CN104726070B - 一种用于led热界面的复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于led热界面的复合相变材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于LED热界面的复合相变材料及其制备方法。其是由以下质量百分比的原料组成：18‑45%的铋、10‑27%的锡、35‑55%的铟、0‑1%的锑、0‑2%的镓、余量的胶体石墨粉。或者，其是由以下质量百分比的原料组成：44.51%的铋、17.47%的锡、35.77%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。或者，其是由以下质量百分比的原料组成：34.75%的铋、13.47%的锡、49.53%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。或者，其是由以下质量百分比的原料组成：18.97%的铋、26.32%的锡、51.48%的铟、1.55%的镓、余量的胶体石墨粉。该复合材料的制备方法为：1）备料；2）制样：保护气氛下，将混匀的原料熔炼，再冷却至室温。本发明的用于LED热界面复合相变材料，导热系数高、相变温阈宽、相变焓大、性能稳定，能有效降低接触热阻。

Description

一种用于LED热界面的复合相变材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于LED热界面的复合相变材料及其制备方法。
背景技术
传热储热材料是热量转换、传输与储存的基础。目前常用的传热储热材料有水/蒸汽、导热油、熔融盐和液态金属等。其中，金属及合金由于具有导热系数高、使用温度范围广、使用寿命长、性能稳定等优点而得到国内外研究的广泛关注，尤其是以Sn、Bi、Pb、Cd、In、Ga、Sb 等低熔点金属元素组成的低熔点合金，具有密度高、熔点低和沸点高等物理特性，是一种潜在的中低温相变储热材料和热量传输介质。
相当多的电子或电器产品在使用中常会由于过流、过热等原因而导致电路的破坏,从而影响产品的正常使用。针对高热流密度电子元件的散热问题，研发人员研发出了大量的界面热控材料，如换热涂料和相变材料，并且已经取得不少进展。
然而，现有技术中的界面热控材料的性能还存在诸多不足：例如导热系数不大，不能有效降低接触热阻，相变焓小，相变温阈窄等等。
发明内容
本发明的目的在于一种用于LED热界面的复合相变材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：18-45%的铋、10-27%的锡、35-55%的铟、0-1%的锑、0-2%的镓、余量的胶体石墨粉。
一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：44.51%的铋、17.47%的锡、35.77%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：34.75%的铋、13.47%的锡、49.53%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：18.97%的铋、26.32%的锡、51.48%的铟、1.55%的镓、余量的胶体石墨粉。
所述的铋、铟、锡、锑、镓的粒径均为10-40μm。
所述的胶体石墨粉的粒径为30-40μm。
一种用于LED热界面的复合相变材料的制备方法，步骤为：
1）备料：将所有原料混合均匀；
2）制样：在保护气氛下，将以上混合均匀的原料熔炼，再冷却至室温。
步骤2）具体为：将混合原料放入熔炼炉中并通入保护气体，将温度从室温上升到600-800℃，之后保温20min-1h，然后关闭加热电源后自然冷却到室温。
所述的保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的至少一种。
本发明的有益效果是：本发明的用于LED热界面的复合相变材料，导热系数高、相变温阈宽、相变焓大、性能稳定，能有效降低接触热阻。
具体来说：
1.采用的低熔点金属原料具有较大的熔化焓，能将有电子元件传来的热量快速吸收；
2.本发明的系列配方的复合相变材料具有较大的导热系数，其在熔点范围内的导热系数为55-85W/m.K，能将电子元件产生的热量快速的传递出去；
3.本发明的系列配方的复合相变材料的熔点范围为30-80℃，不同组分的复合材料用于不同功率的LED中，其在工作状态下为液态，即熔融后成流态附着在基板上，填充基板上的间隙，大大降低了接触热阻，从而实现热量的快速转移，防止电子元件因过热而损坏；
4.采用的胶体石墨能有效附着在复合材料表面，能有效抑制金属材料在复合过程及熔炼的自然冷却过程中的氧化反应并能细化晶粒。
具体实施方式
一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：18-45%的铋、10-27%的锡、35-55%的铟、0-1%的锑、0-2%的镓、余量的胶体石墨粉，优选的，所述的锑和镓的用量不同时为0。
优选的，一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：18.97-44.51%的铋、13.47-26.32%的锡、35.77-51.48%的铟、0-0.55%的锑、0-1.55%的镓、余量的胶体石墨粉，优选的，所述的锑和镓的用量不同时为0。
进一步优选的，一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：44.51%的铋、17.47%的锡、35.77%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
进一步优选的，一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：34.75%的铋、13.47%的锡、49.53%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
进一步优选的，一种用于LED热界面的复合相变材料，其是由以下质量百分比的原料组成：18.97%的铋、26.32%的锡、51.48%的铟、1.55%的镓、余量的胶体石墨粉。
所述的铋、铟、锡、锑、镓的粒径均为10-40μm。
所述的胶体石墨粉的粒径为30-40μm。
一种用于LED热界面的复合相变材料的制备方法，步骤为：
1）备料：将所有原料混合均匀；
2）制样：在保护气氛下，将以上混合均匀的原料熔炼，再冷却至室温。
优选的，步骤2）具体为：将混合原料放入熔炼炉中并通入保护气体，将温度从室温上升到600-800℃，之后保温20min-1h，然后关闭加热电源后自然冷却到室温。
所述的保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的至少一种。
优选的，步骤2）具体为：将混合原料放入熔炼炉中并通入保护气体，将温度从室温上升到700℃，之后保温30min，然后关闭加热电源后自然冷却到室温。
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
备料：取纯度均为99.9%以上的各个原料粉末，按质量百分比计，铋44.51%，锡17.47%，铟 35.77%，锑 0.55%，胶体石墨粉1.7%，加入到刚玉坩埚中混合并搅拌。制样：将加热熔炼炉电源开关打开，将混合原料放入熔炼炉中并通入氮气，将熔炼炉温度从室温耗时2.5小时升到700℃，之后保持700℃半个小时，然后关闭加热电源后自然冷却到室温。
本实施例制备得到的热界面材料的用DSC-Q20测试熔点，得到的测试结果是：78.9℃。
实施例2：
备料：取纯度均为99.9%以上的各个原料粉末，按质量百分比计，铋34.75%，锡13.47%，铟 49.53%，锑 0.55%，胶体石墨粉1.7%，加入到刚玉坩埚中混合并搅拌。制样过程同实施例1。
本实施例制备得到的热界面材料的用DSC-Q20测试熔点，得到的测试结果是：61.6℃。
实施例3：
备料：取纯度均为99.9%以上的各个原料粉末，按质量百分比计，铋18.97%，锡26.32%，铟 51.48%，镓 1.55%，胶体石墨粉1.68%，加入到刚玉坩埚中混合并搅拌。制样过程同实施例1。
本实施例制备得到的热界面材料的用DSC-Q20测试熔点，得到的测试结果是：31.3℃。
另外，经过测试，实施例1-3得到的产品的导热系数在55-85W/m.K，不同组分的复合材料用于不同功率的LED中，其在工作状态下为液态，即熔融后成流态附着在基板上，填充基板上的间隙，大大降低了接触热阻，从而实现热量的快速转移，防止电子元件因过热而损坏。

Claims (8)

1.一种用于LED热界面的复合相变材料，其特征在于：其是由以下质量百分比的原料组成：18.97-44.51%的铋、13.47-26.32%的锡、35.77-51.48%的铟、0-0.55%的锑、0-1.55%的镓、余量的胶体石墨粉；所述的锑和镓的用量不同时为0；所述的胶体石墨粉的粒径为30-40μm。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED 热界面的复合相变材料，其特征在于：所述的铋、铟、锡、锑、镓的粒径均为10-40μm。
3.一种用于LED热界面的复合相变材料，其特征在于：其是由以下质量百分比的原料组成：44.51%的铋、17.47%的锡、35.77%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
4.一种用于LED热界面的复合相变材料，其特征在于：其是由以下质量百分比的原料组成：34.75%的铋、13.47%的锡、49.53%的铟、0.55%的锑、余量的胶体石墨粉。
5.一种用于LED热界面的复合相变材料，其特征在于：其是由以下质量百分比的原料组成：18.97%的铋、26.32%的锡、51.48%的铟、1.55%的镓、余量的胶体石墨粉。
6.权利要求1 所述的一种用于LED 热界面的复合相变材料的制备方法，其特征在于：步骤为：
1）备料：将所有原料混合均匀；
2）制样：在保护气氛下，将以上混合均匀的原料熔炼，再冷却至室温。
7.根据权利要求6所述的一种用于LED 热界面的复合相变材料的制备方法，其特征在于：步骤2）具体为：将混合原料放入熔炼炉中并通入保护气体，将温度从室温上升到600-800℃，之后保温20min-1h，然后关闭加热电源后自然冷却到室温。
8.根据权利要求7所述的一种用于LED 热界面的复合相变材料的制备方法，其特征在于：所述的保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的至少一种。
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