一種高導熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬涂層以及熱管理領域，特別涉及一種高導熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子工業技術的不斷發展，電子元器件的設計與生產不斷向小型化、集成化、輕量化、高效化的方向發展，導致其工作過程熱密度不斷增大，這就對所使用的熱管理材料的導熱性提出了更高的要求。
[0003]高導熱石墨膜是一種重要的熱管理材料，其面內熱導率高達1200-1900W/mK，目前該種材料已經實現商業化并成功應用于手機和電腦的散熱。但是，一方面該種石墨膜強度較低，在使用過程中易出現損壞而影響性能，另一方面，該種石墨膜厚度有所限制(200μπι以下)，這些都限制了該種石墨膜的應用范圍。為解決這一問題，一方面可以在石墨膜上涂覆高導熱金屬材料(如鋁和銅)來提高其強度，另一方面也可以將該種高導熱石墨膜與金屬材料復合成高導熱金屬基復合材料來拓寬其應用范圍。在該種金屬基復合材料制備過程中，金屬和石墨膜之間潤濕性差且容易出現有害的界面反應，從而降低材料的性能。一種有效的解決方法是先對石墨膜進行金屬涂層處理，然后再與金屬材料進行復合，這樣能降低復合溫度，提高潤濕和優化界面結合，進而提高復合材料的性能。綜上所述，石墨膜表面金屬涂層的制備在熱管理材料中顯得尤為重要，它能有效拓寬高導熱石墨膜的應用范圍。
[0004]對現有技術文獻檢索發現，少有專利或者論文有關于高導熱石墨膜表面金屬涂層的報道。申請號為201410114471.5的專利“一種高導熱石墨膜-銅復合材料的制備方法”制備出人工石墨膜并在其上利用化學鍍和電鍍鍍上一層ΙΟμπι的銅，其涂層工藝復雜且厚度未進行調控。不僅如此，使用化學鍍和電鍍制備的金屬涂層與石墨膜之間的結合力較差。其主要原因可能是石墨膜強度低且脆，難以磨拋，化學鍍或電鍍鍍膜前處理難以有效將石墨膜上物理和化學吸附物清洗干凈或者難以有效表面粗化和活化，進而導致金屬涂層與石墨膜之間結合較差。因此，急需一種克服上述問題、在石墨膜上涂覆與之結合良好的金屬涂層的方法。

【發明內容】

[0005]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種石墨膜表面制備金屬涂層的物理氣相沉積(PVD)制備方法，制備得到的涂層完整且均勻，其厚度可在之間調控，涂層與石墨膜結合良好，可以高效的制備可用于熱管理領域的金屬涂層石墨膜材料。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]本發明提供一種高導熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0008]第一步，石墨膜前處理:將石墨膜用酒精超聲清洗干凈以去除石墨膜表面的物理吸附物，然后將酒精清洗后的石墨膜置于PVD設備中，將PVD設備腔體抽真空至6 X 10—3Pa以下，調節氬氣流量、偏壓對石墨膜進行氬離子轟擊清洗以去除石墨膜表面的化學吸附物；
[0009]第二步，石墨膜涂層處理:調控PVD設備控制PVD鍍膜條件，包括磁場電流、偏壓、氬氣流量、鍍膜溫度以及鍍膜時間，對石墨膜進行金屬涂覆處理。
[0010]優選地，第一步中，所述的石墨膜為人工合成石墨膜，石墨膜的厚度為17-150μπι、面內熱導率為350-1900W/mK。
[0011]優選地，第一步中，所述的酒精超聲清洗的時間在5-30min之間，進一步的，為10-20mino
[0012]優選地，第一步中，所述的氬氣流量在200-350sccm之間，進一步的，為250-300sccmo
[0013]優選地，第一步中，所述的偏壓在900-1000V之間。
[0014]優選地，第一步中，所述的氬離子轟擊清洗，時間為10-25min。
[0015]優選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，磁場電流在2-25A之間，進一步的，為2-15A，更進一步的，為5-15A。
[0016]優選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，偏壓在0-500V之間，進一步的，為10-200V，更進一步的，為50-200V。
[0017]優選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，氬氣流量在20-300SCCm之間，進一步的，為50-300sccmo
[0018]優選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，鍍膜溫度在室溫到200°C之間。
[0019]優選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，鍍膜時間在30s到5h之間，進一步的，在5min到Ih0
[°02°]優選地，第二步中，所述的金屬涂覆，涂覆的金屬涂層厚度在1nm到5μηι之間調控。
[0021]在本發明的方法中，通過采用石墨膜前處理，其中，酒精超聲清洗可以去除石墨膜表面的物理吸附物，從而保證涂層的連續性和完整性;氬離子轟擊清洗可以去除石墨膜表面的化學吸附物，從而促進成膜，提高金屬涂層與石墨膜之間的結合力；并進一步利用PVD涂層方法在石墨膜上涂覆金屬材料，制備出了完整、均勻、厚度可控且與石墨結合良好的金屬涂層。
[0022]與現有技術相比，本發明有如下有益效果:
[0023](I)工藝簡單高效，涂層完整且厚度均勻，厚度能夠很方便的進行調節；
[0024](2)—方面，石墨膜涂層前處理經歷兩步清洗，能有效去除將石墨膜表面的物理吸附物和化學吸附物，另一方面，鍍膜過程中，金屬原子或者離子以較高的動能沖擊到石墨膜表面，這些都使得石墨膜與金屬間結合良好；
[0025](3)由于涂層制備過程中溫度低，不會在石墨膜與金屬(如Al)之間形成有害的反應產物。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0027]圖1為本發明一實施例的制備方法流程示意圖；
[0028]圖2為本發明一實施例1制備的金屬涂層石墨膜的宏觀和微觀形貌圖，其中(a)是涂層后的石墨膜的宏觀形貌圖，(b)是金屬涂層區域與未涂層區域的微觀形貌對比圖，(C)是金屬涂層的高倍微觀形貌圖；
[0029]圖3為本發明實施例1和實施例2制備的金屬涂層石墨膜XRD物相分析圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0031]如圖1所示，一種高導熱石墨膜表面金屬涂層的物理氣相沉積(PVD)制備方法流程圖，所述方法首先將石墨膜用酒精超聲清洗干凈以去除石墨膜表面的物理吸附物，然后將其置于PVD設備中，將腔體抽真空至6 X 10—3Pa以下，通過調節氬氣流量、偏壓和時間對石墨膜進行氬離子轟擊清洗以去除石墨膜表面的化學吸附物;最后通過調控磁場電流、偏壓、氬氣流量、鍍膜溫度以及鍍膜時間等對石墨膜進行金屬涂覆處理。
[0032]所述的石墨膜為人工合成高導熱石墨膜，石墨膜的厚度為17-150μηι、面內熱導率為350-1900W/mK。金屬靶材主要有鋁靶、銅靶，并遵照圖1所示工藝流程圖實施。金屬涂層涂覆情況由掃描電鏡(SEM)表征，涂層后物相由X射線衍射分析(XRD)確定，金屬涂層與石墨膜結合情況使用相應的SEM照片以及是否為粉狀而未成膜或易刮除判斷。
[0033]本發明適用于所有石墨材料，金屬涂覆材料可以是鋁和銅，也可以推廣到其它金屬材料和合金如鋁合金、銅合金、鈦、鎢和鉬等或者非金屬材料如碳化鈦、碳化鎢和氮化鎢等。
[0034]實施例1
[0035]將厚度為29.5μπι的石墨膜用酒精超聲清洗30min待用。將上述清洗干凈的石墨膜置于裝有銅靶的PVD設備中，將腔體抽真空至6X10—3Pa以下，將腔體溫度控制在室溫，打開充氣閥，調節氬氣流量至200sccm，調節偏壓至900V，氬離子轟擊清洗15min后關閉氣流和偏壓。
[0036]調節磁場電流至10A，調節偏壓為100V，將氬氣體積流量調整到lOOsccm，開始鍍膜。控制鍍膜溫度在室溫，鍍膜時間持續5min，然后關掉偏壓和磁場電流，待腔體冷卻，取出樣品。
[0037 ]銅能夠均勾涂覆在石墨膜上，結合良好，銅涂層的厚度約120nm。
[0038]實施例2
[0039]將厚度為29.5μπι的石墨膜用酒精超聲清洗20min待用。將上述清洗干