CN103910535B

CN103910535B - 多孔陶瓷散热片及制备方法

Info

Publication number: CN103910535B
Application number: CN201210594569.6A
Authority: CN
Inventors: 陈宥嘉; 杨晔
Original assignee: XIAMEN ZHANFAN TRADING Co Ltd; WHA-YUEB TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Dongguan Gold Cool Nano Technology Co ltd; Wha Yueb Technology Co ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103910535A

Abstract

一种多孔陶瓷散热片及制备方法，其将具有高导热性与高绝缘性且粒径在20～100μm之间的金属化合物至少混合有造孔剂与黏结剂，再经由模制成生坯、干燥与烧制成型等工序所制备而成，所制备的多孔陶瓷散热片的厚度较佳在0.5～2mm之间，该造孔剂乃于制备过程中被耗减消失而致使该多孔陶瓷散热片形成有半径在600～8000nm之间的微小孔道，进而增大了该多孔陶瓷散热片与空气之间的接触散热面积，而所形成的微小孔道超过95％为通孔孔道，使得通孔孔道里的冷热空气能够形成热对流，实时将热量传送至该多孔陶瓷散热片外面，让该多孔陶瓷散热片维持在一个较低的温度下。本发明具有提升散热性能及低成本的功效。

Description

多孔陶瓷散热片及制备方法

技术领域

本发明是有关一种多孔陶瓷散热片及制备方法，尤指一种借由通孔孔道里的冷热空气所形成的热对流进而快速散热的设计。

背景技术

目前市场上主要是以铜、铝散热器作为3C产品和LED产品的散热基体，而欲利用铜、铝的高热导率达到快速散热的功效；然而，铜、铝本身为导体，通常必须再利用一绝缘层避免短路，但绝缘层热导率仅0.2～0.5W/mK，严重影响铜、铝散热器的导热和散热效果，且有耐热方面的问题。

次者，虽然已有一些陶瓷散热片进入市场，如氮化铝陶瓷散热片、碳化硅陶瓷散热片和普通型95％氧化铝陶瓷等；其中，尽管氮化铝导热系数非常高，可是价格昂贵，且吸潮后容易水解生成Al(OH)3，致使氮化铝陶瓷散热片导热率偏低，导热性能得不到发挥；碳化硅陶瓷散热片由于烧结困难，散热性能无法满足需求；普通型95％氧化铝陶瓷可能因结构致密致使散热面积太低，或因微观结构不合理而降低了散热性能，抑或是因为对微观结构和对流机制不甚了解，造成散热效果无法达到要求。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种多孔陶瓷散热片及制备方法，其具有提升散热性能及低成本的功效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多孔陶瓷散热片，将粒径在20～100μm之间具有高导热性与高绝缘性的金属化合物至少混合有造孔剂与黏结剂所制备而成，该造孔剂于制备过程中被耗减消失而致使该多孔陶瓷散热片为层状结构的型态且形成有微小孔道，而该微小孔道为交错连通的通孔孔道。

此外，该多孔陶瓷散热片的厚度在0.5～2mm之间，该微小孔道的半径在600～8000nm之间。又，该多孔陶瓷散热片进一步附着有导热层，该导热层的厚度在0.02～0.08mm之间。另，该多孔陶瓷散热片进一步混合有助熔剂、改性剂、增强剂、分散剂、脱模剂、絮凝剂，软化剂、消泡剂或可塑剂等化学助剂。再者，该金属化合物选自氧化铝、氮化铝、二氧化硅或前述金属化合物的组合；该造孔剂选自面粉、米粉、石油焦、淀粉、竹炭、木炭、糊精、锯末、聚乙二醇、PMMA、PS、炭黑、小麦粉、酚醛树脂、可发泡树脂、已发泡的发泡树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或前述造孔剂的组合；该黏结剂选自羟甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、硅酸钠或前述黏结剂的组合；该助熔剂选自钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、氧化钛或前述助熔剂的组合；该改性剂为聚乙烯醇；该增强剂为甲基纤维素；该分散剂选自聚乙烯醇、酚醛树脂、发泡树脂或前述分散剂的组合；该脱模剂为油酸；该絮凝剂选自硫酸镁、硫酸铜或前述絮凝剂的组合；该消泡剂选自天然油脂、硅脂或前述消泡剂的组合；该可塑剂为邻苯二甲酸盐。

本发明的多孔陶瓷散热片制备方法，包括下列步骤：a.采用金属化合物为主要成分并与造孔剂混合成初始组合物；b.将黏结剂搅拌制成浆料；c.将经过步骤a混合成的初始组合物与经过步骤b搅拌制成的浆料混合搅拌制成浆团；d.将经过步骤c混合搅拌制成的浆团挤压模制，制成生坯；e.将经过步骤d制成的生坯进行干燥；以及f.将经过步骤e干燥的生坯进行烧制成型。

另者，进一步将烧制成型的陶瓷散热片镀上一层导热层。又，步骤b进一步将助熔剂、改性剂、增强剂、分散剂、脱模剂、絮凝剂，软化剂、消泡剂或可塑剂等化学助剂与黏结剂一起搅拌制成浆料。然而，步骤e是先常温干燥3～9小时，再加温至50～90℃干燥1～5小时。再者，步骤f是于300～1500℃的温度范围与氧具有6～18％体积的氧化气氛条件下进行，且以5～150℃/小时的速率进行升温，而当烧制的气氛温度在700～1500℃的范围内，则借由造孔剂添加量进一步控制坯体中心温度与烧制的气氛温度的温度差值在-180～+80℃的范围内。

本发明的有益效果是，其具有提升散热性能及低成本的功效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的多孔陶瓷散热片的结构示意图。

图2是本发明的多孔陶瓷散热片的扫描式电子显微镜图。

图3是本发明的多孔陶瓷散热片制备方法的工序流程图。

图中标号说明：

10多孔陶瓷散热片

11微小孔道

12导热层

具体实施方式

首先，请参阅「图1」、「图2」所示，本发明的多孔陶瓷散热片10，是将具有高导热性与高绝缘性且粒径在20～100μm之间的金属化合物至少混合有造孔剂与黏结剂，再经由模制成生坯、干燥与烧制成型等工序所制备而成，所制备的多孔陶瓷散热片10的厚度较佳在0.5～2mm之间，该造孔剂乃于制备过程中被耗减消失而致使该多孔陶瓷散热片10形成有半径在600～8000nm之间的微小孔道11，进而增大了该多孔陶瓷散热片10与空气之间的接触散热面积；其中，所形成的微小孔道11超过95％为通孔孔道，使得通孔孔道里的冷热空气能够形成热对流，实时将热量传送至该多孔陶瓷散热片10外面，让该多孔陶瓷散热片10维持在一个较低的温度下；另，因金属化合物间呈颈向(点状)烧结的态样，故该多孔陶瓷散热片10为层状结构的型态且该微小孔道11为错流结构；又，该多孔陶瓷散热片10进一步附着有导热层12，该导热层12的厚度较佳在0.02～0.08mm之间。

接着，请参阅「图3」所示，本发明的多孔陶瓷散热片制备方法，包括下列步骤：a.采用金属化合物为主要成分并与造孔剂混合成初始组合物；b.将黏结剂搅拌制成浆料，甚至进一步将助熔剂、改性剂、增强剂、分散剂、脱模剂、絮凝剂，软化剂、消泡剂或可塑剂等化学助剂与黏结剂一起搅拌制成浆料；c.将经过步骤a混合成的初始组合物与经过步骤b搅拌制成的浆料混合搅拌制成浆团；d.将经过步骤c混合搅拌制成的浆团挤压模制，制成生坯；e.将经过步骤d制成的生坯进行干燥，而先常温(27～40℃)干燥3～9小时，再加温至50～90℃干燥1～5小时，以避免因厚度太薄而产生翘边与开裂的问题，而干燥方式采用加压干燥；以及f.将经过步骤e干燥的生坯于300～1500℃的温度范围与氧具有6～18％体积的氧化气氛条件下进行烧制成型，且以5～150℃/小时的速率进行升温，而当烧制的气氛温度在700～1500℃的范围内，则借由造孔剂添加量进一步控制坯体中心温度与烧制的气氛温度的温度差值在-180～+80℃的范围内，这样就能够避免由于烧制气氛温度与坯体中心部温度差过大引起收缩不一致导致坯体开裂的现象发生，造孔剂乃会全燃烧而形成微小孔道；然而，甚至进一步将烧制成型的陶瓷散热片镀上一层导热层。

此外，该金属化合物选自具有高导热性与高绝缘性的氧化铝、氮化铝、二氧化硅或前述金属化合物的组合。又，为了控制该多孔陶瓷散热片10形成的微小孔道11的孔隙率和孔道大小，该造孔剂选自面粉、米粉、石油焦、淀粉、竹炭、木炭、糊精、锯末、聚乙二醇、PMMA、PS、炭黑、小麦粉、酚醛树脂、可发泡树脂、已发泡的发泡树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或前述造孔剂的组合。另，为了使原料颗粒的混合具有更好地结合性、降低烧制温度、提高结构强度以及更易于脱模，乃可适当地进一步混合有助熔剂、改性剂、增强剂、分散剂、脱模剂、絮凝剂，软化剂、消泡剂或可塑剂等化学助剂；该黏结剂选自羟甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、硅酸钠或前述黏结剂的组合；该助熔剂选自钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、氧化钛或前述助熔剂的组合；该改性剂为聚乙烯醇；该增强剂为甲基纤维素；该分散剂选自聚乙烯醇、酚醛树脂、发泡树脂或前述分散剂的组合；该脱模剂为油酸；该絮凝剂选自硫酸镁、硫酸铜或前述絮凝剂的组合；该消泡剂选自天然油脂、硅脂或前述消泡剂的组合；该可塑剂为邻苯二甲酸盐。

基于上述构成，本发明的成型方式没有一定的限制，可以根据现有条件选择最佳成型方式；例如，混合氧化铝原料100质量份、造孔剂8～24质量份、黏结剂3.2～10.5质量份、助溶剂2～8.4质量份、改性剂1.5～6.4质量份、增强剂2.1～5.6质量份、分散剂2.1～3.3质量份、絮凝剂0.8～2.4质量份、消泡剂0.3～0.5质量份以及可塑剂0.7～1.3质量份后，采用等静压或流延成型工艺制造生坯。而在生坯烧制工序中，坯体中心温度是由造孔剂的添加量来决定的，因为烧制气氛温度升高时，并不能够很快地将热量传导至坯体中心，当温度足够高时，能够使得造孔剂燃烧释放热量，加快坯体中心温度的上升，减少中心温度与烧制气氛温度的差值；然而，当造孔剂的量太少时，一方面导致孔隙率不够，另一方面导致坯体中心温度远低于烧制气氛温度，导致坯体开裂；但当造孔剂的量太多时，则可能发生烧制时坯体坍塌，或者是由于坯体中心温度远高于烧制气氛温度引起烧成收缩不一致导致坯体开裂。是以，本发明的多孔陶瓷散热片所形成的微小孔道为通孔孔道，遂故可借由通孔孔道里的冷热空气所形成的热对流，进而快速散热，且材料及加工成本皆低，而具有提升散热性能及低成本的功效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims

1.一种多孔陶瓷散热片制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

a.采用金属化合物为主要成分并与造孔剂混合成初始组合物；

b.将黏结剂搅拌制成浆料；

c.将经过步骤a混合成的初始组合物与经过步骤b搅拌制成的浆料混合搅拌制成浆团；

d.将经过步骤c混合搅拌制成的浆团挤压模制，制成生坯；

e.将经过步骤d制成的生坯进行干燥；

f.将经过步骤e干燥的生坯于300～1500℃的温度范围与氧具有6～18％体积的氧化气氛条件下，且以5～150℃/小时的速率进行升温，而当烧制的气氛温度在700～1500℃的范围内，则借由造孔剂添加量进一步控制坯体中心温度与烧制的气氛温度的温度差值在-180～+80℃的范围内进行烧制成型；以及

g.进一步将烧制成型的陶瓷散热片镀上一层导热层。

2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷散热片制备方法，其特征在于，所述步骤b进一步将助熔剂、改性剂、增强剂、分散剂、脱模剂、絮凝剂，软化剂、消泡剂或可塑剂与黏结剂一起搅拌制成浆料。

3.根据权利要求2所述的多孔陶瓷散热片制备方法，其特征在于，所述步骤e是先常温干燥3～9小时，再加温至50～90℃干燥1～5小时。