一种高导热石墨材料的制作方法技术领域
本发明涉及一种高导热石墨材料的制作方法，确切的说，采用本发明的制备方法
具有添加元素利用率高、效果好的优点。制作的高导热石墨材料具有高的性价比。
技术背景
石墨材料是由石墨晶体组成的宏观块体材料，是由许多不同结晶度、尺寸的石墨
晶体堆叠而成的材料。石墨晶体是由碳六元环组成的平面结构平行排列的层状结构，这种
特殊结构使得石墨在层面方向具有很高的导热系数，完美的石墨晶体层面导热系数在
2000W/m.K以上，远高于常规金属铜的导热系数(400W/m.K)。由于人造石墨的石墨晶体尺寸
有限，结晶度距完美石墨晶体有一定差距，所以人造石墨材料的导热系数一般在100W/m.K
以内。近年来，人们开始制造导热更好的石墨材料，这些石墨的制造更注重其导热性能。由
于高导热石墨密度只是铜的1/4-1/5，对散热材料的轻量化、电子产品的便携具有很大的吸
引力。
高导热石墨有多种方法制备，在专利(申请号200910074263.6)“一种制备高导热
石墨材料的方法”中，以天然石墨和煤沥青为原料，经常规方法制备了高导热石墨。为了提
高石墨的强度和导热系数，常常采用掺杂某些非碳元素的方法，这些元素在高导热石墨的
制备中起着增强或催化石墨化的作用，如在专利“一种高导热炭/陶复合材料的制备方法”
(申请号200610102224.9)中，通过添加硅和钛使高导热石墨的强度和导热系数有所提高。
在掺杂的方法中，掺杂元素是以单质或者化合物的形态进入石墨，以往所使用的
物质是微米级的固体粉末。这样的掺杂方法存在两个缺点：(1)掺杂元素在石墨后期制作中
是以初始粉末为中心与石墨的碳原子作用，掺杂元素并不是与所有碳原子作用，导致整体
石墨性能提高有限；(2)与碳原子作用的主要是固体粉末表面的元素，而固体粉末中心的元
素没有发挥效用，掺杂元素利用率不高。为了克服这种缺点，王俊山等人在文章“精细分散
含锆碳基复合材料及其烧蚀表面形貌”，(宇航材料工艺，2007，1，23-27)中采用含纳米颗粒
的沥青作为粘结剂使最终石墨材料中的锆元素分散很均匀，表明通过纳米颗粒的掺杂方法
是改善掺杂效果的一个有效途径。由于纳米颗粒的粒度只有微米颗粒的百分之一到干分之
一之间，所以纳米掺杂工艺得到的材料更为均匀，而且掺杂元素比较充分的起到预期的作
用，也就是说纳米掺杂工艺需要的掺杂量更少，可以降低原材料成本。
钛元素是一个可以使掺杂石墨导热系数提高的常用元素，以往向石墨中引入钛元
素是金属钛、钛的氧化物或者碳化物，这些物质都是微米级粉末，存在着前述的缺点。本专
利就是针对该缺点进行的，是采用含有纳米氧化钛的沥青作为粘结剂，经热压或常规石墨
的制作工艺制备高导热石墨材料。
发明内容
石墨的常规制造方法是以沥青作为粘结剂和浸渍剂，和骨料(天然石墨粉或者焦
粉)混合后经成型-焙烧(碳化)-石墨化工艺制成。掺杂石墨是在成型前将掺杂元素单质或
者化合物粉末与粘结剂、骨料混合，然后经过上述工艺制成石墨。目前高导热掺杂石墨的生
产是采用微米级粉末，掺杂元素的利用率不高，石墨均匀性不是很高，工艺有待提高。
本专利发明人在专利“一种含钛沥青及其制备方法”(申请号201610511953.3)中，
采用氯化钛与沥青反应制成含钛沥青，钛在沥青中以氧化钛纳米颗粒的形式存在的。本发
明就是采用该方法制备的含钛沥青为粘结剂制备高导热石墨材料，其中含钛沥青是作为掺
杂元素的携带体。
本发明高导热掺杂石墨的具体制备过程如下：
以软化点80-120℃软化点、含钛元素1-7％的沥青为粘结剂，天然石墨或焦粉为骨
料，以沥青∶骨料质量比＝10∶90～20∶80质量比混合，经热压或者模压成型-焙烧(碳化)-石
墨化工艺制成掺杂高导热石墨。
上述过程中所述的钛元素的含量是通过沥青中氧化钛含量按照元素质量比折算
的。
上述过程中所述的焦粉是指石油焦或沥青焦。
上述过程所述的焙烧是在800-1000℃下进行的，石墨化是在2500-2800℃下完成
的，焙烧是在贫氧气氛中进行的，石墨化是在无氧气氛中进行的。
上述过程中所述的热压是指将粘结剂和骨料的混合物置于石墨模具中，在一定压
力下通过对模具和物料直接通电加热制备石墨的方法。
所制成的高导热石墨的性能：
密度＞1.9g/cm3，抗弯强度＞25MPa，导热系数＞400W/m.K。
本发明的优点：
采用粘结剂沥青携带纳米颗粒的掺杂元素化合物，可以提高掺杂元素的分布均匀
性和利用率，制备的高导热石墨结构均匀、性能好。
具体实施方式：
实施例1
以软化点80℃、含钛元素1％的沥青为粘结剂，石油焦焦粉为骨料，按照10∶90的比
例混合，经模压成型后于800℃焙烧碳化，然后在2800℃下石墨化。得到密度1.95g/cm3，弯
曲强度26.5MPa，导热系数447W/m.K的石墨。
实施例2
以软化点92℃、含钛元素3.1％的沥青为粘结剂，沥青焦焦粉为骨料，按照12∶88的
比例混合，经模压成型后于800℃焙烧碳化，然后在2500℃下石墨化。得到密度1.91g/cm3，
弯曲强度25.1MPa，导热系数402W/m.K的石墨。
实施例3
以软化点101℃、含钛元素3.6％的沥青为粘结剂，天然石墨为骨料，按照13.5∶
86.5的比例混合，经模压成型后于1000℃焙烧碳化，然后在2700℃下石墨化。得到密度
2.01g/cm3，弯曲强度27.9MPa，导热系数467W/m.K的石墨。
实施例4
以软化点113℃、含钛元素4.9％的沥青为粘结剂，天然石墨为骨料，按照15∶85的
比例混合，经模压成型后于800℃焙烧碳化，然后在2800℃下石墨化。得到密度2.05g/cm3，
弯曲强度28.3MPa，导热系数482W/m.K的石墨。
实施例5
以软化点113℃、含钛元素4.9％的沥青为粘结剂，天然石墨为骨料，按照15∶85的
比例混合，放入石墨模具后热压。热压过程为：在100MPa下以5℃/分的速度升温至800℃，然
后以15℃/分的速度升温至2800℃。得到密度2.25g/cm3，弯曲强度34.6MPa，导热系数551W/
m.K的石墨。
实施例6
以软化点120℃、含钛元素6.9％的沥青为粘结剂，天然石墨为骨料，按照20∶80的
比例混合，经模压成型后于800℃焙烧碳化，然后在2800℃下石墨化。得到密度1.96g/cm3，
弯曲强度27.1MPa，导热系数423W/m.K的石墨。