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CN113724918B - 一种金属化碳纤维板及其制备方法 - Google Patents

一种金属化碳纤维板及其制备方法 Download PDF

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CN113724918B CN202110865704.5A CN202110865704A CN113724918B CN 113724918 B CN113724918 B CN 113724918B CN 202110865704 A CN202110865704 A CN 202110865704A CN 113724918 B CN113724918 B CN 113724918B
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Abstract

本申请公开了一种金属化碳纤维板及其制备方法。该金属化碳纤维板包括：碳纤维基板；金属导电层，设置在碳纤维基板的一侧，用于实现金属化碳纤维板的导电性。本申请采用碳纤维基板作为整个金属化碳纤维板的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板的重量；且本申请通过金属导电层传输电信号，能够实现金属化碳纤维板的导电性。与传统的金属板比较，本申请金属化碳纤维板能够保证导电性能，且能够缩小重量，便于其轻便化设计。

Description

一种金属化碳纤维板及其制备方法
技术领域
本申请涉及新型板材技术领域，特别是涉及一种金属化碳纤维板及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，电子产品的种类及功能也越来越丰富多样，且随着人们生活水平的提高，不仅对电子产品的外观、功能等的要求也越来越高，且对电子产品的尺寸、重量及抗摔性能等也提出了越来越高的要求。
控制电路是电子设备的大脑，导电板是控制电路的载体。目前流行的金属板作为导电板的质量(重量)较大，无法满足产品的轻量化要求。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是如何实现一种可导电的碳纤维板，以代替现有的金属导电板，进而减小其重量。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种金属化碳纤维板。所述金属化碳纤维板包括：碳纤维基板；金属导电层，设置在所述碳纤维基板的一侧，用于实现所述金属化碳纤维板的导电性。
在一具体实施例中，所述金属化碳纤维板进一步包括：连接层，设置在所述碳纤维基板与所述金属导电层之间，用于将所述碳纤维基板与所述金属导电层进行固定。
在一具体实施例中，所述连接层为Ni膜层。
在一具体实施例中，所述金属化碳纤维板进一步包括：第一保护层，设置在所述金属导电层背离所述碳纤维基板的一侧。
在一具体实施例中，所述金属化碳纤维板进一步包括：第二保护层，设置在所述第一保护层背离所述金属导电层的一侧。
在一具体实施例中，所述金属导电层为Cu膜层，所述第一保护层为Ni膜层，所述第二保护层为NiNx膜层，其中，所述x的范围为0.5-1.0。
在一具体实施例中，所述连接层的厚度范围为20-100nm，所述金属导电层的厚度范围为300-3000nm，所述第一保护层的厚度范围为20-500nm，所述第二保护层的厚度范围为50-100nm。
在一具体实施例中，所述金属导电层为CuNi膜层，所述第一保护层为NiOx膜层，其中，所述x的范围为0.2-0.5。
在一具体实施例中，所述连接层的厚度范围为20-100nm，所述金属导电层的厚度范围为300-3000nm，所述第一保护层的厚度范围为20-500nm。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种碳纤维板的制备方法。所述金属化碳纤维板的制备方法包括：提供碳纤维基板；采用磁控溅射方式在所述碳纤维基板的一侧表面上形成金属导电层；采用磁控溅射方式在所述金属导电层背离所述碳纤维基板的一侧表面上形成保护层。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请金属化碳纤维板包括碳纤维基板及设置在碳纤维基板一侧的金属导电层，金属导电层用于实现金属化碳纤维板的导电性。通过这种方式，本申请采用碳纤维基板作为整个金属化碳纤维板的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板的重量；且本申请通过金属导电层传输电信号，能够实现金属化碳纤维板的导电性。与传统的金属板比较，本申请金属化碳纤维板能够保证导电性能，且能够缩小重量，便于其轻便化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请金属化碳纤维板一实施例的结构示意图；
图2是本申请金属化碳纤维板另一实施例的结构示意图；
图3是本申请金属化碳纤维板又一实施例的结构示意图；
图4是本申请金属化碳纤维板的制备方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请首先提出一种碳纤维板，如图1所示，图1是本申请金属化碳纤维板一实施例的结构示意图。本实施例金属化碳纤维板10包括：碳纤维基板11及金属导电层12；金属导电层12设置在碳纤维基板11的一侧，用于实现金属化碳纤维板10的导电性。
区别于现有技术，本实施例采用碳纤维基板11作为整个金属化碳纤维板10的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板10的重量；且本实施例通过金属导电层12传输电信号，能够实现金属化碳纤维板10的导电性。与传统的金属板比较，本实施例金属化碳纤维板10能够保证导电性能，且能够缩小重量，便于其轻便化设计。
可选地，本实施例的金属化碳纤维板10进一步包括：连接层13；连接层13设置在碳纤维基板11与金属导电层12之间，用于将碳纤维基板11与金属导电层12进行固定。
可选地，本实施例的连接层13可以为Ni膜层；Ni膜层对于碳纤维基板11的咬合力较大，能够提升碳纤维基板11与金属导电层12之间的结合力。
可选地，连接层13作为衔接层可以采用与碳纤维基板11相近的结构及成分，能够提升碳纤维基板11与金属导电层12之间的结合力。
在其它实施例中，连接层的成分可以根据碳纤维基板的成分进行调整；或者连接层可以采用具有粘性的粘贴层等。
本申请进一步提出另一实施例的金属化碳纤维基板，如图2所示，图2是本申请金属化碳纤维板另一实施例的结构示意图。本申请金属化碳纤维板20包括：碳纤维基板21、金属导电层22及第一保护层23；其中，金属导电层22设置在碳纤维基板21的一侧，用于实现金属化碳纤维板20的导电性；第一保护层23设置在金属导电层22背离碳纤维基板21的一侧，用于保护金属导电层22。
进一步地，本实施例金属化碳纤维板20进一步包括：连接层24；连接层24设置在碳纤维基板21与金属导电层22之间，用于将碳纤维基板21与金属导电层22进行固定。
可选地，本实施例的连接层24可以为Ni膜层；Ni膜层对于碳纤维基板21的咬合力较大，能够提升碳纤维基板21与金属导电层22之间的结合力。
可选地，连接层24作为衔接层可以采用与碳纤维基板21相近的结构及成分，能够提升碳纤维基板21与金属导电层22之间的结合力。
在其它实施例中，连接层的成分可以根据碳纤维基板的成分进行调整；或者连接层可以采用具有粘性的粘贴层等。
可选地，本实施例的金属导电层22可以为CuNi膜层；CuNi膜层中的Cu:Ni wt％＝90:10％。CuNi膜层具有良好的导电性能，且稳定性较高，因此能够保证金属化碳纤维板20的导电性能。
可选地，本实施例的第一保护层23为非金属保护层，该非金属保护层可以是NiOx膜层，其中，x的范围为0.2-0.5。当然，在其它实施例中，还可以采用Ni的其它化合物作为Ni膜层的非金属保护层。
本实施例采用碳纤维基板21作为整个金属化碳纤维板20的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板20的重量；且本实施例通过金属导电层22传输电信号，能够实现金属化碳纤维板20的导电性。
本实施例金属化碳纤维板20与上述金属化碳纤维基板10的区别在于，本实施例金属化碳纤维板20进一步包括：第一保护层23，能够提高金属导电层22不受外部污染及腐蚀。第一保护层23作为金属保护层和防氧化、防腐蚀层，为金属化碳纤维板20的稳定性和耐久性提供保证。
可选地，本实施例的连接层24的厚度范围可以为20-100nm，该厚度范围具体可以为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm及100nm等；金属导电层22的厚度范围可以为300-3000nm，该厚度范围具体可以为300nm、500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、及3000nm等；第一保护层23的厚度范围可以为20-500nm，该厚度范围具体可以为20nm、50nm、100nm、150nm、300nm、400nm、500nm及100nm等。
例如，Ni膜层的厚度为500nm，CuNi膜层的厚度为300-3000nm(Cu:Ni wt％＝90:10％)，NiOx膜层的厚度为20-500nm。
本申请进一步提出又一实施例的金属化碳纤维板，如图3所示，图3是本申请金属化碳纤维板又一实施例的结构示意图。本申请金属化碳纤维板30包括：碳纤维基板31、金属导电层32、第一保护层33及第二保护层35；其中，金属导电层32设置在碳纤维基板31的一侧，用于实现金属化碳纤维板30的导电性；第一保护层33设置在金属导电层32背离碳纤维基板31的一侧，用于保护金属导电层32；第二保护层35设置在第一保护层33背离金属导电层32的一侧。
进一步地，本实施例金属化碳纤维板30进一步包括：连接层34；连接层34设置在碳纤维基板31与金属导电层32之间，用于将碳纤维基板31与金属导电层32进行固定。
可选地，本实施例的连接层34可以为Ni膜层；Ni膜层对于碳纤维基板31的咬合力较大，能够提升碳纤维基板31与金属导电层32之间的结合力。
可选地，连接层34作为衔接层可以采用与碳纤维基板31相近的结构及成分，能够提升碳纤维基板31与金属导电层32之间的结合力。
在其它实施例中，连接层的成分可以根据碳纤维基板的成分进行调整；或者连接层可以采用具有粘性的粘贴层等。
可选地，本实施例的金属导电层32可以为Cu膜层。Cu膜层具有良好的导电性能，且价格较低，因此能够保证金属化碳纤维板30的导电性能；当然，在其它实施例中，还可以采用Cu与其它金属的合金膜层或者其它金属膜层代替本实施例的Cu膜层。
可选地，本实施例的第一保护层33为金属保护层，该金属保护层可以是Ni膜层。当然，在其它实施例中，还可以采用铬膜层、钛膜层或者合金膜层等实现金属保护层。
可选地，本实施例的第二保护层35为非金属保护层，该非金属保护层可以是NiNx膜层，其中，x的范围为0.5-1.0。当然，在其它实施例中，还可以采用Ni的其它化合物作为Ni膜层的非金属保护层。
本实施例采用碳纤维基板31作为整个金属化碳纤维板30的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板30的重量；且本实施例通过金属导电层32传输电信号，能够实现金属化碳纤维板30的导电性。
本实施例金属化碳纤维板30与上述金属化碳纤维基板20的区别在于，本实施例金属化碳纤维板30进一步包括：第二保护层35，第二保护层35作为钝化层和防氧化、防腐蚀层，为金属化碳纤维板30的稳定性和耐久性提供保证。
可选地，本实施例的连接层34的厚度范围可以为20-100nm，该厚度范围具体可以为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm及100nm等；金属导电层32的厚度范围可以为300-3000nm，该厚度范围具体可以为300nm、500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、及3000nm等；第一保护层33的厚度范围可以为20-500nm，该厚度范围具体可以为20nm、50nm、100nm、150nm、300nm、400nm、500nm及100nm等；第二保护层35的厚度范围可以为50-100nm，该厚度范围具体可以为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm及100nm等。
例如，Ni膜层的厚度为500nm、Cu膜层的厚度为3000nm、Ni膜层的厚度为300nm及NiNx膜层的厚度为100nm。
本实施例金属化碳纤维板30采用两层保护层，能够进一步提高金属导电层32的稳定性；而上述实施例金属化碳纤维板20因仅采用一层保护层，能够减少金属化碳纤维板20的厚度。
本实施例金属化碳纤维板30与上述金属化碳纤维基板20的区别在于，本实施例的金属导电层32采用Cu膜层，相较于CuNi膜层，本实施例的Cu膜层导电性能更好。
本申请金属化碳纤维板的上述实施例采用不同成分的金属导电层及其保护层，均能具有以下性能：
附着力：100/100(百格测试无脱落)；表面电阻：0.015欧姆/方块(Ohm/Square)；高温高湿测试：500Hrs，80℃，80RH％，电阻值变化率＜5％；醋酸测试：5mol％，2Hrs，电阻值变化率＜5％。
本申请金属化碳纤维板是一种在碳纤维结构材料表面进行金属化的导电板，其作为纯金属材料的替代品，具有重量轻的特点，同时具有金属材料的可导电特性，是电子产品轻量化的优选方案。
本申请金属化碳纤维板具有质量轻、导电性好、耐久性强等特点。
本申请进一步提出一种金属化碳纤维板的制备方法，如图4所示，图4是本申请金属化碳纤维板的制备方法一实施例的流程示意图。本实施例金属化碳纤维板的制备方法包括以下步骤：
步骤S41：提供碳纤维基板。
步骤S42：采用磁控溅射方式在碳纤维基板的一侧表面上形成连接层。
采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击Ni靶表面，以将Ni纳米基团沉积到碳纤维基板上，形成Ni膜层，经过一定时间的沉积，控制Ni膜层的厚度为20-100nm。
步骤S43：采用磁控溅射方式在连接层背离碳纤维基板的一侧表面上形成金属导电层。
采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击Cu靶表面，以将Cu纳米基团沉积到Ni膜层背离碳纤维基板的一侧表面，形成一层纯Cu膜层，经过一定时间的沉积，控制厚度Cu膜层为300-3000nm。
步骤S44：采用磁控溅射方式在金属导电层背离连接层的一侧表面上形成保护层。
本实施例的保护层包括Ni膜层及NiNx膜层。
采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击Ni靶表面，以将Ni纳米基团沉积到Cu膜层背离Ni膜层的一侧表面，形成Ni膜层，经过一定时间的沉积时间，控制Ni膜层的厚度为20-500nm。
采用磁控溅射方式，以Ar和N2共同作为工作气体，施加电压将Ar和N2进行放电，Ar+离子和N+离子轰击Ni靶表面，以将NiNx纳米基团沉积到Ni膜层背离Cu膜层的一侧表面，形成NiNx膜层，经过一定时间的沉积，控制NiNx膜层的厚度为20-100nm。
每一膜层可以采用纤维基板作为载体。
在另一实施例中，金属导电层为CuNi膜层，保护层为NiOx膜层，对应的金属化碳纤维板的制备方法如下：提供碳纤维基板；采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击Al靶表面，以将Ni纳米基团沉积到Ni基板上，形成Ni膜层，经过一定时间的沉积，控制Ni膜层的厚度为20-100nm；采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击CuNi合金靶表面，以将合金的纳米基团沉积到碳纤维基板背离Ni膜层上，形成CuNi膜层，经过一定时间的沉积，控制CuNi膜层的厚度为300-3000nm；采用磁控溅射方式，以Ar作为工作气体，施加电压将Ar进行放电，Ar+离子轰击NiOx靶表面，以将NiOx纳米基团沉积到CuNi膜层背离Ni膜层的一侧表面，形成NiOx膜层，经过一定时间的沉积时间，控制NiOx膜层的厚度为20-500nm。
每一膜层可以采用纤维基板作为载体。
区别于现有技术，本申请金属化碳纤维板包括碳纤维基板及设置在碳纤维基板一侧的金属导电层，金属导电层用于实现金属化碳纤维板的导电性。通过这种方式，本申请采用碳纤维基板作为整个金属化碳纤维板的支撑结构，因碳纤维的重量小于金属的重量，因此能够减小整个金属化碳纤维板的重量；且本申请通过金属导电层传输电信号，能够实现金属化碳纤维板的导电性。与传统的金属板比较，本申请金属化碳纤维板能够保证导电性能，且能够缩小重量，便于其轻便化设计。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种金属化碳纤维板，其特征在于，包括：
碳纤维基板；
金属导电层，设置在所述碳纤维基板的一侧，用于实现所述金属化碳纤维板的导电性；
所述金属化碳纤维板进一步包括：连接层，设置在所述碳纤维基板与所述金属导电层之间，用于将所述碳纤维基板与所述金属导电层进行固定；
所述连接层为Ni膜层；
所述金属化碳纤维板进一步包括：第一保护层，设置在所述金属导电层背离所述碳纤维基板的一侧；
所述金属导电层为CuNi膜层，所述第一保护层为NiOx膜层；或者
所述金属导电层为Cu膜层，所述第一保护层为Ni膜层。
2.根据权利要求1所述的金属化碳纤维板，其特征在于，所述金属化碳纤维板进一步包括：第二保护层，设置在所述第一保护层背离所述金属导电层的一侧。
3.根据权利要求2所述的金属化碳纤维板，其特征在于，所述金属导电层为Cu膜层，所述第一保护层为Ni膜层，所述第二保护层为NiNx膜层，其中，所述第二保护层中x的范围为0.5-1.0。
4.根据权利要求3所述的金属化碳纤维板，其特征在于，所述连接层的厚度范围为20-100nm，所述金属导电层的厚度范围为300-3000nm，所述第一保护层的厚度范围为20-500nm，所述第二保护层的厚度范围为50-100nm。
5.根据权利要求1所述的金属化碳纤维板，其特征在于，所述金属导电层为CuNi膜层，所述第一保护层为NiOx膜层，其中，所述第一保护层中x的范围为0.2-0.5。
6.根据权利要求5所述的金属化碳纤维板，其特征在于，所述连接层的厚度范围为20-100nm，所述金属导电层的厚度范围为300-3000nm，所述第一保护层的厚度范围为20-500nm。
7.一种金属化碳纤维板的制备方法，其特征在于，所述金属化碳纤维板的制备方法包括：
提供碳纤维基板；
采用磁控溅射方式在所述碳纤维基板的一侧表面上形成连接层；
采用磁控溅射方式在所述连接层背离所述碳纤维基板的一侧表面上形成金属导电层；
采用磁控溅射方式在所述金属导电层背离所述连接层的一侧表面上形成保护层；
其中，所述连接层为Ni膜层；
所述金属导电层为CuNi膜层，所述保护层为NiOx膜层；或者
所述金属导电层为Cu膜层，所述保护层为Ni膜层。
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