一种人工石墨膜卷材的生产冶具及利用其生产人工石墨膜卷材的工艺

摘要

本发明公开了一种人工石墨膜卷材的生产冶具，由第一圆筒和第二圆筒组成，二者所围成的内腔形成容置腔；第一圆筒与第二圆筒端面上分别设置有带限位螺母的底板，第一圆筒及其底板、第二圆筒分别设置通气圆孔，第一圆筒上设置限位梢，第二圆筒上设置限位缺口。本发明还公开了利用上述冶具生产人工石墨膜卷材的工艺，其包括1)将聚酰亚胺薄膜卷绕于容置腔内；卷材剪裁一长方孔并置于限位梢内；2)将冶具送入碳化炉中处理得到碳膜卷材；3)将卷材通过限位缺口伸出至冶具外圈，再送入石墨化炉中处理得到石墨膜卷材；4)开卷收料；5)压延处理。本发明生产冶具的容置腔可充分利用，结合辅助结构，利用其烧制人工石墨膜可大幅度减少表观明显缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于石墨膜制备技术领域，具体涉及一种人工石墨膜卷材的生产冶具及利用其生产人工石墨膜卷材的工艺。

背景技术

高导热人工石墨膜具有优良的导热、导电性能，常用于电脑、手机等各种电子设备中装载的半导体元件或者其他发热部件的散热部件，在微电子封装和集成领域的热管理上具有非常广阔的应用前景。在高导热人工石墨膜制备过程中，需将聚酰亚胺薄膜装入生产冶具中进行碳化和石墨化工序。目前，高导热人工石墨膜的制造方法主要有两种，一种为高导热人工石墨膜片材的制造方法，将聚酰亚胺薄膜片材夹于石墨纸之间，依次叠放于烧结工装冶具中进行碳化石墨化烧制。此种制造方式空间利用率低，产能受到极大影响。另外不同位置的聚酰亚胺薄膜片材受力有较大差异，致使石墨膜发泡厚度不均，从而影响产品性能。另一种为高导热人工石墨膜卷材的制造方法，将聚酰亚胺薄膜分切成一定宽度和长度的聚酰亚胺卷材，随后卷绕于生产冶具的石墨圆筒上进行碳化石墨化烧制。由于此种制造方法克服了片材烧制的缺点，生产企业已逐步转用高导热人工石墨膜卷材的制造方法。然而从目前聚酰亚胺卷材在生产冶具中的装配方式上看，仍存在一定的不足。聚酰亚胺卷材在生产冶具的容置腔内碳化石墨化膨胀，极易受到容置腔容积限制而发生折叠现象，造成高导热人工石墨膜表观不平整等问题。若减少聚酰亚胺卷材的长度，可解决此类问题，但会存在空间利用率不足，降低生产产能的问题。因此设计一种可充分利用容置腔容积，同时烧制高导热人工石墨膜无表观明显缺陷的生产冶具是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种人工石墨膜卷材的生产冶具。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明一方面提供了一种人工石墨膜卷材的生产冶具，所述生产冶具由第一圆筒和第二圆筒组成，第二圆筒套在第一圆筒外围，第一圆筒和第二圆筒所围成的内腔形成人工石墨膜卷材容置腔；

第一圆筒其中一端面上设置有带限位螺母I的底板，第一圆筒筒体的径向方向上设置若干个均匀分布的通气圆孔I，第一圆筒的底板上设置若干个均匀分布的通气圆孔II，第一圆筒筒体径向方向上设置一排均匀分布的向外凸起的限位梢；

第二圆筒其中一端面上设置有带限位螺母II的底板，第二圆筒筒体的径向方向上设置若干个均匀分布的通气圆孔III，第二圆筒径向方向上设置限位缺口；

还包括与限位螺母I、限位螺母II均相匹配的限位螺栓，通过限位螺栓的两端分别与限位螺母I、限位螺母II相结合，进而将第一圆筒和第二圆筒连接，限制第一圆筒和第二圆筒的横向活动距离。

进一步地，通气圆孔I与通气圆孔III均设置为4-8排，其直径均为2-5mm。

进一步地，通气圆孔II的数量为4-8，其直径为2-10mm。

进一步地，限位梢的数量为2-4个，其长度为5-10mm。

进一步地，限位缺口的宽度为2-5mm。

本发明另一方面提供了一种利用石墨膜卷材冶具生产人工石墨膜卷材的工艺，包括如下步骤：

1)卷材装配：将聚酰亚胺薄膜卷绕于第一圆筒和第二圆筒所围成的容置腔内，空隙率为40％-90％；聚酰亚胺薄膜卷材贴近第一圆筒的一端剪裁一长方孔并置于第一圆筒限位梢内。

2)碳化：将步骤1)所述卷绕聚酰亚胺薄膜的冶具送入碳化炉中进行碳化处理。在炉腔真空度1-50Pa条件下按如下程序控温进行碳化：以1～6℃/min的升温速率升至480～500℃，保温0.5～1h；以0.5～2℃/min的升温速率升至600～700℃，保温0.5～1h；以0.5～4℃/min的升温速率升至1000～1400℃，保温0.5～1h。冷却降至室温得到碳膜卷材。

3)石墨化：将步骤2)制得的碳膜卷材贴近第二圆筒的一端通过第二圆筒限位缺口伸出至冶具外圈；将卷绕碳膜的冶具送入石墨化炉中进行石墨化处理；在流动氩气保护条件下按如下程序控温进行石墨化：20℃/min的升温速率升至1000℃；4～6℃/min的升温速率升至1800～2000℃，保温0.5～1h；3～5℃/min的升温速率升至2700～2850℃，保温0.5～1h。冷却降至室温得到石墨膜卷材。

4)开卷收料。

5)压延处理。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

(1)本发明生产冶具的容置腔由第一圆筒和第二圆筒所围成，其可充分利用，同时通过限位梢、通气圆孔、限位缺口等辅助结构设置，利用其烧制人工石墨膜可大幅度减少表观明显缺陷。

(2)本发明通过第一圆筒限位梢，限制卷材内圈端的膨胀或收缩引起的横向移动；

通过第二圆筒限位缺口，给予卷材外圈端的膨胀足够横向移动空间；通气圆孔的设置，利于聚酰亚胺卷材的分解排气。

(3)采用本发明的生产冶具制备人工石墨膜卷材，工艺极其简单，易于操作，成本低廉，适合于工业大规模生产。

附图说明

图1为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的剖视图。

图2为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的俯视图。

图3为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第一圆筒主视示意图。

图4为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第一圆筒俯视示意图。

图5为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第二圆筒主视示意图。

图6为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第二圆筒俯视示意图。

图示说明：：100-第一圆筒；101-限位螺母I；102-通气圆孔I；103-通气圆孔II；104-限位梢；105-限位螺栓；200-第二圆筒；201-限位螺母II；202-通气圆孔III；203-限位缺口。

在本发明的描述中，术语“径向”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体地连接；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步地说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图6所示，图1为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的剖视图。图2为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的俯视图。图3为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第一圆筒主视示意图。图4为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第一圆筒俯视示意图。图5为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第二圆筒主视示意图。图6为本发明人工石墨膜卷材生产冶具的第二圆筒俯视示意图。

一种人工石墨膜卷材的生产冶具，其由第一圆筒100和第二圆筒200组成，第二圆筒200套在第一圆筒100外围，第一圆筒100和第二圆筒200所围成的内腔形成人工石墨膜卷材容置腔。

第一圆筒100其中一端面上设置有带限位螺母I 101的底板，第一圆筒100筒体的径向方向上设置4-8排直径为2-5mm的均匀分布的通气圆孔I 102，第一圆筒100的底板上设置4-8个直径为2-10mm的均匀分布的通气圆孔II 103，第一圆筒100筒体径向方向上设置一排2-4个长5-10mm的向外凸起、均匀分布的限位梢104。

第二圆筒200其中一端面上设置有带限位螺母II 201的底板，第二圆筒200筒体的径向方向上设置4-8排直径为2-5mm的均匀分布的通气圆孔III202，第二圆筒200径向方向上设置宽2-5mm的限位缺口203。

在具体实施中，当第二圆筒200套在第一圆筒100外围时，限位螺母I 101与限位螺母II 201位置相对应，二者形成贯通的紧固孔。

本发明还设有与限位螺母I 101、限位螺母II 201均相匹配的限位螺栓105，通过限位螺栓105的两端分别与限位螺母I 101、限位螺母II 201相结合，即限位螺栓105插入紧固孔并旋紧固定，进而将第一圆筒100和第二圆筒200各自的底板固定连接，使得第一圆筒100和第二圆筒200紧固相连，限制第一圆筒100和第二圆筒200的横向活动距离。

一种利用上述生产冶具生产人工石墨膜卷材的工艺，包括如下步骤：

1)卷材装配：将聚酰亚胺薄膜卷绕于第一圆筒100和第二圆筒200所围成的容置腔内，空隙率为50％；聚酰亚胺薄膜卷材贴近第一圆筒100的一端剪裁一长方孔并置于第一圆筒100限位梢104内。

2)碳化：将步骤1)所述卷绕聚酰亚胺薄膜的冶具送入碳化炉中进行碳化处理。在炉腔真空度1-50Pa条件下按如下程序控温进行碳化：以5℃/min的升温速率升至500℃，保温0.5h；以1℃/min的升温速率升至650℃，保温1h；以3℃/min的升温速率升至1200℃，保温0.5h。冷却降至室温得到碳膜卷材。

3)石墨化：将步骤2)制得的碳膜卷材贴近第二圆筒200的一端通过第二圆筒200限位缺口伸出至冶具外圈。将卷绕碳膜的冶具送入石墨化炉中进行石墨化处理。在流动氩气保护条件下按如下程序控温进行石墨化：20℃/min的升温速率升至1000℃；6℃/min的升温速率升至2000℃，保温0.5h；3℃/min的升温速率升至2800℃，保温0.5h。冷却降至室温得到石墨膜卷材。

4)开卷收料。

5)压延处理。

采用本发明人工石墨膜的生产冶具及利用其生产人工石墨膜卷材的工艺，石墨膜卷材生产良率达到95％，无表观明显缺陷。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。