石墨纸及其制造方法.pdf

本发明公开一种石墨纸及其制造方法。本发明的石墨纸制造方法的步骤包含有先将鳞片状天然石墨进行膨胀反应，以得到蠕虫状石墨，随后，将蠕虫状石墨进行脱硫反应，接续，将脱硫后的蠕虫状石墨粉碎，形成碎片态蠕虫状石墨，最后，将碎片态蠕虫状石墨进行压制，以制得厚度较薄且表面平坦缜密的石墨纸。

1.  一种石墨纸的制造方法，其包含有下列步骤:
步骤S1：将鳞片状天然石墨进行膨胀反应，以得到蠕虫状石墨；
步骤S2：将该蠕虫状石墨进行脱硫反应；
步骤S3:将该脱硫后的蠕虫状石墨粉碎，形成碎片态蠕虫状石墨；以及
步骤S4:将该碎片态蠕虫状石墨压制成石墨纸。

2.  如权利要求1所述的石墨纸的制造方法，其中该步骤S3与该步骤S4间，还包含有一清洗干燥与粒径筛选步骤。

3.  如权利要求2所述的石墨纸的制造方法，其中该清洗干燥与粒径筛选步骤包含有:
将该碎片态蠕虫状石墨过水分层，以去除高比重杂质；
将该去除高比重杂质的碎片态蠕虫状石墨过筛沥干脱水；
将该过筛沥干脱水后的碎片状蠕虫状石墨进行低温干燥；以及
将该干燥后的碎片状蠕虫状石墨进行粒径筛选。

4.  如权利要求1所述的石墨纸的制造方法，其中该步骤S3是于一乙醇溶液中进行。

5.  如权利要求1所述的石墨纸的制造方法，其中该步骤S2的温度高于步骤S1的温度。

6.  一种以权利要求1所述的石墨纸的制造方法所制得的石墨纸，其中该石墨纸的厚度为10～170微米，热传导系数为300～500W/m-K。

7.  一种石墨纸，其由平均长度为0.3～1mm的碎片态蠕虫状石墨经压制而成，该石墨纸表面粗糙度为0.8微米以下，该石墨纸的截面呈现出分层状石墨片。

8.  如权利要求7所述的石墨纸，其中该石墨纸的密度范围1.2g/cm³以上，孔洞的平均直径为0.5微米。

9.  如权利要求8所述的石墨纸，其中该石墨纸的密度范围是介于1.2g/cm³至2.1g/cm³之间。

10.  如权利要求7所述的石墨纸，其中该石墨纸的厚度为10～170微米，热传导系数为300～500W/m-K。

石墨纸及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种导热材料及其制造方法，尤其是涉及一种石墨纸及其制造方法。
背景技术
在科技的发展与消费市场的需求趋势下，电子产品不断地往高性能化、高速度化及轻薄短小的方向发展。这使得电子元件的密度相对增加，但由于电子元件于运作时会产生大量的热能，因此如何使电子产品在有限的元件体积下能够具备良好的散热效率，以确保电子产品的正常运作，进而延长产品的使用寿命，『散热』便成为现今电子产品首要克服的关键问题。
目前通常是使用铜、铝等热传导率高的金属散热器，将电子元件运作时所产生的热能由表面导出，但和铜、铝相比，石墨具有更低热阻、重量轻，且热传导系数更高等独特的性能优势，因此石墨已被视为具有解决现今电子产品散热问题的优良导热材料。
在石墨片散热材料中，天然石墨是制作成本较低，且也较为广泛使用的一类。目前天然石墨片散热材料的制作方式是由鳞片状石墨经加热体积膨胀数百倍后成为所谓的低密度的蠕虫状石墨，接续随即压制而成板状的石墨片。但这样的制作方式下，因为蠕虫状石墨所具有的弯曲与扭转特性，导致天然石墨片散热材料的表面甚至是内部存在有较大的孔洞，因此整体强度较低。再者，为维持天然石墨片的基本强度，以承受外力冲击，天然石墨片的厚度往往需维持在一特定的较厚的状态，因此逐渐无法符合电子元件朝轻薄化趋势发展下时，仅剩的窄小散热材料配置空间需求。
有鉴于此，本发明针对上述现有技术的缺失，提出一种崭新的石墨纸及其制造方法，以有效克服上述的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种石墨纸及其制造方法，其所制得的石墨纸 兼具厚度较薄、表面平坦且致密与硬度较高的优点。
本发明的另一目的是提供一种石墨纸及其制造方法，其所制得的石墨纸可装设于电子组件狭窄的剩余空间内，达到良好的散热较果。
为了达到上述各目的与功效，本发明揭示了一种石墨纸的制造方法，其步骤包含有先将鳞片状天然石墨进行膨胀反应，以得到蠕虫状石墨。随后，将蠕虫状石墨进行脱硫反应。接续，将脱硫后的蠕虫状石墨粉碎，形成碎片态蠕虫状石墨。最后，将碎片态蠕虫状石墨压制成石墨纸。
本发明更揭示了一种利用上述的制造方法所制得的石墨纸，其中该石墨纸的厚度为10～170微米，热传导系数为300～500W/m-K。
本发明还教示了一种石墨纸，其由碎片态蠕虫状石墨经压制而成，该石墨纸表面起伏值范围最佳为0.6～0.8微米，该石墨纸的密度范围最佳为1.8～2.1g/cm³，次佳1.5～1.7g/cm³，最低不低于1.2g/cm³，孔洞的平均直径为0.5微米，该石墨纸的截面呈现出分层状石墨片。
附图说明
图1为本发明的一优选实施例的流程图；
图2a为既有的天然石墨片散热材料SEM剖面图(照片)；
图2b为既有的天然石墨片散热材料SEM表面图(照片)；
图2c为本发明的石墨纸SEM剖面图(照片)；
图2d为本发明的石墨纸SEM表面图(照片)。
具体实施方式
为使贵审查委员对本发明的特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以优选的实施例及配合详细的说明，说明如后：
本发明提供一种石墨纸及其制造方法，以解决现今天然石墨片强度低、厚度较厚与表面起伏度高，以及无法符合目前电子元件需求趋势的问题。详细方法步骤如下:
请参阅图1，其为本发明的一优选实施例的流程图。如图所示，本发明的石墨纸的制造方法包含如下步骤:
步骤S10:将鳞片状天然石墨进行300～500℃高温膨胀反应，以得到蠕虫状石墨，此时蠕虫状石墨的平均长度为3～8mm。
步骤S12:将该蠕虫状石墨进行脱硫反应，此脱硫反应的操作温度高于步骤S10的膨胀反应，温度范围为800～1000℃。
步骤S14:将该脱硫后的蠕虫状石墨于乙醇溶液中进行粉碎，形成碎片态蠕虫状石墨，此时蠕虫状石墨的平均长度为0.3～1mm。
步骤S16:将该碎片态蠕虫状石墨过水分层，以去除高比重杂质，此处所指的杂质可以是钒、钛、铁、铝、钙、硼等金属，或过渡金属及其氧化物与氧化石墨烯等。过水分层的实施方式为将碎片态蠕虫状石墨散浮于水面上，比重较高的杂质会沉淀在底部。
步骤S18:将去除高比重杂质的碎片态蠕虫状石墨以10～30目筛网过筛并进一步沥干，其是利用离心脱水机以转速每分钟60～150转进行离心脱水约1～5分钟。
步骤S20：置于烘箱加热干燥，干燥温度为100～200℃。并将该干燥后的碎片状蠕虫状石墨进行粒径尺寸筛选，以进一步除去在湿润状态下未除去的过小粒径的碎片状蠕虫状石墨。
步骤S22：最后，选择所需的粒径尺寸的碎片状蠕虫状石墨来压制成石墨纸，并且依所需的导热需求来制作石墨纸的厚度。本发明的石墨纸的厚度范围为10～170微米，导热值为300～500W/m-K。而压制过程的压力范围为50～200Kg/cm²。
本发明所采用的方式是将大尺度蠕虫状石墨通过粉碎过程使其呈现碎片状化，也就是将原本大尺度蠕虫状石墨截切为小尺度，由此缩小每单一大尺度蠕虫状石墨所具有的弯曲与扭转的程度，使压制过程后的碎片状蠕虫状石墨间能够呈现紧密接合，能够有更高的密度，进而使得石墨纸在较薄的厚度下即可具有所需的强度。再者，因为本发明所采用的蠕虫状石墨是呈现小尺度的碎片状，所以石墨层间层与层间的状态也更为显著，可视为宛如云母的片状结构。本发明所制得的石墨纸密度范围最佳为1.8～2.1g/cm³，次佳1.5～1.7g/cm³，最低不低于1.2g/cm³。
此外，因为缩小了蠕虫状石墨所具有的弯曲与扭转的程度，因此本发明所制得的石墨纸表面较为平坦缜密。现有的天然石墨纸表面粗度(表面起伏)为0.8～1.2微米，本发明的石墨纸表面粗度为0.6～0.8微米，且本发明的石墨纸表面孔洞的平均直径为0.5微米，截面呈现出分层状石墨片。
请一并参阅图2a至图2d，其依序为既有的天然石墨片散热材料SEM剖 面照片、既有的天然石墨片散热材料SEM表面照片、本发明的石墨纸SEM剖面照片以及本发明的石墨纸SEM表面照片。
由该些SEM剖面照片可发现天然石墨片散热材料的部分石墨层是以近乎垂直石墨片的方向存在，此乃因为使用大尺度蠕虫状石墨在压制成片状时，因多个弯曲与扭转相互纠结，因此无法呈现出层状结构。反观本发明的石墨纸是使用小尺度的蠕虫状石墨因此可明显呈现出层状结构。
由该些SEM表面照片可发现天然石墨片散热材料较本发明的石墨纸晶粒比较大，表面甚至内部具有较大的孔洞，而本发明的石墨纸表面呈现较平坦缜密。
综上所述，本发明的石墨纸及其制造方法可制备出厚度较薄、表面起伏度小且缜密，而且硬度较高的石墨纸，应用时可装设于狭窄的电子组件剩余空间内，达到良好的散热较果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明实施的范围，举凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的保护范围内。