KR102287921B1 - 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

그라파이트 시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

그라파이트 시트 및 이의 제조방법이 개시된다. 그라파이트 시트의 제조방법은 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키는 단계; 및 상기 예비 그라파이트 시트 및 상기 유기 소스를 열처리하는 단계를 포함한다.

Description

그라파이트 시트 및 이의 제조방법{GRAPHITE SHEET AND METHOD FOR PREPARING SAME}
본 실시예는 그라파이트 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
그라파이트는 우수한 내열성, 내약품성, 고열 전도성 및 고전기 전도성을 갖기 때문에 공업 재료로서 중요하고, 방열 재료, 내열 실링재, 개스킷, 발열체, X선 모노크로미터 등의 방사선 광학소자, 연료전지 세퍼레이터, 음향진동판 등으로 사용되고 있다. 특히 그라파이트는 시트상으로 제조되어 전자기기 등에 구비될 경우 우수한 방열 효과를 나타낼 수 있다.
그라파이트 시트의 제조 방법의 대표예로서, 「익스팬드(팽창) 그라파이트법」이라고 불리는 방법이 있다. 이 방법에 따르면, 천연 그라파이트를 진한 황산과 진한 질산의 혼합액 등에 침지시킨 후 약 200~1000℃에서 급격히 가열하여 팽창시키고, 이를 세정하여 산을 제거한 후에, 고압 프레스 혹은 롤(roll) 등으로 압축하여 필름 형상으로 가공함으로써 그라파이트 시트를 제조한다(미국 특허 제3,404,061호 참조).
그러나, 이와 같이 제조된 종래의 그라파이트 시트는 열전도율이 70~400W/mK 정도로 낮아서 스마트폰과 같은 고사양의 제품에 적용하는데 어려움이 있고, 그 외에도 강도가 약하고 다른 물리적 특성치도 우수하지 않으며 잔류 산의 영향이 우려되는 등의 문제점이 있다.
또한 종래에는 그라파이트 특성을 향상시키기 위한 고온 열처리시에 저항가열, 아크가열 등을 사용하는 소성로를 사용하고 있는데, 이와 같은 종래의 소성 방식은 소요되는 에너지에 비해 가열효율이 낮고 작업속도가 더디며 정밀한 온도제어가 어려운 등의 문제점이 있다.
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미국 특허 제3,404,061호
본 실시예는 향상된 열전도율, 내굴곡성 및 기계적인 강도를 갖는 그라파이트 시트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키는 단계; 및 상기 예비 그라파이트 시트 및 상기 유기 소스를 열처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 그라파이트 시트는 압착되어 시트 형상을 유지하는 제 1 그라파이트 입자들; 및 상기 제 1 그라파이트 입자들 사이에 유기 소스가 열처리되어 형성되는 제 2 그라파이트 입자들을 포함한다.
본 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하고, 상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키고, 상기 유기 소스를 열처리하여 그라파이트로 변화시킬 수 있다.
통상적인 그라파이트 시트의 제조 공정에서 종래의 천연 그라파이트 또는 인조 그라파이트 시트는 기공을 포함하게 된다. 이때, 상기 기공은 전체적으로 밀도를 감소시키고, 열 전달 저항을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 기공은 내굴곡성 및 인장 강도 등의 기계적 특성을 저하시킬 수 있다.
본 실시예에서는 상기 천연 그라파이트 또는 인조 그라파이트 시트에 포함되는 기공에 그라파이트를 채워넣을 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 향상된 밀도 및 열 전달 특성을 가지는 그라파이트 시트를 제공할 수 있다. 또한, 내굴곡성 및 인장 강도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 과제와 구성은 후술되는 상세한 설명 및 첨부되는 아래의 도면과 함께 보다 명확해질 것이다.
도 1 내지 도 3은 일 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법을 도시한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 다른 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법을 도시한 도면들이다.
본 발명의 설명에 있어서, 각 시트, 입자 또는 층 등이 각 시트, 입자 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 일 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법을 도시한 도면들이다. 도 4 및 도 5는 다른 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법을 도시한 도면들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키는 단계; 및 상기 예비 그라파이트 시트 및 상기 유기 소스를 열처리하는 단계를 포함한다.
이하, 본 실시예에 따르는 고열전도성 그라파이트 시트 제조방법을 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
(a) 예비 그라파이트 시트 제공
상기 예비 그라파이트 시트는 통상적인 공정에 의해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비 그라파이트 시트는 천연 그라파이트 입자를 팽창시킨 후, 압축하여 제조되는 천연 그라파이트 시트일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 예비 그라파이트 시트는 고분자 시트를 약 2000℃ 이상의 온도로 열처리하여 제조되는 인조 그라파이트 시트일 수 있다.
이와 같은 공정에 의해서, 제조되는 예비 그라파이트 시트는 필연적으로 기공을 포함하게 된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 예비 그라파이트 시트(100)는 그라파이트 입자(110, 제1 그라파이트 입자) 및 상기 그라파이트 입자(110) 사이의 기공(120)을 포함할 수 있다. 상기 기공(120)의 크기 및 상기 예비 그라파이트 시트(100)의 기공율은 제조 공정 및 조건에 따라서 다양하게 달라질 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트의 일 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같을 수 있다.
일례에 따르면, 상기 예비 그라파이트 시트는 아래의 단계를 포함하는 방법에 의해 제공될 수 있다:
(a-1) 열 팽창 가능(expandable) 그라파이트 분말을 제조하는 단계;
(a-2) 팽창된 그라파이트 분말을 제조하는 단계; 및
(a-3) 팽창된 그라파이트 분말을 압축하여 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계.
이하 각 단계별로 아래에서 구체적으로 설명한다.
(a-1) 열 팽창 가능 그라파이트 분말을 제조하는 단계
그라파이트 분말이 제공된다. 상기 그라파이트 분말은 천연 그라파이트 분말 또는 합성 그라파이트 분말일 수 있다.
자연에서 그라파이트 광석이 채광된 후, 상기 그라파이트 광석이 분쇄되어, 상기 천연 그라파이트 분말이 형성될 수 있다.
고분자가 고온에서 탄화되고, 그라파이트화되어, 합성 그라파이트가 형성될 수 있다. 상기 합성 그라파이트는 분쇄되어, 상기 합성 그라파이트 분말이 제조될 수 있다.
상기 그라파이트 분말은 삽간 용액에 의해서 삽간 처리되고, 팽창 가능 그라파이트(expandable graphite) 분말이 형성된다.
더 자세하게, 상기 팽창 가능 그라파이트는 황산 등의 삽간제(intercalant)에 의해서 처리되어, 열에 의해서 팽창될 수 있는 그라파이트일 수 있다. 상기 팽창 가능 그라파이트는 가해지는 열에 의해서 수배 내지 수천배 이상 팽창될 수 있다.
더 자세하게, 상기 팽창 가능 그라파이트는 다음과 같은 방법에 의해서 제조될 수 있다.
그라파이트는 평면들 사이에 약한 결합을 갖는 평평한 적층된 평면에서 결합된 원자를 포함하는 탄소의 결정 형태이다. 그라파이트의 입자를 예를 들어 황산 및 질산 용액의 삽간제로 처리함으로써, 그라파이트의 결정 구조가 반응하여 그라파이트와 삽간제의 배합물을 형성한다. 그라파이트의 분쇄, 밀링 및 다른 기계적 처리는 그라파이트의 결정 배향 및 삽간제의 효율을 변동시킬 수 있다.
삽간제 처리된 그라파이트 입자는 "팽창 가능 그라파이트"로서 공지되어 있으며, 시판용일 수 있다. 고온에 대한 노출 시에, 삽간제 처리된 그라파이트 입자는 팽창을 일으키고, c-방향으로, 즉 그라파이트의 결정면에 대해 수직인 방향으로, 아코디언 형태로 원래의 부피의 80배 이상의 치수로 팽창할 수 있다. 벗겨지지 않은, 즉 팽창된 그라파이트 입자는 외관상 벌레 모양이고, 따라서 워엄(worm)으로서 언급되는 것이 통상적이다.
팽창성 그라파이트 입자를 제조하기 위한 통상적인 방법은 셰인(Shane) 등의 미국 특허 제3,404,061호에 기술되어 있다. 상기 방법의 전형적인 실시에서, 천연 그라파이트 플레이크(flake)를 산화제, 예를 들어 질산과 황산의 혼합물을 함유하는 용액 중에 분산시킴으로써 삽간제 처리한다.
삽간제로는 당 분야에 공지된 삽간제, 예컨대 산화제를 용액의 형태로 사용할 수 있다. 삽간제의 예로는, 질산, 황산, 인산, 초산, 과염소산, 크롬산, 염소산염(예: 염소산칼륨), 과망간산염(예: 과망간산칼륨), 크롬산염(예: 크롬산칼륨), 이크롬산염(예: 이크롬산칼륨), 과산화수소, 요오드산, 과요오드산, 트리플루오로아세트산과 같은 유기 강산, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 예를 들어, 질산과 염소산염의 혼합물, 크롬산과 인산의 혼합물, 황산과 질산의 혼합물, 황산과 인산의 혼합물 등을 용액의 형태로 사용할 수 있다. 필요에 따라, 삽간제 용액은 금속(예: 염화제2철), 할라이드(예: 브롬), 금속 할라이드 등을 추가로 포함할 수 있다.
그라파이트 플레이크를 상술한 바와 같이 삽간제 처리하면 과량의 용액이 플레이크로부터 배출된다. 이 삽간제 처리된 그라파이트 플레이크를 물로 세척한 후 건조함으로써 팽창 가능 그라파이트를 얻을 수 있다. 시판용 팽창 가능 그라파이트는 유카 카본 컴퍼니 인코포레이티드(UCAR Carbon Company Inc.)로부터 입수될 수 있다
(a-2) 팽창된 그라파이트 분말을 제조하는 단계
상기 팽창 가능 그라파이트 분말은 약 200℃ 내지 약 1000℃의 온도에서 열처리되고, 상기 원료물질 내의 팽창 가능 그라파이트 분말은 열에 의해서 팽창될 수 있다. 더 자세하게, 상기 그라파이트 입자 팽창 공정은 약 200℃ 내지 약 500℃의 온도에서 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 그라파이트 입자 팽창 공정은 약 250℃ 내지 약 400℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 그라파이트 입자 팽창 공정은 약 1분 내지 약 30분 동안 진행될 수 있다. 상기 그라파이트 입자 팽창 공정에 의해서, 상기 팽창 가능 그라파이트 분말은 약 1.2배 내지 약 100배로 팽창될 수 있다. 더 자세하게, 상기 팽창 가능 그라파이트 분말은 약 1.5배 내지 약 60배로 팽창될 수 있다. 더 자세하게, 상기 팽창 가능 그라파이트 분말은 약 2배 내지 약 10배로 팽창될 수 있다.
또한, 상기 팽창 공정에서, 각각의 팽창 가능 그라파이트 입자 다수 개의 박편으로 박리될 수 있다.
이에 따라서, 팽창된 그라파이트 분말이 제조된다.
(a-3) 팽창된 그라파이트 분말을 압축하여 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계
상기 열처리되어 팽창된 그라파이트 분말은 압연되고, 예비 그라파이트 시트가 제조된다.
구체적으로는, 상기 팽창된 그라파이트 분말을 세라믹 롤러, 구리 또는 스테인리스 등의 금속제 롤러, 폴리우레탄 롤러, 고무 롤러 등에 의해서 압연할 수 있다.
또는, 상기 팽창된 그라파이트 분말을 프레스 장치 등에 의해서 압연할 수 있다.
이때, 상기 압연 공정에 의해서, 상기 팽창된 그라파이트 분말에 가해지는 압력은 약 2 내지 약 2000 kg/cm2일 수 있다. 더 자세하게, 상기 압연 공정의 압력은 약 20 내지 1000 kg/cm2일 수 있다. 더 자세하게, 상기 압연 공정의 압력은 약 50 내지 약 500 kg/cm2일 수 있다.
상기 단계 (a-1) 내지 (a-3)를 거쳐 예비 그라파이트 시트를 제조하는 방법 외에도, 그라파이트 분말을 팽창시키고, 이를 압축하여 예비 그라파이트 시트를 제조하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
일례에 따르면, 본 단계 (a)에서 제공되는 예비 그라파이트 시트는, 두께가 약 10 ~ 100 ㎛일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 15 ~ 70 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는, 밀도가 약 1.5 ~ 2.5 g/㎤일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 1.7 ~ 2.3 g/㎤일 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는, 비열이 약 1.0 ~ 2.0 J/gK일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 1.1 ~ 1.8 J/gK일 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는, 수평 열확산율이 약 100 ~ 230 ㎟/s일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 110 ~ 220 ㎟/s일 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는, 수평 열전도율이 약 250 ~ 350 W/mK일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 250 ~ 300 W/mK일 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트의 기공율은 약 5 vol% 내지 약 50 vol%일 수 있다. 더 자세하게, 상기 예비 그라파이트 시트의 기공율은 약 10 vol% 내지 약 40 vol%일 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트는 사각형, 원형, 타원형 또는 부정형의 필름 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 예비 그라파이트 시트는 후속하는 단계에 적층 형태로 제공되거나, 또는 권취된 롤 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는 폴리이미드 필름 등과 같은 고분자 필름이 탄소화 및 흑연화 공정 등에 의해서 열처리되어 형성될 수 있다.
(b) 유기 소스를 기공 내에 배치시키는 단계
유기 소스는 열처리에 의해서, 그라파이트로 변화될 수 있는 유기물이다. 더 자세하게, 상기 유기 소스는 열처리에 의해서, 그라파이트로 전화될 수 있는 원료일 수 있다. 상기 유기 소스는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스는 폴리머 또는 올리고머를 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스는 방향족 폴리머 또는 방향족 올리고머를 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스는 상기 고분자 수지로 거의 구성될 수 있다.
상기 유기 소스는 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리옥사디아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤조비스티아졸, 폴리벤족사졸, 폴리벤조비스옥사졸, 폴리 피로메리트 이미드, 방향족 폴리아미드, 폴리페닐렌벤조이미타조르, 폴리페닐렌벤조비스이미타조르, 폴리티아졸, 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리아믹산 및 올리고아믹산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다.
상기 유기 소스는 용매에 분산된 입자 형태이거나, 액상일 수 있다. 상기 유기 소스는 분자량이 높은 경우에는 입자 형태를 가지고, 분자량이 낮은 경우에는 액상일 수 있다.
상기 유기 소스의 점도(25℃)는 약 10cp 내지 약 10000cp일 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스의 점도는 약 10cp 내지 약 5000cp일 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스의 점도는 약 10cp 내지 약 1000cp일 수 있다.
상기 유기 소스의 점도가 적당히 낮을수록, 상기 기공 내에 상기 유기 소스를 배치시키기 용이하다. 특히, 상기 기공의 크기가 작을수록, 상기 유기 소스의 점도가 낮아져야 한다.
상기 유기 소스의 분자량(중량평균분자량)은 약 100 내지 약 100000일 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스의 분자량은 약 100 내지 약 50000일 수 있다. 더 자세하게, 상기 유기 소스의 분자량은 약 100 내지 약 10000일 수 있다.
상기 유기 소스는 용매와 혼합되어, 상기 기공 내에 배치될 수 있다. 이때, 상기 유기 소스와 용매의 혼합물의 점도(25℃)는 약 1000 cp 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 혼합물의 점도는 약 10 cp 내지 약 1000 cp일 수 있다.
상기 용매의 예로서는 물, 에탄올 등과 같은 알코올 또는 메틸에틸케톤 등을 들 수 있다.
상기 용매는 상기 유기 소스가 상기 기공 내에 배치된 후, 증발 등에 의해서 제거될 수 있다.
상기 기공 내에 상기 유기 소스가 배치된 후, 상기 예비 그라파이트 시트는 압축될 수 있다. 이때, 상기 예비 그라파이트 시트는 면 방향으로 압축될 수 있다. 즉, 상기 예비 그라파이트 시트는 상면 또는 하면에 대하여 수직한 방향으로 압축될 수 있다.
이에 따라서, 상기 기공 중, 상기 유기 소스가 채워지지 않는 빈 공간이 더 줄어들 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트는 상기 유기 소스 단독 또는 상기 유기 소스와 용매의 혼합물 내에 함침되고, 이에 따라서, 상기 기공 내에 상기 유기 소스가 채워질 수 있다.
이와는 다르게, 상기 예비 그라파이트 시트의 상면 및/또는 하면에 상기 유기 소스 단독 또는 상기 유기 소스와 용매의 혼합물이 코팅되고, 상기 기공 내로, 상기 유기 소스 또는 상기 유기 소스와 용매의 혼합물이 스며들 수 있다. 즉 상기 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 기공 내에 상기 유기 소스를 배치시키는 단계는 동시에 진행될 수 있다.
이와 같은 공정으로, 상기 기공 내에 상기 유기 소스가 배치될 수 있고, 다른 다양한 방법으로도, 상기 유기 소스가 상기 기공 내에 채워질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유기 소스(210)는 상기 기공 내에만 배치되고, 상기 예비 그라파이트 시트(100)의 상면 및 하면에는 거의 코팅되지 않을 수 있다.
이와는 다르게, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유기 소스(210, 220)는 상기 기공뿐만 아니라, 상기 예비 그라파이트 시트(100)의 상면 및 하면 중 적어도 한면에 코팅될 수 있다. 이에 따라서, 상기 예비 그라파이트 시트(100)의 상면 및/또는 하면에 유기 소스 코팅층(220)이 형성될 수 있다.
(c) 그라파이트 시트의 열처리 단계(그라파이트화 공정)
앞서의 단계에서 제공된 예비 그라파이트 시트는 2000℃ 이상에서 열처리된다.
이와 같은 열처리 공정에 의해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유기 소스(210)는 그라파이트 입자(130, 제2 그라파이트 입자)로 전화된다. 즉, 상기 유기 소스의 산소 원자 및 수소 원자 등은 분해되어 제거되고, 상기 유기 소스의 탄소 원자 만이 남게 되고, 그라파이트 입자(130)가 생성된다. 상기 그라파이트 입자(130)는 상기 기공 내에 배치되어, 상기 기공의 일부 또는 전부를 채우게 된다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트(100)의 상면 및/또는 하면에 상기 유기 소스가 코팅된 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 인조 그라파이트 층(140)이 추가로 생성될 수 있다. 상기 인조 그라파이트 층(140)은 상기 코팅층(220)에 포함된 유기 소스가 그라파이트로 전화되어 형성된다.
이에 따라서, 그라파이트 시트가 형성된다. 또한, 고온의 열처리를 통해 예비 그라파이트 시트의 그라파이트 입자들의 탄소 원자가 재배열되어 상기 그라파이트 시트의 특성이 향상될 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트의 열처리는 2000℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있고, 구체적으로 상기 열처리 온도는 약 2300℃ 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 약 2400℃ 이상일 수 있다.
또한 상기 예비 그라파이트 시트의 열처리는 약 3000℃ 이하의 온도에서 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 온도는 약 2800℃ 이하일 수 있고, 구체적으로 약 2700℃ 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 약 2600℃ 이하일 수 있고, 보다 더 구체적으로 약 2500℃ 이하일 수 있다.
일례로서, 상기 예비 그라파이트 시트의 열처리 온도는 약 2000℃ 내지 약 3000℃일 수 있고, 구체적으로 약 2300℃ 내지 약 2800℃일 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 2400℃ 내지 약 2700℃일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 약 2400℃ 내지 약 2600℃일 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트의 열처리 공정은 약 10분 이상, 자세하게, 약 30분 내지 약 20시간, 더 자세하게는 약 30분 내지 약 4시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는 열처리와 동시에, 가압될 수 있다.
또한, 상기 예비 그라파이트 시트는 열처리 후, 가압될 수 있다.
본 단계 (c)의 열처리를 통해, 앞서의 단계 (a)에서 제공되는 예비 그라파이트 시트에 비해, 최종 그라파이트 시트의 수평 열전도율을 1.1배 이상, 나아가 1.2배 이상, 더 나아가 1.3배 이상 증가시킬 수 있다.
일례에 따르면, 상기 그라파이트화 공정의 열처리는 가열원으로서 저항가열, 아크가열 등을 사용하는 통상적인 소성로를 사용하여 수행될 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 예비 그라파이트 시트의 열처리 공정은 전자기 유도 가열에 의해 수행될 수 있다.
상기 예비 그라파이트 시트는 다양한 장치에 의해서 가열될 수 있다.
본 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하고, 상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키고, 유기 소스를 열처리하여 그라파이트로 변화시킬 수 있다.
통상적인 그라파이트 시트의 제조 공정에서 종래의 천연 그라파이트 또는 인조 그라파이트 시트는 기공을 포함하게 된다. 이때, 상기 기공은 전체적으로 밀도를 감소시키고, 열 전달 저항을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 기공은 내굴곡성 및 인장 강도 등의 기계적 특성을 저하시킬 수 있다.
본 실시예에서는 상기 천연 그라파이트 또는 인조 그라파이트 시트에 포함되는 기공에 그라파이트를 채워 넣을 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 그라파이트 시트의 제조방법은 향상된 밀도 및 열 전달 특성을 가지는 그라파이트 시트를 제공할 수 있다. 또한, 내굴곡성 및 인장 강도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
100: 예비 그라파이트 시트 110: 제1 그라파이트 입자
120: 기공 130: 제2 그라파이트 입자
140: 인조 그라파이트 층
210: 유기 소스 220: 유기 소스 코팅층
300: 최종 그라파이트 시트

Claims (14)

  1. 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트를 제조하는 단계;
    상기 기공 내에 유기 소스를 배치시키는 단계; 및
    상기 예비 그라파이트 시트 및 상기 유기 소스를 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 예비 그라파이트 시트는 밀도가 1.5~2.5 g/㎤이고, 수평 열전도율이 250~350 W/mK인, 그라파이트 시트의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계에서, 상기 유기 소스는 그라파이트로 변하는 그라파이트 시트의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 소스의 점도는 10cp 내지 10000cp인 그라파이트 시트의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 소스의 분자량은 100 내지 10000인 그라파이트 시트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기공 내에 상기 유기 소스가 배치된 이후, 상기 열처리하는 단계 이전에,
    상기 예비 그라파이트 시트가 압축되는 단계를 더 포함하는 그라파이트 시트의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기공 내에 상기 유기 소스가 용매와 함께 배치되고,
    상기 용매가 제거된 후, 상기 예비 그라파이트 시트가 압축되는 그라파이트 시트의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기 소스와 상기 용매의 혼합물의 점도는 1000cp 이하인 그라파이트 시트의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트의 수평 방향의 열전도율은 상기 예비 그라파이트 시트의 수평 방향의 열전도율과 비교하여 1.1배 이상인 그라파이트 시트의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비 그라파이트 시트의 상면 및 하면 중 적어도 한면에 상기 유기 소스를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 열처리하는 단계에서, 상기 코팅층에 포함된 유기 소스는 그라파이트로 변하는 그라파이트 시트의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 기공 내에 상기 유기 소스를 배치시키는 단계는 동시에 진행되는 그라파이트 시트의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비 그라파이트 시트는 5 vol% 내지 50 vol%의 기공율을 갖는 그라파이트 시트의 제조방법.
  12. 압착되어 시트 형상을 유지하는 제 1 그라파이트 입자들 및 기공을 포함하는 예비 그라파이트 시트; 및
    상기 기공 내에 유기 소스가 열처리되어 형성되는 제 2 그라파이트 입자들을 포함하고,
    상기 예비 그라파이트 시트는 밀도가 1.5~2.5 g/㎤이고, 수평 열전도율이 250~350 W/mK인, 그라파이트 시트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열처리에 의해, 상기 유기 소스는 그라파이트로 변하는 그라파이트 시트.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 상면 및 하면 중 적어도 한면에 유기 소스 코팅층이 열처리되어 형성되는 인조 그라파이트 층을 추가로 포함하는 그라파이트 시트.
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