CN105908016A - 一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法 - Google Patents

一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其由按质量份数计的以下组分制备而成Pb：18‑35份；In15‑36份；Sn18‑30份；Bi43‑65份；Al0.2‑0.8份；Ga0.01‑1.0份。该制备方法依次包括以下工艺步骤：1)混合：选取Pb、In、Sn、Bi、Al和Ga的粉末，按所述的配方比例混合均匀；2)将粉末放入真空加热炉中，将加热炉抽真空到0.2‑1.5Torr的气压；然后将加热炉升温到600‑700摄氏度；之后保持600‑700摄氏度1个小时；3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，即得低熔点金属合金导热材料。本发明的导热材料具有熔点低、导热效率好和成本低的特点。

Description

一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，具体涉及一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法。
背景技术
目前，微电子技术迅速发展使得电子芯片总功率密度大幅增大，热流密度也随之增加。散热好坏会严重影响到系统稳定性以及硬件寿命。基于风冷，水冷和热管的传统散热技术已经无法满足高性能芯片急速发展的需要。较为新颖的散热技术，例如微通道，热电制冷和相变等，在一定程度上提高了散热效率。但是随着高功率密度器件大规模应用，这些散热技术也日渐趋近极限。芯片技术对高性能散热方法提出了前所未有的迫切需求，使得超高热流密度芯片散热一直是国际上异常活跃的研究领域。芯片在很多情况下都是通过导热硅胶连接芯片表面和散热器模组进行热量散发。制作再精良散热器和芯片等发热体接触难免都有空隙，而缝隙之间的空气是热的不良导体。导热硅胶的作用在于利用其流动性来填充热源与散热器表面之间缝隙，使它们能更充分接触来达到加速传热的目的。但是，由于硅胶在空气中长期放置容易老化，且其极低的热导率是整个系统的散热瓶颈。
CN 103509987 A公开了一种低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其由按质量百分比计的以下组分制备而成：In50-56.5％；Sn11.0-16.5％；Bi31-37％；Zn0-0.5％。所述的低熔点金属合金导热材料的熔点为57-63摄氏度。但是该导热材料的导热性能还有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种低熔点金属合金导热材料，该导热材料具有熔点低、导热效率好和成本低的特点。
本发明的第二个目的是为了提供一种低熔点金属合金导热材料的制备方法。
实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种低熔点金属合金导热材料，其由按质量份数计的以下组分制备而成：
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料的熔点为56-67摄氏度，如57摄氏度、58摄氏度、59摄氏度、60摄氏度、61摄氏度、62摄氏度、63摄氏度或65摄氏度等。
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料由按质量份数计的以下组分制备而成：
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料由按质量份数计的以下组分制备而成：
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料由按质量份数计的以下组分制备而成：
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料由按质量份数计的以下组分制备而成：
优选的，所述的低熔点金属合金导热材料由按质量份数计的以下组分制备而成：
实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种低熔点金属合金导热材料的制备方法，其依次包括以下工艺步骤：
1)混合：选取配方量的Pb、In、Sn、Bi、Al和Ga的粉末，混合均匀；
2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中，将加热炉抽真空到0.2-1.5Torr的气压；然后将加热炉升温到600-700摄氏度；之后保持600-700摄氏度1个小时；
3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，即得低熔点金属合金导热材料。
步骤2)中的气压可为0.2Torr、0.3Torr、0.5Torr、0.7Torr、1.0Torr、1.2Torr或1.5Torr等，所述加热炉升温的温度可为620摄氏度、630摄氏度、650摄氏度、670摄氏度或680摄氏度等。
优选的，在步骤2)中，加热炉升温到600-700摄氏度耗时0.5-2个小时，如0.8小时、0.9小时、1.2小时、1.5小时、1.7小时或1.8小时等。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的合金的熔点为56-67摄氏度。因此，此合金在常温下为固态。为方便使用，可以轧制成片状。如将此合金粘附与计算机处理器和散热风扇之间，在通常工作温度(>70摄氏度)下合金将融化为液态，因此我们称其为液态合金。
2、本发明所述的合金在液态情况下具有较高的热导率。经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为95-115W/mK。与常见的导热硅胶的导热率1-5W/mK相比，性能有了数十倍的提高。
3、本发明的配方是申请人通过长期对材料相图分析和制备的摸索才最终得到，采用该配方的合金材料的相关导热和热稳定性能非常优异，通过控制冷却温度可以制备成液态，膏状和片状，工作温度可以降低到60℃左右。本产品不仅可以用于高性能服务器，台式机，笔记本，工控机和通讯基站的芯片热管理，而且在先进能源领域(工业余热利用，太阳能发电，聚焦光电池冷却，燃料电池等)，航空热控领域，电池冷却，光电器件领域(如投影仪，功率电子设备等)，LED照明领域，微纳电子机械系统，生物芯片以及电动汽车等诸多关键领域扮演着不可或缺的角色。考虑到方兴未艾的云计算技术对高端散热的需求，本产品还可以拓展出更多的广阔应用领域。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
下述组分按质量份数计。
实施例1：
一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)18份；In(铟)36份；Sn(锡)18份；Bi(铋)65份；Al(锌)0.2份；Ga(镓)1.0份。该合金材料的熔点为59摄氏度。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为95W/mK。
一种低熔点金属合金导热材料的制备方法，其依次包括以下工艺步骤：
1)混合：选取配方量的Pb、In、Sn、Bi、Al和Ga的粉末，混合均匀；
2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中，将加热炉抽真空到0.2-1.5Torr的气压；然后将加热炉升温到600-700摄氏度，耗时1个小时；之后保持600-700摄氏度1个小时；
3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，冷却时间为2.5小时，即得低熔点金属合金导热材料。
实施例2：
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)35份；In(铟)15份；Sn(锡)30份；Bi(铋)43份；Al(锌)0.8份；Ga(镓)0.01份。该合金材料的熔点为62摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为97W/mK。
实施例3：
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)20份；In(铟)32份；Sn(锡)20份；Bi(铋)60份；Al(锌)0.3份；Ga(镓)0.8份。该合金材料的熔点为61摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为103W/mK。
实施例4：
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)32份；In(铟)18份；Sn(锡)28份；Bi(铋)45份；Al(锌)0.8份；Ga(镓)0.05份。该合金材料的熔点为65摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为100W/mK。
实施例5：
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)25份；In(铟)28份；Sn(锡)22份；Bi(铋)58份；Al(锌)0.4份；Ga(镓)0.5份。该合金材料的熔点为61摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为105W/mK。
实施例6
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)30份；In(铟)20份；Sn(锡)25份；Bi(铋)50份；Al(锌)0.7份；Ga(镓)0.06份。该合金材料的熔点为56摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为107W/mK。
实施例7
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)27份；In(铟)25份；Sn(锡)23份；Bi(铋)54份；Al(锌)0.6份；Ga(镓)0.1份。该合金材料的熔点为62摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为115W/mK。
实施例8
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)28份；In(铟)24份；Sn(锡)22份；Bi(铋)55份；Al(锌)0.7份；Ga(镓)0.2份。该合金材料的熔点为56摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为112W/mK。
实施例9
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)26份；In(铟)27份；Sn(锡)22份；Bi(铋)56份；Al(锌)0.5份；Ga(镓)0.4份。该合金材料的熔点为61摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为110W/mK。
实施例10
本实施例的特点是：一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于其由按质量份数计的以下组分制备而成：Pb(铅)29份；In(铟)22份；Sn(锡)24份；Bi(铋)52份；Al(锌)0.7份；Ga(镓)0.07份。该合金材料的熔点为60摄氏度。其他与具体实施例1相同。
经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为108W/mK。
温度测试：1、采用表1所述的测试系统进行温度测试。
表1测试系统配置表
在台式机的CPU的表面涂覆现有技术中的硅胶，进行温度测试。在台式机的CPU的表面设置本发明所述实施例1-10中的低熔点金属合金导热材料，进行温度测试，测试结果见表2。
表2 CPU测试温度对比表
从表1可以看出，采用本发明实施例的合金导热材料，运行IntelBurn Test时CPU的峰值温度减低了17℃以上。
3、在台式机的显卡的表面涂覆现有技术中的硅胶，进行温度测试。在台式机的显卡的表面设置本发明所述实施例中的低熔点金属合金导热材料，进行温度测试，测试结果见表3。
表3显卡测试温度对比表
从表3可以看出，采用本发明实施例的合金导热材料，运行FurMark时显卡的温度减低了15℃以上。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种低熔点金属合金导热材料，其特征在于，所述材料按质量份数由以下组分制备而成：
2.根据权利要求1所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：所述的低熔点金属合金导热材料的熔点为56-67摄氏度。
3.根据权利要求1或2所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：由按质量份数计的以下组分制备而成：
4.根据权利要求1-3之一所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：由按质量份数计的以下组分制备而成：
5.根据权利要求1-4之一所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：由按质量份数计的以下组分制备而成：
6.根据权利要求1-5之一所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：由按质量份数计的以下组分制备而成：
7.根据权利要求1-6之一所述的低熔点金属合金导热材料，其特征在于：由按质量份数计的以下组分制备而成：
8.根据权利要求1-7之一所述的低熔点金属合金导热材料的制备方法，其特征在于，依次包括以下工艺步骤：
1)混合：选取配方量的Pb、In、Sn、Bi、Al和Ga的粉末，混合均匀；
2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中，将加热炉抽真空到0.2-1.5Torr的气压；然后将加热炉升温到600-700摄氏度；之后保持600-700摄氏度1个小时；
3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，即得低熔点金属合金导热材料。
9.根据权利要求8所述的低熔点金属合金导热材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，加热炉升温到600-700摄氏度耗时0.5-2个小时。
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