石墨制品的制作方法

石墨制品的制作方法

石墨制品的制作方法
【专利说明】石墨制品
[0001 ]本申请要求2013年11月5日提交的第61/899，998号美国临时申请的优先权。特此根据至少美国法典第35篇第365条要求上述申请的优先权益。
[0002]本文所述的制品大体上涉及石墨制品的领域，具体地说涉及可用于热管理系统的石墨制品的领域。
技术背景
[0003]石墨制品已在各种装置的热管理中使用。石墨的这些现有用途包括在z方向上远离热源消散热量或者在χ-y方向上远离热源上显示的热点传播热量。
[0004]就在z方向上消散热量而言，常规认知为使热源与热消散元件之间的距离最小化。这通过使石墨制品厚度最小化并根据常规认知由此使制品的通体热阻抗最小化来实现。
[0005]简述
[0006]本文所包括的一个实施方案为一种石墨制品，所述石墨制品可在10KPa或更小的接触压力下被压缩超过百分之三(3%)而不会损坏所述石墨制品，从而减小所述制品所展示的热阻抗。
[0007]另一个实施方案包括一种包含石墨化聚合物的石墨制品，所述石墨制品具有至少50微米的厚度。优选地，所述石墨具有小于1.50g/cc的密度和在10KPa的接触压力下超过3%的压缩率。所述制品还具有大致片状的形状。
[0008]应了解，以上简述与以下详述二者均提供本公开的实施方案并且意图提供对所要求保护的本发明的性质和特征的理解的综述或框架。
【附图说明】
[0009]图1为本文所述的制品的顶视图。
[0010]图2为沿着图1的线A-A的沿箭头B旋转的横截面视图。
[0011]图3为图2的替代实施方案的沿着图1的线A-A的沿箭头B旋转的横截面视图。
[0012]图4为本文所述的另一个制品的侧视图。
[0013]图5_5(c)为包括本文所公开的石墨制品的热管理系统的不同实施方案的示意图。
[0014]图6为包括石墨制品的热管理系统的另一个实施方案的示意图。
[0015]详述
[0016]本文所公开的制品包括大致为片状形状的石墨制品。所述制品包含石墨化聚合物，其厚度为至少50微米、优选地至少75微米。制品的厚度范围可高达300微米。任选的示例性厚度可包括至少75微米、至少100微米、至少150微米、至少200微米、至少250微米或任何其他所需厚度。石墨的密度通常小于1.50g/cc ο对于所述制品的任何给定实施方案，根据最终应用需要，密度范围可为小于1.25g/cc至约0.3g/cc。应理解，这些范围端点之间的所有密度均为本文所公开的并且为可能的。示例性密度包括小于0.4g/cc、小于0.5g/cc、小于0.6g/cc、小于0.7g/cc、小于0.85g/cc、小于1.0g/cc和小于1.25g/cc。
[0017]所述制品具有在10KPa的接触压力下超过3%的压缩率。给定实施方案的示例性压缩率范围可为超过3%至高达75%。压缩率的具体实例包括超过5%、超过10%、超过20%、超过25%、超过30%和高达65%。为提供压缩率数值的含义的非限制性实例，如果压缩的厚度为原始厚度的35%，则所述制品展示65%的压缩率。
[0018]所述制品的压缩率的测试不限于任何特定的方法或装置。可用于测试压缩率的示例性装置包括Greening型号1140压缩率测试机和Test Machine Inc.( “TMI”)压缩试验机型号17-76或17-77。这种厚度减小可以是制品未破裂或无其他破坏情况下的永久性厚度减小。在通过测量制品厚度变化来测量压缩率的情况下，可使用Mahr Extreme厚度测试仪。
[0019]任选地，所述制品可包含一种或多种掺杂物。一种这样的掺杂物可以是导电聚合物，另一种掺杂物可包括EMI调节剂。EMI掺杂物的实例包括镍、铜、μ磁性合金(mu-metal)及其组合。μ磁性合金为具有高磁导率的镍-铁合金。导电聚合物也可具有在制品表面上润湿的有益特性。所述聚合物的非限制性实例可包括油或填充有导电材料的聚合物。其他掺杂物包括相变材料或介电材料。在制品包含油、油脂或相变材料(非限制性实例为蜡)的情况下，优选的是所述制品包含足够量的油、油脂或相变材料以减小所述制品在作为一个或多个热源与热消散元件之间的热界面的应用中所展示的接触阻抗。掺杂物可以是液体、颗粒、粉末或细丝的形式。非限制性示例性实施方案在于所述制品包含至少5重量％的掺杂物。当所述制品包含掺杂物时，构成所述制品的石墨的一个或多个表面可包括穿孔、凹口、切口及其组合。这可称为间隔。优选地，所述间隔被设定尺寸、形状和位置以辅助在石墨中机械夹杂掺杂物。间隔的功能的实例包括它们可用于以掺杂物浸渍整个制品或者两个间隔将掺杂物定位在制品的一个或多个表面上。在图4中不出制品10，其具有在制品10的主表面24上的多个切口 22。如所示的，切口具有大致燕尾形的构型。本文所涵盖的切口不限于任何特定的取向。
[0020]再次当用于热界面应用时，所述制品可展示出在至少200KPa的接触压力下小于0.019°C/W的热阻率。合适的热阻率的实例包括小于0.015°C/W、小于0.010°C/W和小于0.08°C/W，如在符合ASTM D5470标准测试方法的要求的装置上测量的。
[0021]在至少700KPa的接触压力下，石墨制品展示出不超过0.25cm2°C/W、优选不超过
0.20cm2°C/W的总热阻抗。总热阻抗为制品所展示的接触阻抗和通体阻抗的量度。
[0022]在另一个实施方案中，随着接触压力从10KPa增加至700KPa，石墨制品所展示的总热阻抗减少因数为至少6、优选至少7、甚至更优选至少8。
[0023]上述石墨制品的另一个优点为施加于制品上的接触压力可增加制品的面内热导率。例如，随着接触压力从10KPa增加至700KPa，制品所展示的面内热导率可增加至少1.25倍、优选至少I.5倍、更优选地多至至少2倍。
[0024]制品可以是单片制品；单片在本文中用于意指所述制品不包括多个石墨片来实现所需厚度。换句话说，制品可基本上由单个石墨片组成。另一种说法为制品可以没有超过一个石墨片。
[0025]在一个不同的实施方案中，制品可包括超过一个上述石墨片。优选地，每个石墨片被定向成使得每个单独的石墨片的x-y平面处于制品的水平方向而不处于制品的垂直方向。各个片可堆叠至任何所需厚度。在这个实施方案中，任选地，热塑性片可设置于相邻石墨片之间。在包括“N”个数目的石墨片的制品的情况下，所述制品可包括多至“N-1”个热塑性片，其中每个热塑性片设置于两(2)个不同石墨片之间。
[0026]所述制品不限于仅包含石墨。所述制品可在制品的一个或多个表面上包含粘合剂。例如，所述制品可在制品的一个或多个主表面上包含粘合剂。粘合剂可完全施加在制品的一个主表面上。或者粘合剂可以画框取向施加，诸如施加于图1和图2所示的主表面的足够的外周边部分。如图1所不，制品1包括具有主表面14的石墨片12。粘合剂16施加到主表面14的周边部分。图2为沿着图1的线A-A且在箭头B的方向上旋转的横截面视图。在另一个实施方案中，粘合剂可施加到主表面周边的三(3)个或更少的边缘部分，如图3所示。如果有此需要，制品10可被设定尺寸以使得热源可接合粘合剂16或使得热源将配合在粘合剂内部以直接接合制品1的外部石墨部分。
[0027]制品可另选地或与粘合剂组合包括在制品的一个主表面上的第一热塑性层。第二热塑性层可处于制品的其他主表面上。如果有此需要，第一热塑性层、第二热塑性层或两者可形成制品的外表面。在制品的一个具体实施方案中，热塑性层将不会定位在设置成与热源热接触的主表面上。换句话说，热塑性层可设置在计划与热源相反的主表面上。
[0028]在另一个具体实施方案中，如果有此需要，所述制品可以是由热塑性塑料密封的封套。密封的封套可用于描述当热塑性层延伸超过石墨片的边缘使得制品的石墨片被密闭包封在热塑性片中时的情况。在一个具体的密封封套实施方案中，一个或多个热塑性片可在制品的所需周边部分周围形成框架，从而使石墨制品的每个主表面上的中心部分不被热塑性层覆盖。任选地，石墨制品的仅一个主表面可被上述框架封套密封