟲狀石墨過水分層，以去除高比重雜質(zhì)，此處所指的雜質(zhì)可以是釩、鈦、鐵、鋁、鈣、硼等金屬，或過渡金屬及其氧化物與氧化石墨烯等。過水分層的實(shí)施方式為將碎片態(tài)蠕蟲狀石墨散浮于水面上，比重較高的雜質(zhì)會沉淀在底部。
[0023]步驟S18:將去除高比重雜質(zhì)的碎片態(tài)蠕蟲狀石墨以10?30目篩網(wǎng)過篩并進(jìn)一步瀝干，其是利用離心脫水機(jī)以轉(zhuǎn)速每分鐘60?150轉(zhuǎn)進(jìn)行離心脫水約I?5分鐘。
[0024]步驟S20:置于烘箱加熱干燥，干燥溫度為100?200°C。并將該干燥后的碎片狀蠕蟲狀石墨進(jìn)行粒徑尺寸篩選，以進(jìn)一步除去在濕潤狀態(tài)下未除去的過小粒徑的碎片狀蠕蟲狀石墨。
[0025]步驟S22:最后，選擇所需的粒徑尺寸的碎片狀蠕蟲狀石墨來壓制成石墨紙，并且依所需的導(dǎo)熱需求來制作石墨紙的厚度。本發(fā)明的石墨紙的厚度范圍為10?170微米，導(dǎo)熱值為300?500W/m-K。而壓制過程的壓力范圍為50?200Kg/cm2。
[0026]本發(fā)明所采用的方式是將大尺度蠕蟲狀石墨通過粉碎過程使其呈現(xiàn)碎片狀化，也就是將原本大尺度蠕蟲狀石墨截切為小尺度，由此縮小每單一大尺度蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與扭轉(zhuǎn)的程度，使壓制過程后的碎片狀蠕蟲狀石墨間能夠呈現(xiàn)緊密接合，能夠有更高的密度，進(jìn)而使得石墨紙?jiān)谳^薄的厚度下即可具有所需的強(qiáng)度。再者，因?yàn)楸景l(fā)明所采用的蠕蟲狀石墨是呈現(xiàn)小尺度的碎片狀，所以石墨層間層與層間的狀態(tài)也更為顯著，可視為宛如云母的片狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所制得的石墨紙密度范圍最佳為1.8?2.lg/cm3，次佳1.5?1.7g/cm3，最低不低于 1.2g/cm3。
[0027]此外，因?yàn)榭s小了蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與扭轉(zhuǎn)的程度，因此本發(fā)明所制得的石墨紙表面較為平坦縝密?，F(xiàn)有的天然石墨紙表面粗度(表面起伏)為0.8?1.2微米，本發(fā)明的石墨紙表面粗度為0.6?0.8微米，且本發(fā)明的石墨紙表面孔洞的平均直徑為0.5微米，截面呈現(xiàn)出分層狀石墨片。
[0028]請一并參閱圖2a至圖2d，其依序?yàn)榧扔械奶烊皇岵牧蟂EM剖面照片、既有的天然石墨片散熱材料SEM表面照片、本發(fā)明的石墨紙SEM剖面照片以及本發(fā)明的石墨紙SEM表面照片。
[0029]由該些SEM剖面照片可發(fā)現(xiàn)天然石墨片散熱材料的部分石墨層是以近乎垂直石墨片的方向存在，此乃因?yàn)槭褂么蟪叨热湎x狀石墨在壓制成片狀時(shí)，因多個(gè)彎曲與扭轉(zhuǎn)相互糾結(jié)，因此無法呈現(xiàn)出層狀結(jié)構(gòu)。反觀本發(fā)明的石墨紙是使用小尺度的蠕蟲狀石墨因此可明顯呈現(xiàn)出層狀結(jié)構(gòu)。
[0030]由該些SEM表面照片可發(fā)現(xiàn)天然石墨片散熱材料較本發(fā)明的石墨紙晶粒比較大，表面甚至內(nèi)部具有較大的孔洞，而本發(fā)明的石墨紙表面呈現(xiàn)較平坦縝密。
[0031]綜上所述，本發(fā)明的石墨紙及其制造方法可制備出厚度較薄、表面起伏度小且縝密，而且硬度較高的石墨紙，應(yīng)用時(shí)可裝設(shè)于狹窄的電子組件剩余空間內(nèi)，達(dá)到良好的散熱較果。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，舉凡依本發(fā)明權(quán)利要求所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨紙的制造方法，其包含有下列步驟: 步驟S1:將鱗片狀天然石墨進(jìn)行膨脹反應(yīng)，以得到蠕蟲狀石墨； 步驟S2:將該蠕蟲狀石墨進(jìn)行脫硫反應(yīng)； 步驟S3:將該脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態(tài)蠕蟲狀石墨；以及 步驟S4:將該碎片態(tài)婦蟲狀石墨壓制成石墨紙。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨紙的制造方法，其中該步驟S3與該步驟S4間，還包含有一清洗干燥與粒徑篩選步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的石墨紙的制造方法，其中該清洗干燥與粒徑篩選步驟包含有: 將該碎片態(tài)蠕蟲狀石墨過水分層，以去除高比重雜質(zhì)； 將該去除高比重雜質(zhì)的碎片態(tài)蠕蟲狀石墨過篩瀝干脫水； 將該過篩瀝干脫水后的碎片狀蠕蟲狀石墨進(jìn)行低溫干燥；以及 將該干燥后的碎片狀蠕蟲狀石墨進(jìn)行粒徑篩選。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨紙的制造方法，其中該步驟S3是于一乙醇溶液中進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的石墨紙的制造方法，其中該步驟S2的溫度高于步驟SI的溫度。
6.一種以權(quán)利要求1所述的石墨紙的制造方法所制得的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為10?170微米，熱傳導(dǎo)系數(shù)為300?500W/m-K。
7.一種石墨紙，其由平均長度為0.3?Imm的碎片態(tài)蠕蟲狀石墨經(jīng)壓制而成，該石墨紙表面粗糙度為0.8微米以下，該石墨紙的截面呈現(xiàn)出分層狀石墨片。
8.如權(quán)利要求7所述的石墨紙，其中該石墨紙的密度范圍1.2g/cm 3以上，孔洞的平均直徑為0.5微米。
9.如權(quán)利要求8所述的石墨紙，其中該石墨紙的密度范圍是介于1.2g/cm3至2.lg/cm3之間。
10.如權(quán)利要求7所述的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為10?170微米，熱傳導(dǎo)系數(shù)為.300 ?500W/m-Ko
【專利摘要】本發(fā)明公開一種石墨紙及其制造方法。本發(fā)明的石墨紙制造方法的步驟包含有先將鱗片狀天然石墨進(jìn)行膨脹反應(yīng)，以得到蠕蟲狀石墨，隨后，將蠕蟲狀石墨進(jìn)行脫硫反應(yīng)，接續(xù)，將脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態(tài)蠕蟲狀石墨，最后，將碎片態(tài)蠕蟲狀石墨進(jìn)行壓制，以制得厚度較薄且表面平坦縝密的石墨紙。