CN106868432A - 设有纤维骨架的镓合金散热材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械技术领域，具体涉及镓合金散热材料及其生产工艺。设有纤维骨架的镓合金散热材料，包括一碳纤维网；碳纤维网厚度在0.1mm～5mm；碳纤维网的网孔的两侧开口口径相差小于0.2mm，且两侧开口口径均在0.1mm～5mm；网孔为前后相通的通孔；通孔内部孔径大于前侧的开口口径的1.5倍以上；碳纤维网的网孔内嵌入镓合金。因为，镓合金处于液态时，表面张力极强，本专利又设置了较小的网孔开口口径，和相对较大的通孔内部孔径，所以镓合金在碳纤维网内得到了极好的固定。既可以与外部直接接触，又不会留出。通过液态金属因温差造成的内部对流，实现散热。相对于固体金属，具有显著提高的散热性。适用于用作散热材料。

Description

设有纤维骨架的镓合金散热材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及机械技术领域，涉及镓合金散热材料及其生产工艺。

背景技术

现有的用于电子产品的散热材料一般采用金属制成的金属散热片，然而针对一些运行时高热的电子产品，采用原有散热片的散热效果并不佳；

或者，需要增加风扇、水冷系统等辅助设施进行散热，需维修更换，大大增加了散热成本；

镓合金由于其低熔点，可称为是一种“液态金属”，具有较好的散热能力，但其虽然具有流动性，但是缺少束缚，流动性过强，容易对电子产品的电路造成潜在短路威胁。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种设有纤维骨架的镓合金散热材料及其生产工艺，以解决上述至少一个技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，包括一碳纤维网；

所述碳纤维网厚度在0.1mm～5mm；

所述碳纤维网的网孔的两侧开口口径相差小于0.2mm，且两侧开口口径均在0.1mm～5mm；

所述网孔为前后相通的通孔；所述通孔内部孔径大于前侧的开口口径的1.5倍以上；

所述碳纤维网的网孔内嵌入镓合金。

因为，镓合金处于液态时，表面张力极强，本专利又设置了较小的网孔开口口径，和相对较大的通孔内部孔径，所以镓合金在碳纤维网内得到了极好的固定。既可以与外部直接接触，又不会留出。通过液态金属因温差造成的内部对流，实现散热。相对于固体金属，具有显著提高的散热性。适用于用作散热材料。

所述碳纤维网为短切碳纤维制成的碳纤维网。碳纤维网因为短切纤维的存在，网孔内存在碳纤维毛刺。对镓合金起到更好的固定作用。

所述镓合金包括以下质量比的原料：镓30％～60％、铟8％～28％、铋12％～32％、硼10％～30％、铯5％～25％、钼5％～25％。此设计中镓合金的熔点被降低至35℃～55℃，当采用此镓合金制成的散热材料贴附到散热部件上时，可有效利用镓合金的熔点低的特点进行散热。

优选，所述镓合金包括以下质量比的成分：镓45％、铟10％、铋15％、硼18％、铯6％、钼6％。此设计中镓合金的熔点被降低至35℃～45℃，贴附到散热部件上时，可有效对散热部件进行降温。

所述碳纤维网的前、后两侧面中的至少一面贴附一用于防止镓合金呈液态时流出碳纤维网的保护隔板。防止镓合金呈液态时流出。使用时可通过保护隔板接触散热部件，进行传热。使用时可根据被散热物的材质、粗糙度，选择碳纤维网设有保护隔板的一侧贴附至被散热物表面或碳纤维网不设有保护隔板的一侧贴附至被散热物表面。

所述保护隔板的厚度不超过0.3mm。防止影响到镓合金的散热效果。

所述保护隔板可拆卸连接所述碳纤维网。可拆卸保护隔板，便于镓合金直接接触散热部件，提高散热效果。

所述保护隔板采用不锈钢制成的金属板。或，所述保护隔板采用石墨制成的石墨板。不易腐蚀，传热效果好。

一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，其特征在于，包括以下三个步骤：

步骤一，熔炼镓合金；

步骤二，制作碳纤维网；

步骤三，通过模具添加镓合金至碳纤维网上。

所述步骤一中，将锅炉升温至300°，在容器中依次放入铟、铋、硼和铯，将容器放入锅炉中加热，熔化后将表层氧化物除去并搅拌；将锅炉的温度调整为250°，然后在容器中加入钼，静置10min-30min，熔化后将表层氧化物除去并搅拌；将锅炉的温度调整为150°，然后在坩埚中加入镓，熔化后将表层氧化物除去并搅拌。

所述步骤二中，首先将碳纤维和热熔性塑料混合；

然后进行挤塑，挤出左右两侧均具有条状凹槽的碳纤维条；

再然后进行碳纤维条排布，至少100条碳纤维条横向水平排布，形成一组横向阵列；至少100条碳纤维条纵向水平排布，形成一组纵向阵列；

然后进行热压，将横向阵列和纵向阵列压合，形成碳纤维网。

因为各个碳纤维条左右两侧均具有条状凹槽，压合后，形成所述通孔内部孔径大于前后两侧的开口的通孔，即网孔。

所述步骤三中，所述模具包括一用于添加镓合金至碳纤维网上的添加槽，将碳纤维网滑入添加槽内，倒入呈液态的所述镓合金，使镓合金附着到所述碳纤维网上；

所述模具还设有一低温槽，所述低温槽通过一通道联通所述添加槽，所述通道包括一设置在所述添加槽的侧壁第一开口、一设置在所述低温槽的侧壁第二开口，所述第一开口的开口厚度大于所述第二开口，所述第二开口的开口厚度在0.1mm～5.01mm之间；

所述碳纤维网通过所述通道从所述添加槽滑入所述低温槽内。

当碳纤维网在添加槽内附着镓合金后，通过通道进入低温槽，通过低温槽对镓合金进行降温冷却，便于收取；同时通过通道将碳纤维网上多余的镓合金除去。所述低温槽可通过制冷系统降温。

所述第二开口的高度大于所述第一开口的高度。可将多余的镓合金回流到添加槽内。所述第二开口的高度、所述第一开口的高度均为相对添加槽的底面的位置高度。

所述第二开口处还安有一用于减缓通道内热空气与低温槽内冷空气热交换的翻板，所述翻板的上部通过一转轴安装在所述低温槽的侧壁上。减少空气热交换，防止镓合金冷却成固态后堵塞通道。

所述翻板采用橡胶制成的翻板。橡胶的传热能力较差，具有较好的隔温效果。

所述添加槽、所述通道下方设有一腔室，所述腔室内设有一加热装置。保持镓合金的液态。

所述加热装置可采用电加热设备。易于控制。

所述加热装置可采用燃气加热设备。易于控制。

所述添加槽与所述低温槽之间设有一分隔板，所述分隔板上设有一通孔，以所述通孔作为所述通道；

所述分隔板内设有一中空腔，所述中空腔设置在所述通孔上方；

所述中空腔内设有一半导体制冷片，通过所述半导体制冷片将所述中空腔分为一靠近添加槽的左腔室、一靠近低温槽的右腔室；

所述半导体制冷片包括一制冷面、一制热面，所述制冷面朝向所述右腔室，所述制热面朝向所述左腔室；

所述右腔室通过气流通道与所述低温槽联通，所述左腔室通过气流通道与所述添加槽联通。可以有效保障添加槽、低温槽的温度，由于镓合金熔点低，采用半导体制冷片已能够保证设备所需。

所述加热装置包括一余热回收的管道，所述管道联通所述腔室与所述锅炉的燃烧室。利用锅炉燃烧室的热空气对所述添加槽、所述通道进行加热保温，节省成本。

所述添加槽的底部呈一向下凹的弧面状，靠近所述添加槽的最低处的侧壁上设有所述通道；

所述低温槽的底部呈一向下凹的弧面状，靠近所述低温槽的最高处的侧壁上设有所述通道。便于生产。

所述添加槽内设有一用于调整碳纤维网位置的挡板，所述挡板的前部设有一向下倾斜的斜面，所述挡板设置在所述通道上方的侧壁上，所述挡板与所述通道距离不超过0.1mm。便于调整碳纤维网进入通道。

附图说明

图1为本发明的部分结构示意图；

图2为本发明的模具的部分结构示意图；

图3为本发明图1结构的透视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参见图1、图2、图3，设有纤维骨架的镓合金散热材料，包括一碳纤维网1；碳纤维网厚度在0.1mm～5mm；碳纤维网1的网孔的两侧开口口径相差小于0.2mm，且两侧开口口径均在0.1mm～5mm；网孔为前后相通的通孔；通孔内部孔径9大于前侧的开口口径8的1.5倍以上；碳纤维网的网孔内嵌入镓合金。因为，镓合金处于液态时，表面张力极强，本专利又设置了较小的网孔开口口径，和相对较大的通孔内部孔径，所以镓合金在碳纤维网内得到了极好的固定。既可以与外部直接接触，又不会留出。通过液态金属因温差造成的内部对流，实现散热。相对于固体金属，具有显著提高的散热性。适用于用作散热材料。

碳纤维网为短切碳纤维制成的碳纤维网。碳纤维网因为短切纤维的存在，网孔内存在碳纤维毛刺。对镓合金起到更好的固定作用。

镓合金包括以下质量比的原料：镓30％～60％、铟8％～28％、铋12％～32％、硼10％～30％、铯5％～25％、钼5％～25％。此设计中镓合金的熔点被降低至35℃～55℃，当采用此镓合金制成的散热材料贴附到散热部件上时，可有效利用镓合金的熔点低的特点进行散热。

优选，镓合金包括以下质量比的成分：镓45％、铟10％、铋15％、硼18％、铯6％、钼6％。此设计中镓合金的熔点被降低至35℃～45℃，贴附到散热部件上时，可有效对散热部件进行降温。

碳纤维网的前、后两侧面中的至少一面贴附一用于防止镓合金呈液态时流出碳纤维网的保护隔板2。防止镓合金呈液态时流出。使用时可通过保护隔板接触散热部件，进行传热。使用时可根据被散热物的材质、粗糙度，选择碳纤维网设有保护隔板的一侧贴附至被散热物表面或碳纤维网不设有保护隔板的一侧贴附至被散热物表面。

保护隔板2的厚度不超过0.3mm。防止影响到镓合金的散热效果。

保护隔板可拆卸连接碳纤维网。可拆卸保护隔板，便于镓合金直接接触散热部件，提高散热效果。

保护隔板采用不锈钢制成的金属板。或，保护隔板采用石墨制成的石墨板。不易腐蚀，传热效果好。

一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，包括以下三个步骤：步骤一，熔炼镓合金；步骤二，制作碳纤维网；步骤三，通过模具3添加镓合金至碳纤维网上。

步骤一中，将锅炉升温至300°，在容器中依次放入铟、铋、硼和铯，将容器放入锅炉中加热，熔化后将表层氧化物除去并搅拌；将锅炉的温度调整为250°，然后在容器中加入钼，静置10min-30min，熔化后将表层氧化物除去并搅拌；将锅炉的温度调整为150°，然后在坩埚中加入镓，熔化后将表层氧化物除去并搅拌。

步骤二中，首先将碳纤维和热熔性塑料混合；然后进行挤塑，挤出左右两侧均具有条状凹槽的碳纤维条；再然后进行碳纤维条排布，至少100条碳纤维条横向水平排布，形成一组横向阵列；至少100条碳纤维条纵向水平排布，形成一组纵向阵列；然后进行热压，将横向阵列和纵向阵列压合，形成碳纤维网。因为各个碳纤维条左右两侧均具有条状凹槽，压合后，形成通孔内部孔径大于前后两侧的开口的通孔，即网孔。

步骤三中，模具3包括一用于添加镓合金至碳纤维网上的添加槽4，将碳纤维网滑入添加槽4内，倒入呈液态的镓合金，使镓合金附着到碳纤维网上；模具还设有一低温槽5，低温槽5通过一通道联通添加槽，通道包括一设置在添加槽的侧壁第一开口、一设置在低温槽的侧壁第二开口，第一开口的开口厚度大于第二开口，第二开口的开口厚度在0.1mm～5.01mm之间；

碳纤维网通过通道从添加槽滑入低温槽内。

当碳纤维网在添加槽内附着镓合金后，通过通道进入低温槽，通过低温槽对镓合金进行降温冷却，便于收取；同时通过通道将碳纤维网上多余的镓合金除去。低温槽可通过制冷系统降温。

第二开口的高度大于第一开口的高度。可将多余的镓合金回流到添加槽内。第二开口的高度、第一开口的高度均为相对添加槽的底面的位置高度。

第二开口处还安有一用于减缓通道内热空气与低温槽内冷空气热交换的翻板，翻板的上部通过一转轴安装在低温槽的侧壁上。减少空气热交换，防止镓合金冷却成固态后堵塞通道。

翻板采用橡胶制成的翻板。橡胶的传热能力较差，具有较好的隔温效果。

添加槽、通道下方设有一腔室6，腔室6内设有一加热装置。保持镓合金的液态。

加热装置可采用电加热设备。易于控制。

加热装置可采用燃气加热设备。易于控制。

添加槽与低温槽之间设有一分隔板，分隔板上设有一通孔，以通孔作为通道；

分隔板内设有一中空腔，中空腔设置在通孔上方；

中空腔内设有一半导体制冷片7，通过半导体制冷片7将中空腔分为一靠近添加槽的左腔室、一靠近低温槽的右腔室；半导体制冷片包括一制冷面、一制热面，制冷面朝向右腔室，制热面朝向左腔室；右腔室通过气流通道与低温槽联通，左腔室通过气流通道与添加槽联通。可以有效保障添加槽、低温槽的温度，由于镓合金熔点低，采用半导体制冷片已能够保证设备所需。

加热装置包括一余热回收的管道，管道联通腔室与锅炉的燃烧室。利用锅炉燃烧室的热空气对添加槽、通道进行加热保温，节省成本。

添加槽的底部呈一向下凹的弧面状，靠近添加槽的最低处的侧壁上设有通道；低温槽的底部呈一向下凹的弧面状，靠近低温槽的最高处的侧壁上设有通道。便于生产。

添加槽内设有一用于调整碳纤维网位置的挡板，挡板的前部设有一向下倾斜的斜面，挡板设置在通道上方的侧壁上，挡板与通道距离不超过0.1mm。便于调整碳纤维网进入通道。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，包括一碳纤维网；

所述碳纤维网厚度在0.1mm～5mm；

所述碳纤维网的网孔的两侧开口口径相差小于0.2mm，且两侧开口口径均在0.1mm～5mm；

所述网孔为前后相通的通孔；所述通孔内部孔径大于前侧的开口口径的1.5倍以上；

所述碳纤维网的网孔内嵌入镓合金。

2.根据权利要求1所述的设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，所述碳纤维网为短切碳纤维制成的碳纤维网。

3.根据权利要求2所述的设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，所述镓合金包括以下质量比的原料：镓30％～60％、铟8％～28％、铋12％～32％、硼10％～30％、铯5％～25％、钼5％～25％。

4.根据权利要求3所述的设有纤维骨架的镓合金散热材料及其生产工艺，其特征在于，所述镓合金包括以下质量比的成分：镓45％、铟10％、铋15％、硼18％、铯6％、钼6％。

5.根据权利要求1所述的设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，所述碳纤维网的前、后两侧面中的至少一面贴附一用于防止镓合金呈液态时流出碳纤维网的保护隔板。

6.根据权利要求5所述的设有纤维骨架的镓合金散热材料，其特征在于，所述保护隔板可拆卸连接所述碳纤维网。

7.一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，其特征在于，包括以下三个步骤：

步骤一，熔炼镓合金；

步骤二，制作碳纤维网；

步骤三，通过模具添加镓合金至碳纤维网上。

8.根据权利要求7所述的一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，其特征在于，所述步骤二中，首先将碳纤维和热熔性塑料混合；

然后进行挤塑，挤出左右两侧均具有条状凹槽的碳纤维条；

再然后进行碳纤维条排布，至少100条碳纤维条横向水平排布，形成一组横向阵列；至少100条碳纤维条纵向水平排布，形成一组纵向阵列；

然后进行热压，将横向阵列和纵向阵列压合，形成碳纤维网。

因为各个碳纤维条左右两侧均具有条状凹槽，压合后，形成所述通孔内部孔径大于前后两侧的开口的通孔，即网孔。

9.根据权利要求7所述的一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，其特征在于，所述步骤三中，所述模具包括一用于添加镓合金至碳纤维网上的添加槽，将碳纤维网滑入添加槽内，倒入呈液态的所述镓合金，使镓合金附着到所述碳纤维网上；

所述模具还设有一低温槽，所述低温槽通过一通道联通所述添加槽，所述通道包括一设置在所述添加槽的侧壁第一开口、一设置在所述低温槽的侧壁第二开口，所述第一开口的开口厚度大于所述第二开口，所述第二开口的开口厚度在0.1mm～5.01mm之间；

所述碳纤维网通过所述通道从所述添加槽滑入所述低温槽内。

10.根据权利要求9所述的一种设有纤维骨架的镓合金散热材料的生产工艺，其特征在于，所述添加槽与所述低温槽之间设有一分隔板，所述分隔板上设有一通孔，以所述通孔作为所述通道；

所述分隔板内设有一中空腔，所述中空腔设置在所述通孔上方；

所述中空腔内设有一半导体制冷片，通过所述半导体制冷片将所述中空腔分为一靠近添加槽的左腔室、一靠近低温槽的右腔室；

所述半导体制冷片包括一制冷面、一制热面，所述制冷面朝向所述右腔室，所述制热面朝向所述左腔室；

所述右腔室通过气流通道与所述低温槽联通，所述左腔室通过气流通道与所述添加槽联通。