石墨紙及其製造方法
石墨紙及其製造方法
石墨紙及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導熱材料及其製造方法，尤其是涉及一種石墨紙及其製造方法。
【背景技術】
[0002]在科技的發展與(yu) 消費市場的需求趨勢下，電子產(chan) 品不斷地往高性能化、高速度化及輕薄短小的方向發展。這使得電子元件的密度相對增加，但由於(yu) 電子元件於(yu) 運作時會(hui) 產(chan) 生大量的熱能，因此如何使電子產(chan) 品在有限的元件體(ti) 積下能夠具備良好的散熱效率，以確保電子產(chan) 品的正常運作，進而延長產(chan) 品的使用壽命，『散熱』便成為(wei) 現今電子產(chan) 品首要克服的關(guan) 鍵問題。
[0003]目前通常是使用銅、鋁等熱傳(chuan) 導率高的金屬散熱器，將電子元件運作時所產(chan) 生的熱能由表麵導出，但和銅、鋁相比，石墨具有更低熱阻、重量輕，且熱傳(chuan) 導係數更高等獨特的性能優(you) 勢，因此石墨已被視為(wei) 具有解決(jue) 現今電子產(chan) 品散熱問題的優(you) 良導熱材料。
[0004]在石墨片散熱材料中，天然石墨是製作成本較低，且也較為(wei) 廣泛使用的一類。目前天然石墨片散熱材料的製作方式是由鱗片狀石墨經加熱體(ti) 積膨脹數百倍後成為(wei) 所謂的低密度的蠕蟲狀石墨，接續隨即壓製而成板狀的石墨片。但這樣的製作方式下，因為(wei) 蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與(yu) 扭轉特性，導致天然石墨片散熱材料的表麵甚至是內(nei) 部存在有較大的孔洞，因此整體(ti) 強度較低。再者，為(wei) 維持天然石墨片的基本強度，以承受外力衝(chong) 擊，天然石墨片的厚度往往需維持在一特定的較厚的狀態，因此逐漸無法符合電子元件朝輕薄化趨勢發展下時，僅(jin) 剩的窄小散熱材料配置空間需求。
[0005]有鑒於(yu) 此，本發明針對上述現有技術的缺失，提出一種嶄新的石墨紙及其製造方法，以有效克服上述的問題。
【發明內(nei) 容】
[0006]本發明的主要目的是提供一種石墨紙及其製造方法，其所製得的石墨紙兼具厚度較薄、表麵平坦且致密與(yu) 硬度較高的優(you) 點。
[0007]本發明的另一目的是提供一種石墨紙及其製造方法，其所製得的石墨紙可裝設於(yu) 電子組件狹窄的剩餘(yu) 空間內(nei) ，達到良好的散熱較果。
[0008]為(wei) 了達到上述各目的與(yu) 功效，本發明揭示了一種石墨紙的製造方法，其步驟包含有先將鱗片狀天然石墨進行膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨。隨後，將蠕蟲狀石墨進行脫硫反應。接續，將脫硫後的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨。最後，將碎片態蠕蟲狀石墨壓製成石墨紙。
[0009]本發明更揭示了一種利用上述的製造方法所製得的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為(wei) 10?170微米，熱傳(chuan) 導係數為(wei) 300?500W/m-K。
[0010]本發明還教示了一種石墨紙，其由碎片態蠕蟲狀石墨經壓製而成，該石墨紙表麵起伏值範圍最佳為(wei) 0.6?0.8微米，該石墨紙的密度範圍最佳為(wei) 1.8?2.lg/cm3,次佳1.5?1.7g/cm3,最低不低於(yu) 1.2g/cm3,孔洞的平均直徑為(wei) 0.5微米，該石墨紙的截麵呈現出分層狀石墨片。
【附圖說明】
[0011]圖1為(wei) 本發明的一優(you) 選實施例的流程圖；
[0012]圖2a為(wei) 既有的天然石墨片散熱材料SEM剖麵圖(照片)；
[0013]圖2b為(wei) 既有的天然石墨片散熱材料SEM表麵圖(照片);
[0014]圖2c為(wei) 本發明的石墨紙SEM剖麵圖(照片)；
[0015]圖2d為(wei) 本發明的石墨紙SEM表麵圖(照片)。
【具體(ti) 實施方式】
[0016]為(wei) 使貴審查委員對本發明的特征及所達成的功效有更進一步的了解與(yu) 認識，謹佐以優(you) 選的實施例及配合詳細的說明，說明如後:
[0017]本發明提供一種石墨紙及其製造方法，以解決(jue) 現今天然石墨片強度低、厚度較厚與(yu) 表麵起伏度高，以及無法符合目前電子元件需求趨勢的問題。詳細方法步驟如下:
[0018]請參閱圖1，其為(wei) 本發明的一優(you) 選實施例的流程圖。如圖所示，本發明的石墨紙的製造方法包含如下步驟:
[0019]步驟S10:將鱗片狀天然石墨進行300?500°C高溫膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨，此時婦蟲狀石墨的平均長度為(wei) 3?8_。
[0020]步驟S12:將該蠕蟲狀石墨進行脫硫反應，此脫硫反應的操作溫度高於(yu) 步驟SlO的膨脹反應，溫度範圍為(wei) 800?1000°C。
[0021]步驟SM:將該脫硫後的蠕蟲狀石墨於(yu) 乙醇溶液中進行粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨，此時婦蟲狀石墨的平均長度為(wei) 0.3?1mm。
[0022]步驟S16:將該碎片態婦蟲狀石墨過水分層，以去除高比重雜質，此處所指的雜質可以是釩、鈦、鐵、鋁、鈣、硼等金屬，或過渡金屬及其氧化物與(yu) 氧化石墨烯等。過水分層的實施方式為(wei) 將碎片態蠕蟲狀石墨散浮於(yu) 水麵上，比重較高的雜質會(hui) 沉澱在底部。
[0023]步驟S18:將去除高比重雜質的碎片態蠕蟲狀石墨以10?30目篩網過篩並進一步瀝幹，其是利用離心脫水機以轉速每分鍾60?150轉進行離心脫水約I?5分鍾。
[0024]步驟S20:置於(yu) 烘箱加熱幹燥，幹燥溫度為(wei) 100?200°C。並將該幹燥後的碎片狀蠕蟲狀石墨進行粒徑尺寸篩選，以進一步除去在濕潤狀態下未除去的過小粒徑的碎片狀蠕蟲狀石墨。
[0025]步驟S22:最後，選擇所需的粒徑尺寸的碎片狀蠕蟲狀石墨來壓製成石墨紙，並且依所需的導熱需求來製作石墨紙的厚度。本發明的石墨紙的厚度範圍為(wei) 10?170微米，導熱值為(wei) 300?500W/m-K。而壓製過程的壓力範圍為(wei) 50?200Kg/cm2。
[0026]本發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碎片狀化，也就是將原本大尺度蠕蟲狀石墨截切為(wei) 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(yu) 扭轉的程度，使壓製過程後的碎片狀蠕蟲狀石墨間能夠呈現緊密接合，能夠有更高的密度，進而使得石墨紙在較薄的厚度下即可具有所需的強度。再者，因為(wei) 本發明所采用的蠕蟲狀石墨是呈現小尺度的碎片狀，所以石墨層間層與(yu) 層間的狀態也更為(wei) 顯著，可視為(wei) 宛如雲(yun) 母的片狀結構。本發明所製得的石墨紙密度範圍最佳為(wei) 1.8?2.lg/cm3，次佳1.5?1.7g/cm3，最低不低於(yu) 1.2g/cm3。
[0027]此外，因為(wei) 縮小了蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與(yu) 扭轉的程度，因此本發明所製得的石墨紙表麵較為(wei) 平坦縝密。現有的天然石墨紙表麵粗度(表麵起伏)為(wei) 0.8?1.2微米，本發明的石墨紙表麵粗度為(wei) 0.6?0.8微米，且本發明的石墨紙表麵孔洞的平均直徑為(wei) 0.5微米，截麵呈現出分層狀石墨片。
[0028]請一並參閱圖2a至圖2d，其依序為(wei) 既有的天然石墨片散熱材料SEM剖麵照片、既有的天然石墨片散熱材料SEM表麵照片、本發明的石墨紙SEM剖麵照片以及本發明的石墨紙SEM表麵照片。
[0029]由該些SEM剖麵照片可發現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，此乃因為(wei) 使用大尺度蠕蟲狀石墨在壓製成片狀時，因多個(ge) 彎曲與(yu) 扭轉相互糾結，因此無法呈現出層狀結構。反觀本發明的石墨紙是使用小尺度的蠕蟲狀石墨因此可明顯呈現出層狀結構。
[0030]由該些SEM表麵照片可發現天然石墨片散熱材料較本發明的石墨紙晶粒比較大，表麵甚至內(nei) 部具有較大的孔洞，而本發明的石墨紙表麵呈現較平坦縝密。
[0031]綜上所述，本發明的石墨紙及其製造方法可製備出厚度較薄、表麵起伏度小且縝密，而且硬度較高的石墨紙，應用時可裝設於(yu) 狹窄的電子組件剩餘(yu) 空間內(nei) ，達到良好的散熱較果。
[0032]以上所述僅(jin) 為(wei) 本發明的優(you) 選實施例，並非用來限定本發明實施的範圍，舉(ju) 凡依本發明權利要求所述的形狀、構造、特征及精神所為(wei) 的均等變化與(yu) 修飾，均應包括於(yu) 本發明的保護範圍內(nei) 。
【主權項】
1.一種石墨紙的製造方法，其包含有下列步驟: 步驟S1:將鱗片狀天然石墨進行膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨； 步驟S2:將該蠕蟲狀石墨進行脫硫反應； 步驟S3:將該脫硫後的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨；以及 步驟S4:將該碎片態婦蟲狀石墨壓製成石墨紙。
2.如權利要求1所述的石墨紙的製造方法，其中該步驟S3與(yu) 該步驟S4間，還包含有一清洗幹燥與(yu) 粒徑篩選步驟。
3.如權利要求2所述的石墨紙的製造方法，其中該清洗幹燥與(yu) 粒徑篩選步驟包含有: 將該碎片態蠕蟲狀石墨過水分層，以去除高比重雜質； 將該去除高比重雜質的碎片態蠕蟲狀石墨過篩瀝幹脫水； 將該過篩瀝幹脫水後的碎片狀蠕蟲狀石墨進行低溫幹燥；以及 將該幹燥後的碎片狀蠕蟲狀石墨進行粒徑篩選。
4.如權利要求1所述的石墨紙的製造方法，其中該步驟S3是於(yu) 一乙醇溶液中進行。
5.如權利要求1所述的石墨紙的製造方法，其中該步驟S2的溫度高於(yu) 步驟SI的溫度。
6.一種以權利要求1所述的石墨紙的製造方法所製得的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為(wei) 10?170微米，熱傳(chuan) 導係數為(wei) 300?500W/m-K。
7.一種石墨紙，其由平均長度為(wei) 0.3?Imm的碎片態蠕蟲狀石墨經壓製而成，該石墨紙表麵粗糙度為(wei) 0.8微米以下，該石墨紙的截麵呈現出分層狀石墨片。
8.如權利要求7所述的石墨紙，其中該石墨紙的密度範圍1.2g/cm 3以上，孔洞的平均直徑為(wei) 0.5微米。
9.如權利要求8所述的石墨紙，其中該石墨紙的密度範圍是介於(yu) 1.2g/cm3至2.lg/cm3之間。
10.如權利要求7所述的石墨紙，其中該石墨紙的厚度為(wei) 10?170微米，熱傳(chuan) 導係數為(wei) .300 ?500W/m-Ko
【專(zhuan) 利摘要】本發明公開一種石墨紙及其製造方法。本發明的石墨紙製造方法的步驟包含有先將鱗片狀天然石墨進行膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨，隨後，將蠕蟲狀石墨進行脫硫反應，接續，將脫硫後的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨，最後，將碎片態蠕蟲狀石墨進行壓製，以製得厚度較薄且表麵平坦縝密的石墨紙。