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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導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】
[0002]在科技的發展與消費市場的需求趨勢下，電子產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，但由于電子元件于運作時會產生大量的熱能，因此如何使電子產品在有限的元件體積下能夠具備良好的散熱效率，以確保電子產品的正常運作，進而延長產品的使用壽命，『散熱』便成為現今電子產品首要克服的關鍵問題。
[0003]目前通常是使用銅、鋁等熱傳導率高的金屬散熱器，將電子元件運作時所產生的熱能由表面導出，但和銅、鋁相比，石墨具有更低熱阻、重量輕，且熱傳導系數更高等獨特的性能優勢，因此石墨已被視為具有解決現今電子產品散熱問題的優良導熱材料。
[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加熱體積膨脹數百倍后成為所謂的低密度的蠕蟲狀石墨，接續隨即壓制而成板狀的石墨片。但這樣的制作方式下，因為蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與扭轉特性，導致天然石墨片散熱材料的表面甚至是內部存在有較大的孔洞，因此整體強度較低。再者，為維持天然石墨片的基本強度，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，因此逐漸無法符合電子元件朝輕薄化趨勢發展下時，僅剩的窄小散熱材料配置空間需求。
[0005]有鑒于此，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制造方法，以有效克服上述的問題。

【發明內容】

[0006]本發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點。
[0007]本發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于電子組件狹窄的剩余空間內，達到良好的散熱較果。
[0008]為了達到上述各目的與功效，本發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行膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨。隨后，將蠕蟲狀石墨進行脫硫反應。接續，將脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨。最后，將碎片態蠕蟲狀石墨壓制成石墨紙。
[0009]本發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，熱傳導系數為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出分層狀石墨片。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的一優選實施例的流程圖；
[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為本發明的石墨紙SEM剖面圖(照片)；
[0015]圖2d為本發明的石墨紙SEM表面圖(照片)。
【具體實施方式】
[0016]為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認識，謹佐以優選的實施例及配合詳細的說明，說明如后:
[0017]本發明提供一種石墨紙及其制造方法，以解決現今天然石墨片強度低、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。詳細方法步驟如下:
[0018]請參閱圖1，其為本發明的一優選實施例的流程圖。如圖所示，本發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于步驟SlO的膨脹反應，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氧化石墨烯等。過水分層的實施方式為將碎片態蠕蟲狀石墨散浮于水面上，比重較高的雜質會沉淀在底部。
[0023]步驟S18:將去除高比重雜質的碎片態蠕蟲狀石墨以10?30目篩網過篩并進一步瀝干，其是利用離心脫水機以轉速每分鐘60?150轉進行離心脫水約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，并且依所需的導熱需求來制作石墨紙的厚度。本發明的石墨紙的厚度范圍為10?170微米，導熱值為300?500W/m-K。而壓制過程的壓力范圍為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的程度，使壓制過程后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，所以石墨層間層與層間的狀態也更為顯著，可視為宛如云母的片狀結構。本發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，因為縮小了蠕蟲狀石墨所具有的彎曲與扭轉的程度，因此本發明所制得的石墨紙表面較為平坦縝密?，F有的天然石墨紙表面粗度(表面起伏)為0.8?1.2微米，本發明的石墨紙表面粗度為0.6?0.8微米，且本發明的石墨紙表面孔洞的平均直徑為0.5微米，截面呈現出分層狀石墨片。
[0028]請一并參閱圖2a至圖2d，其依序為既有的天然石墨片散熱材料SEM剖面照片、既有的天然石墨片散熱材料SEM表面照片、本發明的石墨紙SEM剖面照片以及本發明的石墨紙SEM表面照片。
[0029]由該些SEM剖面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，此乃因為使用大尺度蠕蟲狀石墨在壓制成片狀時，因多個彎曲與扭轉相互糾結，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表面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，表面甚至內部具有較大的孔洞，而本發明的石墨紙表面呈現較平坦縝密。
[0031]綜上所述，本發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，應用時可裝設于狹窄的電子組件剩余空間內，達到良好的散熱較果。
[0032]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非用來限定本發明實施的范圍，舉凡依本發明權利要求所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本發明的保護范圍內。
【主權項】
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:將該脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，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制成石墨紙。
2.如權利要求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干脫水； 將該過篩瀝干脫水后的碎片狀蠕蟲狀石墨進行低溫干燥；以及 將該干燥后的碎片狀蠕蟲狀石墨進行粒徑篩選。
4.如權利要求1所述的石墨紙的制造方法，其中該步驟S3是于一乙醇溶液中進行。
5.如權利要求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，熱傳導系數為300?500W/m-K。
7.一種石墨紙，其由平均長度為0.3?Imm的碎片態蠕蟲狀石墨經壓制而成，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范圍1.2g/cm 3以上，孔洞的平均直徑為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范圍是介于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10?170微米，熱傳導系數為.300 ?500W/m-Ko
【專利摘要】本發明公開一種石墨紙及其制造方法。本發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行膨脹反應，以得到蠕蟲狀石墨，隨后，將蠕蟲狀石墨進行脫硫反應，接續，將脫硫后的蠕蟲狀石墨粉碎，形成碎片態蠕蟲狀石墨，最后，將碎片態蠕蟲狀石墨進行壓制，以制得厚度較薄且表面平坦縝密的石墨紙。