CN105970058A - 一种新型液态金属及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型液态金属，由质量百分含量为59‑68%镓、19‑25%铟、10‑14%锡、0.5‑3%铋四元合金组成，还可以包括质量百分含量为0.4‑1.5%的镁、铌或者锑中的一种。本发明通过对镓基液态金属的组成成分进行改善，提供了一种低熔点的新型液态金属，该液态金属合金组元少，微观结构稳定，有效避免微观结构上产生畸变的几率，可安全稳定的作为高效散热材料用于散热产品中。

Description

一种新型液态金属及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种液态金属，具体涉及一种低熔点的、在常温下呈液态的合金及其制备方法和应用。

背景技术

低熔点合金是指熔点比一般的黑色金属熔点低的易熔合金，也通常指熔点低于锡的熔点232℃的合金，通常由铋、锡、铅、铟等熔点低的金属元素组成。当这些熔点较低的元素通过不同比例进行化合，可以得到熔点更低的合金。低熔点合金还具有低蒸汽压、良好的导热性、易加工、高流动性、可重复使用性等优良的性能。液态金属是一种在常温下呈液态的低熔点合金，即在常温下也可以像水一样无定型的自由流动，但是却拥有金属的特性。液态金属的原子结构与普通的固态金属不同，往往呈现出部分非晶态的结构。

在现代电子信息行业快速发展的前提下，各类电子元器件的散热问题趋于明显，电子组件模块化、集成化带来的是散热能力不足的问题。目前，随着电子产品的快速更迭，电子元件的散热效率已成为制约高端电子产品应用及提升的关键瓶颈。液态金属由于具有高的传热系数，作为一种革命性的首端可用于解决更高功率更高密度电子元器件散热的问题，达到传统水冷模块或者风冷模块不能达到的效果，其相关的散热产品可用于计算机芯片、航空电子设备、高功率电子设备中。

目前广泛应用的低熔点金属最低熔点在8℃左右，在低于该熔点的环境下无法使用。也有研究人员研发出熔点更低、在3℃左右的液态金属产品，如申请号为201410268984.1名为《一种低熔点液态金属及其制备方法和应用》的中国专利，该方案虽然对现有技术有所改进，但是在低于3℃的条件下仍旧无法使用该液态金属，而且该合金为七元合金，合金整体熵值偏高，易导致合金微观结构产生畸变，影响合金的导热性能。

发明内容

本发明通过对镓基液态金属的组成成分进行改善，提供了一种低熔点的新型液态金属，该液态金属合金组元少，微观结构稳定，有效避免微观结构上产生畸变的几率，可安全稳定的作为高效散热材料用于散热产品中。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明中提供的液态金属的组成及质量百分含量为如下：

镓 59-68%

铟 19-25%

锡 10-14%

铋 0.5-3%

进一步优选液态金属的组成及质量百分含量如下：

镓 62-65%

铟 20-24%

锡 12-13%

铋 0.5-2%

进一步地，本发明中的液态金属中还包括质量百分含量为0.4-1.5%的镁、铌或者锑中的一种。在上述四元合金中添加少量的镁、铌或者锑元素，一方面镁、铌或者锑原子在合金中对铟原子有一定的取代作用，使得合金中不同金属原子之间的作用力增强，使制备的合金更为稳定，另一方便，仅添加一种合金元素可适量提升合金系统的熵值，使合金形态略偏向非晶态体系变化，对合金的流动性和传热系数有增强的效果，同时能够更进一步降低熔点。

进一步优选，本发明中的液态金属组成及质量百分含量为：镓64.5%、铟21%、锡12.3%、铋1.7%、锑0.5%；或者为镓63.6%、铟21.4%、锡12.6%、铋1.1%、镁1.3%。

本发明还提供一种制备本发明中的液态金属的方法步骤如下：

步骤一，合金原料选用纯度大于99.9%的合金粉末原料，按照配方称取合金原料；

步骤二，将除了镓以外的合金原料在制备容器中混合均匀，加热超过200℃以后再倒入金属镓，加热至240-260℃，直到原料充分融化混合；

步骤三，将步骤二中的合金原料搅拌均匀后保温2-4小时，然后自然冷却至室温，即得所需液态金属。现有技术在制备液态金属的过程中往往没有保温的过程，本发明中在原料融化混合后进行保温，一方面能够有效促进原料的进一步均匀混合，另一方面，保温过程中，有助于液态金属微观结构的稳定形成，本发明的发明人在实践中发现，若原料充分融化混合后即刻降温，液态金属中非晶态体系的占比会大大提升，影响其导热性能和合金的稳定性，容易导致合金元素的偏析。

进一步地，步骤二与步骤三在真空条件下或者惰性气氛下进行。本发明中，在真空或者惰性气氛下制备合金有助于避免合金氧化，生成氧化物杂质。为有效控制合金元素被氧化，尤其是镓元素的氧化，制备过程中真空条件下真空度不宜高于10^-2Pa，结合工艺难度考虑，选用10^-4-10^-2Pa为宜，惰性气氛则可选用常用的氮气、氦气、氩气中的一种。

本发明中提供的液态金属微观结构稳定，熔点低于-18℃，作为高效散热材料进行应用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中的液态金属为四元/五元合金，微观结构稳定；

2、本发明中的液态金属熔点低于-18℃，传热系数高，可作为高效散热材料进行应用，尤其适用于在低温环境下作为散热材料使用。

具体实施方式

实施例

按照下表中元素组成及百分含量进行液态金属的制备，制备完毕后测试液态金属的熔点以及传热系数。

制备工艺如下：

步骤一，合金原料选用纯度大于99.9%的合金粉末原料，按照配方称取合金原料；

步骤二，将除了镓以外的合金原料在制备容器中混合均匀，加热超过200℃以后再倒入金属镓，加热至255℃，直到原料充分融化混合；

步骤三，将步骤二中的合金原料搅拌均匀后保温2.5小时，然后自然冷却至室温，即得所需液态金属。

对比例

由实施例和对比例的测试结果可看出，本发明中的液态金属熔点低，传热系数高，优于现有常用体系配方的液态金属。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型液态金属，其特征在于所述液态金属的组成及质量百分含量为如下：

镓 59-68%

铟 19-25%

锡 10-14%

铋 0.5-3%。

2.如权利要求1所述液态金属，其特征在于所述液态金属的组成及质量百分含量为如下：

镓 62-65%

铟 20-24%

锡 12-13%

铋 0.5-2%。

3.如权利要求1所述液态金属，其特征在于：还包括质量百分含量为0.4-1.5%的镁、铌或者锑中的一种。

4.如权利要求3所述液态金属，其特征在于所述液态金属的组成及质量百分含量为：镓64.5%、铟21%、锡12.3%、铋1.7%、锑0.5%。

5.如权利要求3所述液态金属，其特征在于所述液态金属的组成及质量百分含量为：镓63.6%、铟21.4%、锡12.6%、铋1.1%、镁1.3%。

6.如权利要求1所述液态金属，其特征在于：所述液态金属熔点低于-18℃。

7.一种制备如权利要求1-6任一所述液态金属的方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一，合金原料选用纯度大于99.9%的合金粉末原料，按照配方称取合金原料；

步骤二，将除了镓以外的合金原料在制备容器中混合均匀，加热超过200℃以后再倒入金属镓，加热至240-260℃，直到原料充分融化混合；

步骤三，将步骤二中的合金原料搅拌均匀后保温2-4小时，然后自然冷却至室温，即得所需液态金属。

8.如权利要求7所述液态金属的制备方法，其特征在于：步骤二与步骤三在真空条件下或者惰性气氛下进行。

9.如权利要求8所述液态金属的制备方法，其特征在于：真空条件下真空度为10^-4-10^{- 2}Pa，惰性气氛为氮气、氦气、氩气中的一种。

10.一种如权利要求1-6任一所述液态金属的应用，其特征在于：所述液态金属作为高效散热材料进行应用。