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新型高效导热石墨材料

【技术开发单位】中国科学院山西煤炭化学研究所

  【技术简介】半导体照明成为(LED)的光源作为绿色、节能、省电、长寿命无碳排放的照明光源,已经成为成为世界广为关注的焦点,而要实现LED的高效和长寿命工作,其内部的散热材料性能是否优异是至关重要的。通常其伺服系统这些电子器件上所用的热控器件一般采用铝、铜或合金等金属材料,但是,该类材料不仅导热率低,而且质量重、热膨胀系数大等,极大地限制其作为电子器件封装散热材料的使用。与上述材料相比,炭基高导热块体石墨材料的研发成功为高功率电子器件散热问题的解决提供了最有效的途径。由于该类材料质量轻(仅为传统金属导热材料的1/2~1/5),导热率高,热膨胀系数小,在前述需散热的器件上取代传统金属材料,不仅有利于电子器件的小型化微型化和高功率密度化,而且可以有效地减轻产品重量,因此,开展该类新材料的产业化开发,不仅有助于促进我国LED电子工业的发展,而且具有很大的社会经济意义。
  经多年研究,针对高导热块体石墨材料的研究和开发,山西煤化所目前已经实现:
  (1)制备的高导热石墨材料其热导系数达到400W/m.K以上,在同类材料中,国内外尚未见报道,处于国际领先水平;
  (2)掌握大尺寸高导热石墨材料的合成工艺,目前可稳定制备350´200´150mm的高导热石墨产品,且建立了2吨/年的高导热石墨材料生产线,具有能够向用户提供一定批量的能力。

  【技术特点】高导热石墨的导热系数主要取决于材料的石墨化程度、石墨微晶的大小和择优取向排列。本项目采用天然鳞片石墨为主要填料,主要是考虑天然石墨自身的结晶程度好,原料来源丰富,热处理过程中结构稳定采用高温热压工艺成型;此外利用特殊热压成型和高温烧结工艺来实现材料制备,使材料内部石墨微晶沿与压力垂直方向取向程度较高,从而获得高导热石墨材料。
  产品导热率达到400W/mK,接近目前用金属铜材料;实现大了规格生产,产品可以按不同的技术需求加工制成封装散热材料;热膨胀系数低,仅为3´10-6,仅为铜热膨胀系数的1/6;耐环境性能好,耐腐蚀,长期工作性能稳定性好。

  【技术指标】
  体积密度1.85~1.90g/cm3
  热导率:XY方向370~400W/m.K,Z方向80~100W/m.K;
  抗压强度15~20MPa;
  尺寸可根据要求进行生产制作。

  【技术水平】国际领先

  【可应用领域和范围】LED用芯片材料、工业装置用换热器等。

  【专利状态】已获得专利2项

  【技术状态】小批量生产阶段

  【合作方式】技术转让、合作开发、技术服务

  【投入需求】2800万元

  【转化周期】2~3年

  【预期效益】研制的高导热石墨材料,已应用于高功率密度电子器件(如LED照明行业)的封装试验,并获得极大成功。该材料的导热率是目前通用合金铝导热材料2倍以上,且具有重量轻、耐腐蚀和氧化特性等特性,为散热领域提供了一种新型高效散热候选材料。
  高导热块体石墨材料采用的原料是工业的低价值产品(如天然鳞片石墨粉和煤焦油沥青),产品附加值高。该产品的制备工艺流程与一般石墨材料接近,每公斤售价达数百元以上,而普通石墨制品的售价目前仅为数十元每公斤,经济效益和社会效益十分显著。

  【联系方式】刘占军 
0351-4083952/13834694651