CN113981336A - 一种led灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法，该散热材料由剥离得到的纳米石墨烯片和反应得到的碳化物纳米片三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒以及铝合金复合组成；本发明首先将硝酸盐乙醇溶液、树脂和膨胀石墨搅拌混合后加入到三辊研磨机中剥离得到纳米石墨烯片/树脂混合物，在该混合物中加入纳米单质粉并机械搅拌后进行热处理，最后将热处理后的混合物加入到熔炼的铝合金熔体中搅拌混合均匀浇入模具即得。本发明制备得到的复合散热材料结构致密、表面整洁、导热和散热效率高，有效提高LED灯的散热效率，延长LED灯的使用寿命。

Description

一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热 材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED灯具散热材料领域，尤其涉及一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法。
背景技术
LED是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，体积很小，可以制备成各种形状的灯具，并且适合于易变的环境。LED的价格越来越平民化，因LED省电的特性，已经越来越多人倾向于使用LED。目前，LED 作为最受欢迎的光源，但在实际使用中还存在很多不足，由于LED具有较高的发热效率，导致LED工作性能下降，对LED的使用寿命有很大的影响，因此提高LED散热成为了急需解决的问题。
LED散热基板是作为LED热能导出的媒介之一，LED产生的热量主要通过散热基板传递到散热器，再有散热器通过热对流、热辐射与外界环境进行热交换。散热基板的主要作用是电气连接、物理支撑和散热，是 LED散热过程中的关键环节。提高散热基板的导热性能对降低LED温度、提高LED工作效率和延长LED使用寿命具有重要意义。
目前最常见的LED散热基板材料是铜和铝合金，铝合金容易加工，成本低，是应用最多的散热材料，而铜有较高的导热系数，使得其瞬间吸热能力比铝合金好，但散热的速度就较铝合金要慢。因此，无论纯铜、纯铝、还是铝合金散热基板，都有一个致命的缺陷：由于只有一种材质，虽然基本的散热能力能够轻易满足轻度散热的需要，但由于无法很好地达到均衡导热和有效散热两个方面的要求，因此，难以满足在散热要求较高的领域。
如今，以新型碳纳米材料(如碳纳米管和石墨烯)的形式出现了许多铝基材料的新型添加剂，被掺入铝合金基体时，除了能够改善铝合金基体的物理和力学性能外，还可以增加许多新的功能，如自润滑表面和增强散热等。
碳纳米管具有很高的热导率，是一种很有前途的应用于包括半导体器件在内的散热材料。石墨烯是石墨的单原子层，因其独特的导电性、化学惰性、优异的光学、热学和力学性能而被广泛关注。石墨烯的热传输是一个活跃的研究领域，具有很强的导热能力，其导热系数为 5300W/(m·K)，由于其热管理应用的潜力，引起了人们的关注。石墨烯优异的性能很有可能用于热传导、电子、超级电容器、传感器和防腐领域。近年来，铝合金已被诸如石墨烯/铝合金基复合材料之类的先进材料所取代，这主要是因为石墨烯/铝合金基复合材料具有优异的物理和力学性能。因此，石墨烯/铝合金基复合材料在汽车工业和航天航空领域中的应用非常广泛。
目前研究石墨烯/铝合金基复合材料的石墨烯尺寸多为纳米级，如石墨烯纳米片、石墨烯纳米板、石墨烯纳米薄片等。由于石墨烯的密度小，质量轻，采用传统的配料法熔炼容易使石墨烯悬浮于铝合金表面，石墨烯难于溶于铝基体中。并且石墨烯纳米片之间的范德华力及高的表面积和表面能导致石墨烯容易团聚导致分散性较差，而团聚的石墨烯会阻碍热量的散发，从而降低复合材料的散热性能。虽然近年来，科研人员在改善石墨烯/铝合金基复合材料性能方面进行了大量研究，也取得了相应的进展，复合材料的所需性能也得到了相应的提高，但是石墨烯/铝合金基复合材料仍存在挑战，未来仍需要加以探究。
另外，传统技术上，为了提高铝合金基体各种性能包括散热性能，还可以添加一些的常见的陶瓷粉体和纤维。因此，如何有效制备石墨烯/ 铝合金基复合材料以及改善石墨烯分散性较差，使得石墨烯能够在铝合金基中有效均匀分散，是获得高散热性、低成本的石墨烯/铝合金基复合材料关键。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种LED 灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)先将0.51～5wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到85.0～94.9wt％的树脂中搅拌混合4～25min，再将5.1～10.0wt％的膨胀石墨倒入其中进行10～ 30min的搅拌得到混合物A；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；
(3)在剥离得到的步骤(2)中的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入单质纳米粉，混合物B与单质纳米粉的质量比为0.85～1.5：1，并机械搅拌20～40min得到混合物C，所述的单质纳米粉可为硅粉、硼粉、钛粉、钨粉、锆粉等的一种或多种，单质纳米粉中单质含量≥99.5％，粒径≤ 100nm；
(4)将步骤(3)中得到的混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以2～3℃·min-1的升温速率到100℃，保温0.5～1h；再以1～2℃·min-1的升温速率到200℃，保温2～4h；然后通氩气，以4～ 8℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温1～3h，然后再以3～5℃·min-1的升温速率升温到1300℃～1450℃，保温0.5～6h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在660～700℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为3～6h，然后将步骤(4)得到的反应混合物D粉碎后加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
优选的，所述步骤(1)中所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小1.0～5.0mm；所述的树脂为线性热塑性环氧树脂或者热塑性酚醛树脂液体。
优选的，所述步骤(2)中的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次，每个辊轴之间的间隙为50～500μm，循环剥离第5～8次，每个辊轴之间的间隙调整为5～50μm，循环剥离第9次以后，每个辊轴之间的间隙调整为0.5～5 μm，且保证在循环剥离过程中辊轴N3/N2之间的间隙比辊轴N2/N1的大两倍以上。
优选的，所述步骤(5)中所述的混合物D和铝合金的质量比为 0.1～1：5～50，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，除渣剂的添加量为当炉铝合金总质量的0.5～2.2wt％。
本发明还公开了一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料，其特征在于，所述含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料是由膨胀石墨通过三辊研磨剥离制备得到纳米石墨烯片、反应得到的碳化物纳米片三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒和铝合金共同复合组成。
本发明有益效果：
1.本发明采用三辊研磨机研磨剥离技术是通过三辊差速产生的剪切力、高粘度的树脂与膨胀石墨表面形成的作用力来克服石墨层间范德华力，从而达到将毫米级厚度的膨胀石墨剥离开来制备得到大量的纳米石墨烯片，该石墨烯片具有从单层、几层、十几层至几十层的厚度。该石墨烯原位分散均匀在树脂中，比传统外加的方式具有更好的分散效果。
2.本发明采用九水硝酸镍催化剂，将其溶于乙醇中配置成硝酸镍乙醇溶液，硝酸镍乙醇溶液易与树脂(环氧树脂或酚醛树脂)混合均匀，在后续1000℃热处理过程中，易催化树脂形成碳纳米管，该方法比外加碳纳米管具有更好的分散性，并且节约成本。
3.三辊研磨剥离得到的纳米石墨烯片在继续升温到1300℃～1450℃保温不同的时间与单质粉反应会形成碳化物纳米片与石墨烯的三明治结构，具有比纯石墨烯更高的比重，同时单质粉与树脂反应会形成碳化物的纳米纤维，原位反应形成的碳化物纳米材料比传统方式中外加的具有更好的分散效果。另外，保温时间不同，对于在石墨烯表面形成的碳化物的厚度可进行调控。
4.九水硝酸镍在该技术方案的热处理过程中分解还原后形成大量的﹤100nm的金属镍颗粒，使用过渡金属硝酸盐的乙醇溶液而不是纳米的金属颗粒，避免了直接使用金属的团聚，具有很好的分散效果，大大提高催化剂的催化效能，而纳米金属Ni也可以作为铝的合金成分。同时以过渡金属硝酸盐的乙醇溶液作为催化剂，而不是水溶液，是因为水溶液与环氧树脂或酚醛树脂不互溶，不能很好地分散。
5.本发明最终得到的纳米石墨烯片与反应得到的碳化物纳米片的三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒等混合物能够比传统用纯石墨烯的密度更大，在与铝合金的熔炼过程中能够更好地分散到铝合金中，使得制备得到的含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合材料具有高的导热系数，提高了复合材料的导热能力，得到的铝合金基复合散热材料的导热性能、散热性能和综合强度更佳。
本发明最终制备得到的一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料结构致密、表面整洁、导热效率高、尤其是针对于 LED灯的散热，有效提高LED灯的散热效率，延长LED灯的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明以膨胀石墨在树脂中通过三辊研磨机剥离得到纳米石墨烯的示意图；
图2是SiC与石墨烯的三明治二维结构示意图；
图3是本发明制备的混合物D中的剥离的纳米石墨薄片、SiC纳米线的SEM图；
图4是本发明制备的混合物D中SiC纳米纤维；
图5是本发明制备的混合物D中石墨烯基SiC纳米片；
图6是本发明制备的混合物D中的石墨烯、碳纳米管和纳米金属Ni 颗粒的TEM图；
图7是本发明制备的混合物D中纳米金属Ni颗粒HAADF下的EDS面扫描分布。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
参照图1-图7，本发明的优选实施例，一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)先将0.51～5wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到85.0～94.9wt％的树脂中搅拌混合4～25min，再将5.1～10.0wt％的膨胀石墨倒入其中进行10～ 30min的搅拌得到混合物A；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；
(3)在剥离得到的步骤(2)中的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入单质纳米粉，混合物B与单质纳米粉的质量比为0.85～1.5：1，并机械搅拌20～40min得到混合物C，所述的单质纳米粉可为硅粉、硼粉、钛粉、钨粉、锆粉等的一种或多种，单质纳米粉中单质含量≥99.5％，粒径≤100nm；
(4)将步骤(3)中得到的混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以2～3℃·min-1的升温速率到100℃，保温0.5～1h；再以1～2℃·min-1的升温速率到200℃，保温2～4h；然后通氩气，以4～ 8℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温1～3h，然后再以3～5℃·min-1的升温速率升温到1300℃～1450℃，保温0.5～6h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在660～700℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为3～6h，然后将步骤(4)得到的反应混合物D粉碎后加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
本发明中采用九水硝酸镍催化剂，将其溶于乙醇中配置成硝酸镍乙醇溶液，硝酸镍乙醇溶液易与树脂(环氧树脂或酚醛树脂)混合均匀，在后续1000℃热处理过程中，易催化树脂形成碳纳米管，该方法比外加碳纳米管具有更好的分散性，并且节约成本。九水硝酸镍在该技术方案的热处理过程中分解还原后形成大量的﹤100nm的金属镍颗粒，使用过渡金属硝酸盐的乙醇溶液而不是纳米的金属颗粒，避免了直接使用金属的团聚，具有很好的分散效果，大大提高催化剂的催化效能，而纳米金属 Ni也可以作为铝的合金成分。同时以过渡金属硝酸盐的乙醇溶液作为催化剂，而不是水溶液，是因为水溶液与环氧树脂或酚醛树脂不互溶，不能很好地分散。
本发明中采用三辊研磨机研磨剥离技术是通过三辊差速产生的剪切力、高粘度的树脂与膨胀石墨表面形成的作用力来克服石墨层间范德华力，从而达到将毫米级厚度的膨胀石墨剥离开来制备得到大量的纳米石墨烯片，该石墨烯片具有从单层、几层、十几层至几十层的厚度。该石墨烯原位分散均匀在树脂中，比传统外加的方式具有更好的分散效果；三辊研磨剥离得到的纳米石墨烯片在继续升温到1300℃～1450℃保温不同的时间与Si粉反应会形成SiC纳米片与石墨烯的三明治结构，具有比纯石墨烯更高的比重，同时Si粉与树脂反应会形成SiC的纳米纤维，原位反应形成的SiC纳米材料比传统方式外加的具有更好的分散效果。另外，保温时间不同，对于在石墨烯表面形成的SiC的厚度可进行调控。
本发明最终得到的纳米石墨烯片与反应得到的碳化物纳米片的三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒等混合物能够比传统用纯石墨烯的密度更大，在与铝合金的熔炼过程中能够更好地分散到铝合金中，使得制备得到的含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合材料具有高的导热系数，提高了复合材料的导热能力，得到的铝合金基复合散热材料的导热性能、散热性能和综合强度更佳。
本发明最终制备得到的一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料结构致密、表面整洁、导热效率高、尤其是针对于 LED灯的散热，有效提高LED灯的散热效率，延长LED灯的使用寿命。
作为发明的实施例，其还可具有以下附加技术特征：
本实施例中，所述步骤(1)中所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小1.0～5.0mm；所述的树脂为线性热塑性环氧树脂或者热塑性酚醛树脂液体。
本实施例中，所述步骤(2)中的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次，每个辊轴之间的间隙为50～500μm，循环剥离第5～8次，每个辊轴之间的间隙调整为5～50μm，循环剥离第9次以后，每个辊轴之间的间隙调整为 0.5～5μm，且保证在循环剥离过程中辊轴N3/N2之间的间隙比辊轴 N2/N1的大两倍以上。
本实施例中，所述步骤(5)中所述的混合物D和铝合金的质量比为0.1～1：5～50，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，除渣剂的添加量为当炉铝合金总质量的0.5～2.2wt％。
本发明还公开了一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料，其特征在于，所述含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料是由膨胀石墨通过三辊研磨剥离制备得到纳米石墨烯片、反应得到的碳化物纳米片三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒和铝合金共同复合组成。
为了更好的使人能够理解本发明方案，下面将结合本发明实例对技术方案进行清楚、完整的描述，本发明并不限于这些实例。
实施例1
(1)先将0.51wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到90.0wt％的热塑性环氧树脂中搅拌混合15min，再将9.49wt％的膨胀石墨倒入其中进行12min的搅拌得到混合物A；所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小为5.0mm；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；所述的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次时，N3/N2辊轴之间的间隙为500μm，N2/N1辊轴之间的间隙为100μm，循环剥离第5～8次时，N3/N2辊轴之间的间隙为50μm，N2/N1 辊轴之间的间隙为10μm，循环剥离第9次以后，N3/N2辊轴之间的间隙为5μm，N2/N1辊轴之间的间隙为1μm；
(3)在剥离得到的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入纳米硅粉，混合物B与纳米硅粉的质量比为0.9:1，并机械搅拌20min得到混合物C，所述的纳米硅粉中Si含量≥99.5％，粒径≤100nm；
(4)将混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以 2℃·min-1的升温速率到100℃，保温0.5h；再以2℃·min-1的升温速率到200℃，保温2h；然后通氩气，以4℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温1h，然后再以3℃·min-1的升温速率升温到1300℃，保温1h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在670℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为3h，然后将粉碎后的反应混合物D加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E，所述的混合物D 和铝合金的质量比为0.1：10，即1：100，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，添加量为当炉铝合金总质量的0.5wt％；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到一种含碳化硅 /石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
实施例2
(1)先将2wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到92.5wt％的热塑性酚醛树脂中搅拌混合10min，再将5.5wt％的膨胀石墨倒入其中进行20min的搅拌得到混合物A；所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小2.0mm；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；所述的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次时，N3/N2辊轴之间的间隙为300μm，N2/N1辊轴之间的间隙为80μm，循环剥离第5～8次时，N3/N2辊轴之间的间隙为40μm，N2/N1 辊轴之间的间隙为8μm，循环剥离第9次以后，N3/N2辊轴之间的间隙为4μm，N2/N1辊轴之间的间隙为0.8μm；
(3)在剥离得到的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入纳米钨粉，混合物B与纳米钨粉的质量比为1.0，并机械搅拌35min得到混合物C，所述的纳米钨粉中W含量≥99.5％，粒径≤100nm；
(4)将混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以 3℃·min-1的升温速率到100℃，保温0.8h；再以2℃·min-1的升温速率到200℃，保温3h；然后通氩气，以6℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温2h，然后再以4℃·min-1的升温速率升温到1350℃，保温2h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在680℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为4h，然后将粉碎后的反应混合物D加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E，所述的混合物D 和铝合金的质量比为为0.1：20，即1：200，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，添加量为当炉铝合金总质量的2wt.％；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到一种含碳化钨 /石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
实施例3
(1)先将5wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到87.5wt％的热塑性酚醛树脂中搅拌混合10min，再将7.5wt％的膨胀石墨倒入其中进行20min的搅拌得到混合物A；所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小2.0mm；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；所述的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次时，N3/N2辊轴之间的间隙为200μm，N2/N1辊轴之间的间隙为50μm，循环剥离第5～8次时，N3/N2辊轴之间的间隙为20μm，N2/N1 辊轴之间的间隙为5μm，循环剥离第9次以后，N3/N2辊轴之间的间隙为2μm，N2/N1辊轴之间的间隙为0.5μm；
(3)在剥离得到的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入纳米硼粉，混合物B与纳米硼粉的质量比为1.5:1，并机械搅拌40min得到混合物C，所述的纳米硼粉中硼含量≥99.5％，粒径≤100nm；
(4)将混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以 2℃·min-1的升温速率到100℃，保温1h；再以2℃·min-1的升温速率到 200℃，保温4h；然后通氩气，以8℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温2h，然后再以5℃·min-1的升温速率升温到1400℃，保温3h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在700℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为5h，然后将粉碎后的反应混合物D加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E，所述的混合物D 和铝合金的质量比为为0.1：40，即1：400，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，添加量为当炉铝合金总质量的2.2wt％；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到一种含碳化硼 /石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)先将0.51～5wt％的九水硝酸镍加入到乙醇中，直至九水硝酸镍溶解完全；再将配制好的硝酸盐乙醇溶液加入到85.0～94.9wt％的树脂中搅拌混合4～25min，再将5.1～10.0wt％的膨胀石墨倒入其中进行10～30min的搅拌得到混合物A；
(2)再将步骤(1)中的混合物A通过三辊研磨机进行剥离，循环剥离12～20次后得到纳米石墨烯片/树脂混合物B；
(3)在剥离得到的步骤(2)中的纳米石墨烯片/树脂混合物B中加入单质纳米粉，混合物B与单质纳米粉的质量比为0.85～1.5：1，并机械搅拌20～40min得到混合物C，所述的单质纳米粉可为硅粉、硼粉、钛粉、钨粉、锆粉等的一种或多种，单质纳米粉中单质含量≥99.5％，粒径≤100nm；
(4)将步骤(3)中得到的混合物C置于空气气氛的管式炉中进行热处理，从室温以2～3℃·min-1的升温速率到100℃，保温0.5～1h；再以1～2℃·min-1的升温速率到200℃，保温2～4h；然后通氩气，以4～8℃·min-1的升温速率升温到1000℃，保温1～3h，然后再以3～5℃·min-1的升温速率升温到1300℃～1450℃，保温0.5～6h；然后自然降至室温，得到反应混合物D；
(5)在660～700℃的温度下熔炼铝合金，熔炼时间为3～6h，然后将步骤(4)得到的反应混合物D粉碎后加入到铝合金熔体中，加入除渣剂，并压入液面，反复来回上下运动，除气扒渣，充分搅拌，得到混合熔体E；
(6)将混合熔体E浇入模具，最后浇注成型制备得到含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述的膨胀石墨原料的碳含量≥96％，粒度大小1.0～5.0mm；所述的树脂为线性热塑性环氧树脂或者热塑性酚醛树脂液体。
3.根据权利要求1所述的一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的三辊研磨机的三辊速率的转速比为进料辊N3:中心辊N2:出料辊N1为1:3:9，循环剥离第1～4次，每个辊轴之间的间隙为50～500μm，循环剥离第5～8次，每个辊轴之间的间隙调整为5～50μm，循环剥离第9次以后，每个辊轴之间的间隙调整为0.5～5μm，且保证在循环剥离过程中辊轴N3/N2之间的间隙比辊轴N2/N1的大两倍以上。
4.根据权利要求1所述的一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中所述的混合物D和铝合金的质量比为0.1～1：5～50，所述的除渣剂为氯化钾、元明粉和工业盐的混合粉，除渣剂的添加量为当炉铝合金总质量的0.5～2.2wt％。
5.一种LED灯用含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料，其特征在于：所述含碳化物/石墨烯三明治结构的铝合金复合散热材料是由膨胀石墨通过三辊研磨剥离制备得到纳米石墨烯片、反应得到的碳化物纳米片三明治结构、反应得到的碳纳米管、碳化物纳米纤维、分解还原得到的纳米金属Ni颗粒和铝合金共同复合组成。
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