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
【專利說明】石墨制品
[0001 ]本申請要求2013年11月5日提交的第61/899，998號美國臨時申請的優先權。特此根據至少美國法典第35篇第365條要求上述申請的優先權益。
[0002]本文所述的制品大體上涉及石墨制品的領域，具體地說涉及可用于熱管理系統的石墨制品的領域。
技術背景
[0003]石墨制品已在各種裝置的熱管理中使用。石墨的這些現有用途包括在z方向上遠離熱源消散熱量或者在χ-y方向上遠離熱源上顯示的熱點傳播熱量。
[0004]就在z方向上消散熱量而言，常規認知為使熱源與熱消散元件之間的距離最小化。這通過使石墨制品厚度最小化并根據常規認知由此使制品的通體熱阻抗最小化來實現。
[0005]簡述
[0006]本文所包括的一個實施方案為一種石墨制品，所述石墨制品可在10KPa或更小的接觸壓力下被壓縮超過百分之三(3%)而不會損壞所述石墨制品，從而減小所述制品所展示的熱阻抗。
[0007]另一個實施方案包括一種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。優選地，所述石墨具有小于1.50g/cc的密度和在10KPa的接觸壓力下超過3%的壓縮率。所述制品還具有大致片狀的形狀。
[0008]應了解，以上簡述與以下詳述二者均提供本公開的實施方案并且意圖提供對所要求保護的本發明的性質和特征的理解的綜述或框架。
【附圖說明】
[0009]圖1為本文所述的制品的頂視圖。
[0010]圖2為沿著圖1的線A-A的沿箭頭B旋轉的橫截面視圖。
[0011]圖3為圖2的替代實施方案的沿著圖1的線A-A的沿箭頭B旋轉的橫截面視圖。
[0012]圖4為本文所述的另一個制品的側視圖。
[0013]圖5_5(c)為包括本文所公開的石墨制品的熱管理系統的不同實施方案的示意圖。
[0014]圖6為包括石墨制品的熱管理系統的另一個實施方案的示意圖。
[0015]詳述
[0016]本文所公開的制品包括大致為片狀形狀的石墨制品。所述制品包含石墨化聚合物，其厚度為至少50微米、優選地至少75微米。制品的厚度范圍可高達300微米。任選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對于所述制品的任何給定實施方案，根據最終應用需要，密度范圍可為小于1.25g/cc至約0.3g/cc。應理解，這些范圍端點之間的所有密度均為本文所公開的并且為可能的。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的接觸壓力下超過3%的壓縮率。給定實施方案的示例性壓縮率范圍可為超過3%至高達75%。壓縮率的具體實例包括超過5%、超過10%、超過20%、超過25%、超過30%和高達65%。為提供壓縮率數值的含義的非限制性實例，如果壓縮的厚度為原始厚度的35%，則所述制品展示65%的壓縮率。
[0018]所述制品的壓縮率的測試不限于任何特定的方法或裝置。可用于測試壓縮率的示例性裝置包括Greening型號1140壓縮率測試機和Test Machine Inc.( “TMI”)壓縮試驗機型號17-76或17-77。這種厚度減小可以是制品未破裂或無其他破壞情況下的永久性厚度減小。在通過測量制品厚度變化來測量壓縮率的情況下，可使用Mahr Extreme厚度測試儀。
[0019]任選地，所述制品可包含一種或多種摻雜物。一種這樣的摻雜物可以是導電聚合物，另一種摻雜物可包括EMI調節劑。EMI摻雜物的實例包括鎳、銅、μ磁性合金(mu-metal)及其組合。μ磁性合金為具有高磁導率的鎳-鐵合金。導電聚合物也可具有在制品表面上潤濕的有益特性。所述聚合物的非限制性實例可包括油或填充有導電材料的聚合物。其他摻雜物包括相變材料或介電材料。在制品包含油、油脂或相變材料(非限制性實例為蠟)的情況下，優選的是所述制品包含足夠量的油、油脂或相變材料以減小所述制品在作為一個或多個熱源與熱消散元件之間的熱界面的應用中所展示的接觸阻抗。摻雜物可以是液體、顆粒、粉末或細絲的形式。非限制性示例性實施方案在于所述制品包含至少5重量％的摻雜物。當所述制品包含摻雜物時，構成所述制品的石墨的一個或多個表面可包括穿孔、凹口、切口及其組合。這可稱為間隔。優選地，所述間隔被設定尺寸、形狀和位置以輔助在石墨中機械夾雜摻雜物。間隔的功能的實例包括它們可用于以摻雜物浸漬整個制品或者兩個間隔將摻雜物定位在制品的一個或多個表面上。在圖4中不出制品10，其具有在制品10的主表面24上的多個切口 22。如所示的，切口具有大致燕尾形的構型。本文所涵蓋的切口不限于任何特定的取向。
[0020]再次當用于熱界面應用時，所述制品可展示出在至少200KPa的接觸壓力下小于0.019°C/W的熱阻率。合適的熱阻率的實例包括小于0.015°C/W、小于0.010°C/W和小于0.08°C/W，如在符合ASTM D5470標準測試方法的要求的裝置上測量的。
[0021]在至少700KPa的接觸壓力下，石墨制品展示出不超過0.25cm2°C/W、優選不超過
0.20cm2°C/W的總熱阻抗。總熱阻抗為制品所展示的接觸阻抗和通體阻抗的量度。
[0022]在另一個實施方案中，隨著接觸壓力從10KPa增加至700KPa，石墨制品所展示的總熱阻抗減少因數為至少6、優選至少7、甚至更優選至少8。
[0023]上述石墨制品的另一個優點為施加于制品上的接觸壓力可增加制品的面內熱導率。例如，隨著接觸壓力從10KPa增加至700KPa，制品所展示的面內熱導率可增加至少1.25倍、優選至少I.5倍、更優選地多至至少2倍。
[0024]制品可以是單片制品；單片在本文中用于意指所述制品不包括多個石墨片來實現所需厚度。換句話說，制品可基本上由單個石墨片組成。另一種說法為制品可以沒有超過一個石墨片。
[0025]在一個不同的實施方案中，制品可包括超過一個上述石墨片。優選地，每個石墨片被定向成使得每個單獨的石墨片的x-y平面處于制品的水平方向而不處于制品的垂直方向。各個片可堆疊至任何所需厚度。在這個實施方案中，任選地，熱塑性片可設置于相鄰石墨片之間。在包括“N”個數目的石墨片的制品的情況下，所述制品可包括多至“N-1”個熱塑性片，其中每個熱塑性片設置于兩(2)個不同石墨片之間。
[0026]所述制品不限于僅包含石墨。所述制品可在制品的一個或多個表面上包含粘合劑。例如，所述制品可在制品的一個或多個主表面上包含粘合劑。粘合劑可完全施加在制品的一個主表面上?；蛘哒澈蟿┛梢援嬁蛉∠蚴┘?，諸如施加于圖1和圖2所示的主表面的足夠的外周邊部分。如圖1所不，制品1包括具有主表面14的石墨片12。粘合劑16施加到主表面14的周邊部分。圖2為沿著圖1的線A-A且在箭頭B的方向上旋轉的橫截面視圖。在另一個實施方案中，粘合劑可施加到主表面周邊的三(3)個或更少的邊緣部分，如圖3所示。如果有此需要，制品10可被設定尺寸以使得熱源可接合粘合劑16或使得熱源將配合在粘合劑內部以直接接合制品1的外部石墨部分。
[0027]制品可另選地或與粘合劑組合包括在制品的一個主表面上的第一熱塑性層。第二熱塑性層可處于制品的其他主表面上。如果有此需要，第一熱塑性層、第二熱塑性層或兩者可形成制品的外表面。在制品的一個具體實施方案中，熱塑性層將不會定位在設置成與熱源熱接觸的主表面上。換句話說，熱塑性層可設置在計劃與熱源相反的主表面上。
[0028]在另一個具體實施方案中，如果有此需要，所述制品可以是由熱塑性塑料密封的封套。密封的封套可用于描述當熱塑性層延伸超過石墨片的邊緣使得制品的石墨片被密閉包封在熱塑性片中時的情況。在一個具體的密封封套實施方案中，一個或多個熱塑性片可在制品的所需周邊部分周圍形成框架，從而使石墨制品的每個主表面上的中心部分不被熱塑性層覆蓋。任選地，石墨制品的僅一個主表面可被上述框架封套密封