CN104911441B - 低熔点金属及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低熔点金属及其制备方法和应用，其目的在于提供一种导电及导热性能优异、成本低、用途广泛的低熔点金属。本发明的低熔点金属由镓、铟、铋、铜、铁、银和锡金属组成合金，熔点为‑3°C；可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等需降低接触热阻或电阻的导热、导电及散热领域。

Description

低熔点金属及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低熔点金属及其制备方法和应用，该种金属成分为镓铟铋铜铁银锡合金，其导热导电性能优异，可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等需降低接触热阻或电阻的导热、导电及散热领域。

背景技术

低熔点合金，是指熔点低于232℃(Sn的熔点)的易熔合金；通常由Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成。低熔点合金常被广泛地用做焊料，以及电器、蒸汽、消防、火灾报警等装置中的保险丝、熔断器等热敏组件，是一类颇具发展潜力的低熔点合金新型材料。

现有的低熔点金属最低熔点为8℃，为镓铟锡锌合金，其在低于8℃的环境下将凝固成固体，使用极为不便；此外，合金的导电导热性能也很有限，因此，现有最低熔点的低熔点金属的使用范围仍然有限。为此，寻找一种熔点更低，使用地域和领域更广的低熔点金属合金，成为低熔点金属研究领域的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低熔点金属，为镓、铟、铋、铜、铁、银和锡组成合金，其熔点为-3℃。其导热导电性能优异，可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等需降低接触热阻或电阻的导热、导电及散热领域。

本发明的技术方案如下：

一种低熔点金属，其特征在于，所述低熔点金属由质量分数为镓36.7％、铟23.8％、铋13.6％、铜3.4％、铁2.4％、银4.0％和锡16.1％金属组成合金；合金熔点为55℃。

一种低熔点金属的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：

(1)称取低熔点金属的原材料镓、铟、铋、铜、铁、银和锡；

(2)在真空或惰性气体环境下，将金属镓加热至熔化；往熔化的镓中少量多次地加入金属铟、铋、铜、铁、银和锡，其中，金属加入的顺序不限，同时边加热边快速搅拌；待金属全部混合成熔融状态时，在50～60℃下保温2-3小时，使低熔点金属的显微组织转变完全；

(3)在真空或惰性气体的环境下，使熔融的合金自然冷却，制得所述低熔点金属。

所述低熔点金属可在航天热控、先进能源、信息电子等导热、导电及散热领域中应用。

本发明的低熔点金属可代替现在普遍的水冷散热来循环散热，具有热导率高、散热效果显著的特点。此外，本发明的低熔点金属可作为不同粘度、不同热导率的导热膏或者不同电导率导电膏的基本成分。

本发明所述的一种低熔点金属具有如下优点：

(1)此种低熔点金属合金中加入的导电能力较高的铜金属和银金属，导电和导热能力高于现有的低熔点金属合金。

(2)此种低熔点金属中，铟的质量分数仅为23.8％，银的为4.0％较常规低熔点金属少的多，降低了昂贵的铟的含量，从而降低了低熔点金属的成本。

(3)由于此种低熔点金属熔点仅为-3℃，若应用于散热系统中，在低温条件下，低熔点金属也不会凝固失去作用。

附图说明

图1为实施例中低熔点金属应用于循环散热系统中的示意图。

附图标记说明：1-电磁泵，2-低熔点金属管道，3-低熔点金属，4-散热翅片，5-冷板，6-热源。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

实施例1展示了本发明的低熔点金属的一种典型应用。图1为实施例1中低熔点金属应用于循环散热系统中的示意图。其中：1为电磁泵，2为低熔点金属管道，3为低熔点金属，4为散热翅片，5为冷板，6为热源。

本实施例中，本发明的低熔点金属在低熔点金属管道中循环，将热量从热源6处带到远端散热翅片4进行散热。因其热导率较高，可使散热器的散热速度较快。此外，本发明的低熔点金属熔点为-3℃，在环境温度为-3℃及以上的环境中均能使用，且效果优异。

低熔点金属镓铟铋铜铁银锡合金的热导率可达到30W/(m·K)，与传统的水冷、相变工质热管散热相比，本发明的低熔点金属降温速率更快，寿命更长，且无需电磁泵带动循环，噪声小，散热效率高。

实施例2

实施例2展示了本发明的低熔点金属制成导热膏在散热系统中的一种典型应用。如图1所示，本发明的低熔点金属可制成导热膏均匀涂抹在热源6与冷板5之间。因其热导率较高，能有效地降低热源6与散热器冷板5之间的接触热阻。此外，本发明的低熔点金属熔点为-3℃，在温度为-3℃及以上的环境中均能使用，且效果优异。

本发明的低熔点金属的质量分数分别为镓36.7％、铟23.8％、铋13.6％、铜3.4％、铁2.4％、银4.0％和锡16.1％。往低熔点金属中添加占总质量的质量分数为5％的氧化镓，并在真空或惰性气体条件下匀速搅拌均匀，即可制成热导率和粘度均适宜的低熔点金属导热膏。

镓铟铋铜铁银锡合金的热导率可达到30W/(m·K)，相对传统的高端非金属导热硅脂，如信越7783，热导率提升了3倍。因此，在同样的热流密度情况下，若采用信越7783导热硅脂，接触界面温差为12℃，而本实施例中的低熔点金属导热膏可将接触面温差降低到4℃，温降优势明显。同时，低熔点金属在温度为-3℃以上的环境中均能使用，使用方便。最后，传统导热硅脂主要成分为硅油，长期使用容易因挥发变干而失效，而本发明中的低熔点金属作为导热膏不仅不会蒸发，而且更不容易氧化失效，可长期安全，稳定使用，寿命长。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种低熔点金属，其特征在于，所述低熔点金属由质量分数为镓36.7％、铟23.8％、铋13.6％、铜3.4％、铁2.4％、银4.0％和锡16.1％金属组成合金；合金熔点为-3℃。

2.一种制备权利要求1所述的低熔点金属的方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：

(1)称量低熔点金属的原材料镓、铟、铋、铜、铁、银和锡；

(2)在真空或惰性气体环境下，将金属镓加热至熔化；往熔化的镓中少量多次地加入金属铟、铋、铜、铁、银和锡，其中，金属加入的顺序不限，同时边加热边快速搅拌；待金属全部混合成熔融状态时，在50～60℃下保温2-3小时，使低熔点金属的显微组织转变完全；

(3)在真空或惰性气体的环境下，使熔融的合金自然冷却，制得所述低熔点金属。