聚酰亚胺膜碳化和石墨化

随着对聚酰亚胺薄膜碳化过程研究发现，聚酰亚胺的高分子链结构最剧烈变化是在650℃以前，首先发生亚酰胺环沿C-N键断裂和脱羰基发应，形成具有共轭腈基及异腈基的苯环型化合物，650℃以后产生杂环的合并和脱除残留的氮、氧，生成连续巨大的芳香杂环化合物，再经稠环芳构化，类石墨结构的六角碳网层面形成并逐渐增长。当加热温度达到700℃时，观察到代表类似碳六方网面的(002)衍射峰的出现，其衍射强度随热解炭化温度的升高而加强。

现有技术中聚酰亚胺薄膜大多用于柔性电路板，虽然有采用聚酰亚胺薄膜烧结获得石墨散热片，从而贴覆在热源上。在带有温控仪的碳化炉中，氮气保护气氛下将多层薄膜在一定压力、温度控制下首先层压成型，然后在碳化炉中碳化，炭化温度为800℃。碳化后的聚酰亚胺薄膜放入中频感应石墨化炉中于2500-2800℃进行热处理。

石墨化处理工艺为：抽真空至10Pa左右送电升温，升温速率10℃/min，升至2000℃时停止抽真空，保温0.5h后充氩气至0.09Mpa，然后继续升温，在2500-2800℃保温2h，然后样品随炉冷却。

PI薄膜经热解炭化发生明显变化，薄膜的颜色由透明的黄色变为黑色，经过进一步的高温热处理后，厚度方向明显收缩，直径方向慢慢增大，碳膜石墨平面芳香族环尺寸也慢慢发育长大，逐渐在层面之间形成三维有序的石墨结构，但出现较为明显的尺寸收缩、裂纹和孔洞，质地变脆。

随着热处理温度的升高，不同聚酰亚胺薄膜的密度降低，开孔率增加，抗弯强度降低，体积电阻率减小，热导率增加。热解后的BTDA/BAPF聚酰亚胺薄膜表现出较好的性质，2800℃处理后，密度1.6g/cm3，开孔率1.0%，抗弯强度90MPa，体积电阻率38-45Ω·cm，热导率17 kcal/m·h·℃