CN104723621B - 复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料，包括：绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，导热层贴附于绝缘层上，传热层贴附于导热层上，散热层贴附于传热层上，保护层贴附于散热层上。导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯80份～95份，碳纳米管0.1份～20份和纳米碳纤维0.1份～20份。散热层包括如下质量份的各组分：铜47份～50份、铝49份～52份、镁0.2份～0.7份、铁0.2份～0.7份、锰0.2份～0.5份、钛0.1份～0.3份、铬0.05份～0.1份和钒0.1份～0.3份。上述复合材料通过依次叠加设置绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，可以获得绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好和质轻的优点。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，特别是涉及一种复合材料。
背景技术
LED产业的快速发展，大大拉动了上游材料业的发展，也进一步促进了高端材料领域的突破。其中，LED灯具中会用到大量的散热材料，包括LED晶片的封装元件、LED光学透镜、光散射元件、高效散热元件、光反射和光漫射板等。
一直以来，散热不良会导致电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题，始终是LED照明系统性能提升的重中之重。传统的三种用于LED散热器的材料，包括铝材、塑料和陶瓷，三者各有优劣，但依然无法同时满足LED散热器材料所需的绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好、质轻和机械性能好的优点。
例如，中国专利201310313412.6公开了一种镁合金LED灯泡散热器压铸件及其制造方法，具体公开本发明提供一种镁合金LED灯泡散热器压铸件，该压铸件成分按重量％为：Al1.7～2.5、Zn≤0.2、Mn≥0.2、Cu≤0.008、Fe≤0.004、Ni≤0.001、Si≤0.05其他杂质之和0.01，Mg余量。同时提供一种镁合金LED灯泡散热器压铸件的制造方法。本发明的效果是通过使用该种成分的镁合金来制造LED灯泡散热器，使得LED照明灯泡具有良好的散热性能，重量明显减轻，工艺简单、尺寸精度高，通过散热性试验结果表明，相同试验条件下，该镁合金与AZ31镁合金相比较结温下降了1～2℃，相当于LED寿命延长了4～16％，光通量衰减减缓1％～2％。降低了LED照明装置的制造成本和用户的使用成本。然而，上述专利公开的材料依然存在绝缘性差，不易过安规以及质量较重的缺陷。
又如，中国专利201110043870.3公开了一种导热型热固性模塑复合材料及其用途，具体公开本发明公开了一种导热型热固性模塑复合材料及其用途，其基本组份及其重量百分含量为(1)热固性基体树脂15-65％；(2)导热性填料20-80％，该填料的导热系数大于1W/m.℃；(3)其他添加剂，如增韧剂，增强剂，稳定剂等。本发明还公开了前述导热型热固性模塑复合材料用于制备LED照明散热件，其成型温度可控制至低于通常进行焊锡作业的220℃，使得LED灯和散热器的组装工艺可以和热固性材料散热器的成型工艺合二为一，可以将LED灯的基板面或导热金属支架直接与导热材料相连接，其成型模具和其辅助系统具有能有效隔热控温和易清洁的特点，能有效降低LED灯的加工和制成成本，提高LED散热器的散热能力，从而降低LED器件的运行温度。然而，上述专利公开的材料依然存在导热系数较小和膨胀系数高的缺陷。
又如，中国专利03126663.0公开了一种一种改进型6063铝合金材料，具体公开本发明公开了一种改进型6063铝合金材料，该材料是在原6063铝合金中添加有重量百分含量为0.11～0.2％的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036～0.14％。稀土元素在铝合金中的应用结果表明，在铝合金中添加适量稀土可以改善机械、物理及工艺性能，表现为净化、强化和细化，在半导体和空调机及冷凝蒸发器器件使用本发明材料制作的散热器，有良好的可挤压性及导电导热性能。然而，上述专利公开的材料依然存在绝缘性差，不易过安规，散热性能不够理想和质量较重的缺陷。
发明内容
基于此，有必要提供一种绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好和质轻的复合材料。
一种复合材料，包括：绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，
所述导热层贴附于所述绝缘层上，所述传热层贴附于所述导热层上，所述散热层贴附于所述传热层上，所述保护层贴附于所述散热层上；
所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅40份～70份，三氧化二铝13份～55份，二氧化硅2份～15份，粘结剂3份～25份，高岭土2份～20份，氧化镁0.5份～2份，信阳土0.5份～2份，轻质钙0.5份～2份和稀土氧化物0.2份～0.5份；
所述导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯80份～95份，碳纳米管0.1份～20份和纳米碳纤维0.1份～20份；
所述传热层包括如下质量份的各组分：铜93份～97份、铝2份～4.5份、镍0.1份～0.3份、钒0.2份～1.2份、锰0.1份～0.4份、钛0.1份～0.3份、铬0.1份～0.3份和铌0.1份～0.3份；
所述散热层包括如下质量份的各组分：铜47份～50份、铝49份～52份、镁0.2份～0.7份、铁0.2份～0.7份、锰0.2份～0.5份、钛0.1份～0.3份、铬0.05份～0.1份和钒0.1份～0.3份。
在其中一个实施例中，所述导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯85份～90份，碳纳米管5份～15份和纳米碳纤维5份～15份。
在其中一个实施例中，石墨烯90份，碳纳米管10份和纳米碳纤维10份。
在其中一个实施例中，所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅50份～60份，三氧化二铝30份～50份，二氧化硅10份～15份，粘结剂10份～20份，高岭土15份～20份，氧化镁1份～1.5份，信阳土1份～1.5份，轻质钙1份～1.5份和稀土氧化物0.3份～0.4份。
在其中一个实施例中，所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅55份，三氧化二铝40份，二氧化硅13份，粘结剂15份，高岭土18份，氧化镁1.5份，信阳土1.5份，轻质钙1.5份和稀土氧化物0.3份。
在其中一个实施例中，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份～49份、铝50份～52份、镁0.2份～0.5份、铁0.2份～0.5份、锰0.3份～0.5份、钛0.2份～0.3份、铬0.05份～0.08份和钒0.2份～0.3份。
在其中一个实施例中，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份、铝51份、镁0.3份、铁0.3份、锰0.4份、钛0.4份、铬0.08份和钒0.3份。
在其中一个实施例中，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜94份～96份、铝3份～4份、镍0.2份～0.3份、钒0.5份～1份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
在其中一个实施例中，，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜95份、铝3.5份、镍0.3份、钒0.8份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
在其中一个实施例中，所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层的厚度比为1～1.5：8～12：5～7：6～10：2～2.5。
上述复合材料通过依次叠加设置绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，可以获得绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好和质轻的优点。
附图说明
图1为本发明一实施方式的复合材料的结构示意图；
图2为本发明另一实施方式的复合材料的局部结构示意图；
图3为本发明另一实施方式的复合材料的局部结构示意图；
图4为本发明另一实施方式的复合材料的结构示意图；
图5为本发明一实施方式的LED灯具的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
例如，本发明一实施方式的复合材料，包括：绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，所述导热层贴附于所述绝缘层上，所述传热层贴附于所述导热层上，所述散热层贴附于所述传热层上，所述保护层贴附于所述散热层上；所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅40份～70份，三氧化二铝13份～55份，二氧化硅2份～15份，粘结剂3份～25份，高岭土2份～20份，氧化镁0.5份～2份，信阳土0.5份～2份，轻质钙0.5份～2份和稀土氧化物0.2份～0.5份；所述导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯80份～95份，碳纳米管0.1份～20份和纳米碳纤维0.1份～20份；所述传热层包括如下质量份的各组分：铜93份～97份、铝2份～4.5份、镍0.1份～0.3份、钒0.2份～1.2份、锰0.1份～0.4份、钛0.1份～0.3份、铬0.1份～0.3份和铌0.1份～0.3份；所述散热层包括如下质量份的各组分：铜47份～50份、铝49份～52份、镁0.2份～0.7份、铁0.2份～0.7份、锰0.2份～0.5份、钛0.1份～0.3份、铬0.05份～0.1份和钒0.1份～0.3份。
请参阅图1，其为本发明一实施方式的复合材料10的结构示意图。
复合材料10包括：依次叠加设置的绝缘层100、导热层200、传热层300、散热层400和保护层500，即绝缘层100、导热层200、传热层300、散热层400和保护层500依次叠加贴附，也就是说，导热层200贴附于绝缘层100上，传热层300贴附于导热层200上，散热层400贴附于传热层300上，保护层500贴附于散热层400上。
需要说明的是，所述绝缘层直接与发热源接触，例如，所述绝缘层与LED灯接触，即LED灯直接安装在所述绝缘层上，又如，所述绝缘层与安装LED灯的基板接触，又如，LED灯位于所述绝缘层围成的腔体内，以确保LED灯发光产生的热量可以直接传递至所述绝缘层，当然，LED灯与所述绝缘层的位置及结构关系不限于上述情况，本发明实施例中的所述绝缘层与LED灯的位置及结构关系也可以采用本领域技术人员熟知的具有相同效果的其他实施方式，在此不再赘述。
例如，本发明一实施方式绝缘层，其具有绝缘效果好，导热系数大和热膨胀系数低的优点，如此，当LED灯的热量直接传递到所述绝缘层时，所述绝缘层可以快速且及时地导走LED灯附近区域聚集的热量，以确保LED灯的正常工作。其次，由于所述绝缘层与LED灯之间的距离最近，其承担的导热负荷最大，当所述绝缘层的热膨胀系数低时，就可以避免所述绝缘层与所述导热层之间产生间隙，和避免所述绝缘层自身产生缝隙，进而可以避免该间隙及缝隙填充空气后产生的导热系数降低的问题。最后，由于所述绝缘层与LED灯之间的距离最近，容易发生电器元件直接与所述绝缘层接触的问题，当所述绝缘层的绝缘效果好时，就可以避免绝缘层通电，从而提高了所述复合材料的安全性能，安规标准较高。
例如，本发明一实施方式的绝缘层，其包括如下质量份的各组分：碳化硅40份～70份，三氧化二铝13份～55份，二氧化硅2份～15份，粘结剂3份～25份，高岭土2份～20份，氧化镁0.5份～2份，信阳土0.5份～2份，轻质钙0.5份～2份和稀土氧化物0.2份～0.5份。
上述绝缘层利用碳化硅作为主要原料，并混合其余的可以用于制备陶瓷的原料，从而使得上述绝缘层同时具备了导热系数高、绝缘性能好、热膨胀系数低和耐热性能较好的优点，此外，上述绝缘层还具有易于生产制造和制造成本低的优点。
优选的，本发明一实施方式的绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅50份～60份，三氧化二铝30份～50份，二氧化硅10份～15份，粘结剂10份～20份，高岭土15份～20份，氧化镁1份～1.5份，信阳土1份～1.5份，轻质钙1份～1.5份和稀土氧化物0.3份～0.4份。
优选的，本发明一实施方式的绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅55份，三氧化二铝40份，二氧化硅13份，粘结剂15份，高岭土18份，氧化镁1.5份，信阳土1.5份，轻质钙1.5份和稀土氧化物0.3份。
例如，本发明还提供一种上述任一实施方式的所述绝缘层的制备方法，其包括如下步骤：按上述配比将碳化硅，三氧化二铝，二氧化硅，粘结剂，高岭土，氧化镁，信阳土，轻质钙和稀土氧化物混合；经塑化、加压成型、冷却和脱模后得到上述绝缘层。
需要说明的是，因上述导热层直接与所述绝缘层贴合，那么所述绝缘层会将从LED灯吸收到的热量直接传递给所述导热层，这就要求所述导热层具有极高的导热系数，可以将从所述绝缘层吸收到的热量迅速传递到所述导热层上，此外，也要求所述导热层同时具有较好的散热性能，以及较低的热膨胀系数。
例如，本发明一实施方式的导热层，其具有导热系数高，散热性能好和机械性能好的优点，如此，当所述绝缘层将从LED灯吸收到的热量直接传递给所述导热层，那么所述绝缘层吸收到的热量就可以迅速传递到所述导热层上，且在导热的过程中，基于所述导热层优良的散热性能，还可以将所述导热层上的热量散失到外界的空气中。其次，由于所述导热层还处于与LED灯相对较近的距离，其本身的温度也会较高，但是，基于所述导热层较低的热膨胀系数，就可以避免所述导热层与所述传热层之间产生缝隙，确保了两者贴合的紧密性。
例如，本发明一实施方式的导热层，其包括如下质量份的各组分：石墨烯80份～95份，碳纳米管0.1份～20份和纳米碳纤维0.1份～20份。
上述导热层通过采用石墨烯为主要原料，使得其导热系数得到了极大地提高，导热效果较佳。此外，再通过添加碳纳米管及碳纤维，可以形成散热通道，散热性能也较佳。
在此需要强调的是，由于上述导热层采用了石墨烯这种导电效果较好的材料，因此，本发明将所述导电层与所述绝缘层贴合，以隔离LED灯具内部的电路元件，从而避免所述导热层直接带电，进而提高了所述复合材料的安全性能，安规标准较高。
优选的，导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯85份～90份，碳纳米管5份～15份和纳米碳纤维5份～15份。
优选的，导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯90份，碳纳米管10份和纳米碳纤维10份。
需要说明的是，因LED灯发光产生的热量经过前两层，即所述绝缘层及所述导热层后，会有一部分的热量散失到外界的空气中。此外，由于所述导热层的成本较高，其主要原因在于，所述导热层的主要原料为制备成本较高的石墨烯，因此，基于所述传热层的传热及散热负担相对较小的情况下，所述传热层可以使用当今市场最常用的金属散热材料，以达到降低成本和获得较好传热性能的效果。
例如，本发明一实施方式的传热层，其具有导热系数高，散热性能好、机械性能好以及成本较低的优点，如此，当所述导热层的热量传递给所述传热层时，那么所述导热层吸收到的热量就可以较迅速地传递到所述传热层上，且在传热的过程中，所述传热层也可以将部分的热量直接传递到外界的空气中。
例如，本发明一实施方式的传热层，其包括如下质量份的各组分：铜93份～97份、铝2份～4.5份、镍0.1份～0.3份、钒0.2份～1.2份、锰0.1份～0.4份、钛0.1份～0.3份、铬0.1份～0.3份和铌0.1份～0.3份。
上述传热层含有铜(Cu)可以使传热层的导热性能保持在一个比较高的水准。当铜的质量份为93份～97份时，所述传热层的热传导系数可以达到380W/mK以上，可以较快速地将所述导热层上传递而来的热量传走，进而均匀地分散在所述传热层整体的结构上，以防止热量在所述导热层与所述传热层之间的接触位置上积累，造成局部过热现象的产生。而且，所述传热层的密度却仅有8.0kg/m3～8.1kg/m3，远远小于纯铜的密度，这样可以有效地减轻所述传热层的重量，更利于安装制造，同时也极大地降低了成本。此外，所述传热层含有质量份为2份～4.5份的铝、0.1份～0.3份的镍、0.2份～1.2份的钒、0.1份～0.4份的锰、0.1份～0.3份的钛、0.1份～0.3份的铬以及的铌0.1份～0.3份的钒。相对于纯铜，传热层的延展性能、韧性、强度以及耐高温性能均大大得到改善，且不易烧结。
为了使所述传热层具有更好地性能，例如，所述传热层含有质量份为0.1份～0.3份的镍(Ni)，可以提高传热层的耐高温性能。又如，传热层含有质量份为0.2份～1.2份的钒(V)可以抑制传热层晶粒长大，获得较均匀细小的晶粒组织，以减小所述传热层的脆性，改善所述传热层整体的力学性能，以提高韧性和强度。又如，所述传热层含有质量份为0.1份～0.3份的钛(Ti)，可以使得所述传热层的晶粒微细化，以提高所述传热层的延展性能；又如，所述传热层还包括质量份为1份～2.5份的硅(Si)，当所述传热层含有适量的硅时，可以在不影响所述传热层导热性能的前提下，有效提升所述传热层的硬度与耐磨度。但是，经多次理论分析和实验佐证发现，当传热层中硅的质量太多，例如质量百分比超过15份以上时，会使传热层的外表分布黑色粒子，且延展性能降低，不利于所述传热层的生产成型。
优选的，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜94份～96份、铝3份～4份、镍0.2份～0.3份、钒0.5份～1份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
优选的，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜95份、铝3.5份、镍0.3份、钒0.8份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
需要说明的是，当LED灯产生的热量经过前三层，即分别为所述绝缘层，所述导热层和所述传热层后，会有相对较大一部分热量在传递中散失在空气介质中，此外，由于所述传热层的主要原料为铜，其质量较重，因此，基于所述散热层散热负担相对较小的情况下，所述散热层可以使用散热效果较佳，重量较轻、成本较低的材料，以达到降低成本和重量，以及获得较好散热性能的效果。
例如，本发明一实施方式的散热层，其具有散热效果较佳，重量较轻和成本较低的优点，如此，当所述传热层的热量传递所述散热层时，那么所述散热层可以将绝大部分的热量散失在空气介质中，以配合所述绝缘层、所述导热层和所述传热层完成梯度传热的效果，这样，可以针对不同的热量区域，即以与LED灯距离的远近来度量，实现热量的梯度传递和散失的效果，解决了传统散热器材料绝缘性差，成本高，质量重，导热和散热效果差的问题。
例如，本发明一实施方式的散热层，其包括如下质量份的各组分：铜47份～50份、铝49份～52份、镁0.2份～0.7份、铁0.2份～0.7份、锰0.2份～0.5份、钛0.1份～0.3份、铬0.05份～0.1份和钒0.1份～0.3份。
上述散热层含有质量份为47份～50份的铜以及49份～52份的铝，可以使得所述散热层的热传导系数保持在300W/mK～350W/mK，以保证所述散热层可以将由所述传热层传递过来的热量快速地散失在空气介质中，进而防止热量在所述散热层上堆积，造成局部过热现象产生。相对于现有技术，单纯地采用价格较昂贵且质量较大的铜，上述散热层既具有散热效果好，能快速地将热量散失到空气中，又具有质量较轻、便于安装铸造、价格较低廉的优点。同时，相对于现有技术，单纯地采用散热效果较差的铝合金，上述散热层具有更佳的传热性能。此外，散热层含有质量份为0.2份～0.7份的镁、0.2份～0.7份的铁、0.2份～0.5份的锰、0.1份～0.3份的钛、0.05份～0.1份的铬以及0.1份～0.3的钒，改善了散热层的屈服强度、抗拉强度以及耐高温性能。例如，经多次实验佐证和理论分析发现，散热层含有质量份为0.2份～0.7份的镁，可以在一定程度上赋予散热层屈服强度和抗拉强度。
优选的，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份～49份、铝50份～52份、镁0.2份～0.5份、铁0.2份～0.5份、锰0.3份～0.5份、钛0.2份～0.3份、铬0.05份～0.08份和钒0.2份～0.3份。
优选的，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份、铝51份、镁0.3份、铁0.3份、锰0.4份、钛0.4份、铬0.08份和钒0.3份。
为了进一步减轻所述散热层的重量，且获得较好的散热效果，例如，本发明还提供一辅助散热层，所述辅助散热层设置于所述散热层远离所述传热层一侧面。
例如，本发明一实施方式的辅助散热层，其包括如下质量份的各组分：铝88份～93份、硅5.5份～10.5份、镁0.3份～0.7份、铜0.05份～0.3份、铁0.2份～0.8份、锰0.2份～0.5份、钛0.05份～0.3份、铬0.05份～0.1份以及钒0.05份～0.3份。
上述辅助散热层含有质量份为88份～93份的铝，可以使得辅助散热层的热传导系数保持在200W/mK～220W/mK，散热效果较佳，可以满足将剩余热量传递到空气介质中的需要，同时，其质量更轻，更利于运输。此外，辅助散热层含有质量份为5.5份～10.5份的硅、0.3份～0.7份的镁、0.05份～0.3份的铜、0.2份～0.8份的铁、0.2份～0.5份的锰、0.05份～0.3份的钛、0.05份～0.1份的铬以及0.05份～0.3份的钒，可以极大地改善辅助散热层的散热性能。例如，辅助散热层含有质量份为5.5份～10.5份的硅和0.05份～0.3份的铜，可以确保辅助散热层具有良好机械性能和质量较轻的优点，同时，还可以进一步改善辅助散热层的散热性能。又如，辅助散热层还包括质量份为0.3份～0.6份的铅(Pb)，当辅助散热层含有0.3份～0.6份的铅可以改善辅助散热层的抗拉强度，这样，可以防止当将辅助散热层被铸造冲压成片状或膜状的结构时，受到过大的冲压拉扯应力而断裂。又如，辅助散热层还包括质量份为0.02份～0.04份的铌(Nb)，当铌的质量份大于0.02份时，可以极大地提高辅助散热层的抗氧化性能，然而，当铌的质量份大于0.04份时，会导致辅助散热层的磁性急剧增加，会对LED灯具中的其他部件产生影响。又如，辅助散热层还包括质量份为0.02份～0.03份的锗(Ge)，当锗的质量份大于0.02份时，会对辅助散热层的散热性能的提高起到意想不到的效果，然而，当锗的质量占比过多，例如锗的质量份大于2份时，又会使辅助散热层的脆度增加。
需要说明的是，因LED灯发光产生的热量经过前四层，即所述绝缘层、所述导热层、所述传热层和所述散热层后，极大一部分的热量已散失到外界的空气中。因此，基于所述保护层的散热负担相对较小，及本身温度较低的情况下，热膨胀系数较大产生的影响极小的情况下，所述传热层可以使用当今市场最常用的塑料材料，以达到降低成本和重量，以及获得较好表面保护性能。
例如，本发明一实施方式的保护层，其具有表面保护性能好，重量较轻、成本较低优点，如此，当所述保护层位于所述复合材料的最外层时，可以具有较好的散热性能，较好的表面保护性能，较轻的重量和较低的成本。
例如，本发明一实施方式的保护层，其包括如下质量份的各组分：所述保护层包括如下质量份的各组分：石墨20份～40份，碳纤维20份～30份，聚酰胺40份～60份，水溶性硅酸盐10份～20份，六方氮化硼1份～8份，双马来酰亚胺2份～5份，硅烷偶联剂0.5份～2份，抗氧剂0.25份～1份。
上述水溶性硅酸盐与石墨及碳纤维混合时，在高温条件下可以与聚酰胺的发生共聚反应，形成散热通道，从而提高散热性能，且较蓬空的结构，质量更轻。此外，由于添加了碳纤维，其表面保护性能和机械性能更好，例如，更抗氧化，更耐酸碱，更耐腐蚀。
优选的，所述保护层包括如下质量份的各组分：石墨30份～35份，碳纤维25份～30份，聚酰胺45份～50份，水溶性硅酸盐15份～20份，六方氮化硼4份～6份，双马来酰亚胺3份～4份，硅烷偶联剂1份～1.5份，抗氧剂0.5份～1份。
优选的，所述保护层包括如下质量份的各组分：石墨35份，碳纤维28份，聚酰胺45份，水溶性硅酸盐18份，六方氮化硼5份，双马来酰亚胺3.5份，硅烷偶联剂1.8份，抗氧剂0.7份。
为了更好地使得所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层及所述保护层的的导热和散热途径更加优化，因此，综合考虑成本，重量，导热和散热效果，以及表面保护性能的情况下，本发明一实施方式的所述导热层、所述传热层、所述散热层及所述保护层厚度比为1～1.5：8～12：5～7：6～10：2～2.5，如此，可以使得所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层及所述保护层的的导热和散热途径更加优化。
为了使得所述复合材料的各层结构，即所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层更好地固定在一起，以提高结构稳定性能，例如，如图2所示，所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层的两两相邻界面之间均设置有嵌齿110及嵌槽120，当相邻两层结构贴合时，嵌齿110嵌置于嵌槽120内，这样可以使得所述复合材料的各层结构，即所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层更好地固定在一起，以提高结构稳定性能。又如，如图3所示，所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层的两两相邻界面之间均设置有卡扣210及卡槽220，当相邻两层结构贴合时，卡扣210嵌置于卡槽220内，这样可以使得所述复合材料的各层结构，即所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层更好地固定在一起，以进一步提高结构稳定性能。
为了进一步使得所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层固定在一起，以进一步提高结构稳定性，且减小对所述复合材料导热和传热性能的影响。
例如，请参阅图4，绝缘层100与导热层200之间设置第一填充粘合层600，导热层200与传热层300之间设置第二填充粘合层700，传热层300与散热层400之间设置有第三填充粘合层800，散热层400与保护层500之间设置第四填充粘合层900。可以理解，绝缘层100、导热层200、导热层200、传热层300、散热层400和保护层500的的两两相邻界面之间存在着结构微小且数量较多的缝隙，其原因主要在于，由于上述各层材料的贴合面不够紧密，而通过设置第一填充粘合层600、第二填充粘合层700、第三填充粘合层800和第四填充粘合层900可以较好地填充这些缝隙，同时也起到粘合的作用。
例如，本发明一实施方式的所述第一填充粘合层，其包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒300份～1000份，甲基乙烯基硅橡胶5份～30份，乙烯基硅油10份～50份，二甲基硅油10份～100份和MQ硅树脂1份～20份。
优选的，所述第一填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒800份～1000份，甲基乙烯基硅橡胶20份～30份，乙烯基硅油40份～50份，二甲基硅油80份～100份和MQ硅树脂15份～20份。
优选的，所述第一填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒900份，甲基乙烯基硅橡胶25份，乙烯基硅油45份，二甲基硅油85份和MQ硅树脂20份。
例如，本发明一实施方式的所述第二填充粘合层，其包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒200份～800份，甲基乙烯基硅橡胶10份～40份，乙烯基硅油10份～50份，二甲基硅油10份～100份和MQ硅树脂1份～20份；
优选的，所述第二填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒500份～700份，甲基乙烯基硅橡胶20份～30份，乙烯基硅油30份～40份，二甲基硅油50份～80份和MQ硅树脂10份～15份。
优选的，所述第二填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒600份，甲基乙烯基硅橡胶15份，乙烯基硅油35份，二甲基硅油65份和MQ硅树脂15份。
例如，本发明一实施方式的所述第三填充粘合层，其包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒200份～700份，甲基乙烯基硅橡胶10份～40份，乙烯基硅油10份～50份，二甲基硅油10份～100份和MQ硅树脂1份～20份。
优选的，所述第三填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒200份～600份，甲基乙烯基硅橡胶20份～40份，乙烯基硅油20份～50份，二甲基硅油30份～100份和MQ硅树脂5份～10份。
优选的，所述第三填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒500份，甲基乙烯基硅橡胶25份，乙烯基硅油25份，二甲基硅油30份和MQ硅树脂8份。
例如，本发明一实施方式的所述第四填充粘合层，其包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒150份～700份，甲基乙烯基硅橡胶15份～45份，乙烯基硅油10份～50份，二甲基硅油10份～100份和MQ硅树脂1份～20份。
优选的，所述第四填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒150份～450份，甲基乙烯基硅橡胶15份～25份，乙烯基硅油10份～25份，二甲基硅油80份～100份和MQ硅树脂1份～10份。
优选的，所述第四填充粘合层包括如下质量份的各组分：纳米氧化铝颗粒250份，甲基乙烯基硅橡胶18份，乙烯基硅油20份，二甲基硅油95份和MQ硅树脂5份。
上述第一填充粘合层600、第二填充粘合层700、第三填充粘合层800和第四填充粘合层900均以有机硅树脂为基体材料，并添加具有较好导热效果的纳米氧化铝颗粒。通过在有机硅树脂基体内加入导热粉体纳米氧化铝，从而可以制备出粘接力较强，导热系数高填充粘合材料，进而可以更好地使得所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层固定在一起，以进一步提高结构稳定性。
需要强调的时，第一填充粘合层600、第二填充粘合层700、第三填充粘合层800和第四填充粘合层900中纳米氧化铝颗粒的含量依次递减，是因为热量负荷亦是从绝缘层、导热层、传热层、散热层至所述保护层依次递减，这样，可以更好地取到梯度导热和散热的效果。
为了更好地粘持所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层，同时避免增加过大的厚度，且减少对导热和散热性能的影响，例如，所述第一填充粘合层、所述第二填充粘合层、所述第三填充粘合层和第四填充粘合层的厚度比为1～1.5：2～2.5：3～3.5：4～4.5，又如，所述第一填充粘合层与所述绝缘层的厚度比为1：50～80。
上述复合材料10通过依次叠加设置绝缘层100、导热层200、传热层300、散热层400和保护层500，可以获得绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好和质轻的优点。
一个例子是，本发明还提供一种LED灯具，其包括所述任一实施例的所述复合材料。
例如，请参阅图5，LED灯具20包括复合材料10及LED灯30，LED灯30设置于绝缘层100上，复合材料10设置为圆筒形结构。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种复合材料，其特征在于，包括：绝缘层、导热层、传热层、散热层和保护层，
所述导热层贴附于所述绝缘层上，所述传热层贴附于所述导热层上，所述散热层贴附于所述传热层上，所述保护层贴附于所述散热层上；
所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅40份～70份，三氧化二铝13份～55份，二氧化硅2份～15份，粘结剂3份～25份，高岭土2份～20份，氧化镁0.5份～2份，信阳土0.5份～2份，轻质钙0.5份～2份和稀土氧化物0.2份～0.5份；
所述导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯80份～95份，碳纳米管0.1份～20份和纳米碳纤维0.1份～20份；
所述传热层包括如下质量份的各组分：铜93份～97份、铝2份～4.5份、镍0.1份～0.3份、钒0.2份～1.2份、锰0.1份～0.4份、钛0.1份～0.3份、铬0.1份～0.3份和铌0.1份～0.3份；
所述散热层包括如下质量份的各组分：铜47份～50份、铝49份～52份、镁0.2份～0.7份、铁0.2份～0.7份、锰0.2份～0.5份、钛0.1份～0.3份、铬0.05份～0.1份和钒0.1份～0.3份。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导热层包括如下质量份的各组分：石墨烯85份～90份，碳纳米管5份～15份和纳米碳纤维5份～15份。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，石墨烯90份，碳纳米管10份和纳米碳纤维10份。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅50份～60份，三氧化二铝30份～50份，二氧化硅10份～15份，粘结剂10份～20份，高岭土15份～20份，氧化镁1份～1.5份，信阳土1份～1.5份，轻质钙1份～1.5份和稀土氧化物0.3份～0.4份。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述绝缘层包括如下质量份的各组分：碳化硅55份，三氧化二铝40份，二氧化硅13份，粘结剂15份，高岭土18份，氧化镁1.5份，信阳土1.5份，轻质钙1.5份和稀土氧化物0.3份。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份～49份、铝50份～52份、镁0.2份～0.5份、铁0.2份～0.5份、锰0.3份～0.5份、钛0.2份～0.3份、铬0.05份～0.08份和钒0.2份～0.3份。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述散热层包括如下质量份的各组分：铜48份、铝51份、镁0.3份、铁0.3份、锰0.4份、钛0.4份、铬0.08份和钒0.3份。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜94份～96份、铝3份～4份、镍0.2份～0.3份、钒0.5份～1份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
9.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述传热层包括如下质量份的各组分：铜95份、铝3.5份、镍0.3份、钒0.8份、锰0.2份～0.3份、钛0.2份～0.3份、铬0.2份～0.3份和铌0.2份～0.3份。
10.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述绝缘层、所述导热层、所述传热层、所述散热层和所述保护层的厚度比为1～1.5：8～12：5～7：6～10：2～2.5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |