CN110586935B - 一种用于cpu散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于CPU散热的铜‑电气石复合散热材料及其制造方法，该散热材料由两部分组成：内部是紫铜15份‑20份、粒度500目‑800目的铁电气石100份‑120份混合烧结的铜‑电气石复合材料，表层是紫铜5份‑15份浇覆而成的铜皮；该复合散热材料内部设置有多个孔径Φ2mm‑Φ3mm网格间距5mm‑6mm的主要三维孔路系统，在其内部其它区域还有密布的无规律孔隙。本发明具有高效辐射散热能力、具有良好导热性、表面抗冲击、整体强度高。

Description

一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法
技术领域
本发明涉及电气装置用散热材料技术领域，尤其涉及一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法。
背景技术
散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。
目前风冷散热片最好的就是铜制散热片，但其受材料所限，应用于高功耗CPU时仍无法完全达到所需冷却效率，就是因为其基本只有接触式传导散热机制，没有辐射散热机制，且铜制件整体强度较低、不耐冲击，导致部分散热器在运输中或安装中受到一定损坏，影响散热性能。
因此，市面上急需一种具有高效辐射散热能力、具有良好导热性、表面抗冲击、整体强度高的用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料制造方法。
发明内容
本发明旨在提供一种具有高效辐射散热能力、具有良好导热性、表面抗冲击、整体强度高的用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法，包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯度99％以上的紫铜25份-30份、粒度500目-800目的铁电气石100份-120份；
②辅材准备：足量无水乙醇、足量去离子水、足量0.1mm-0.2mm厚的碳纸、足量石蜡；
2)烧结成型
①将阶段1)步骤①准备的紫铜15份-20份和铁电气石混合，投入陶瓷球磨机中，以120rpm/min-180rpm/min的球磨速率球磨1.5h-2h，获得铜-铁电气石复合粉末；
②将步骤①获得的铜-铁电气石复合粉末完全浸入无水乙醇中，采用300W-500W功率的超声波清洗10min-12min，然后滤除无水乙醇后再浸入足量去离子水中超声波清洗5min-8min，再滤除去离子水后采用65℃-70℃烘干，获得表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末；
③将待用的不锈钢烧结模具底部及四周覆盖阶段1)步骤②准备的碳纸，然后在模具中放入由直径Φ2mm-Φ3mm石蜡棒按与底面呈45°角两两垂直搭接制成网格间距5mm-6mm的三维框架，获得内置蜡芯的不锈钢烧结模具；
④将步骤②获得的表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末填入步骤③获得的不锈钢烧结模具中，再将烧结模具放入真空炉中，抽真空后，先升温至500℃-560℃，保温20min-30min，再以3℃/min-5℃/min的升温速率升至900℃-920℃，保持40min-50min，然后停止加热，随炉冷至180℃后出炉，脱模，获得烧结粗坯；
3)热处理改性
①将阶段2)步骤④获得的烧结粗坯置于真空炉中，升温至720℃-760℃，保温1h-1.5h，空冷至室温，获得预处理坯；
②将步骤①获得的预处理坯置于真空炉中，升温至520℃-560℃，保温2h-3h，然后停止加热，炉冷至300℃-320℃后再开启开热，保温30min-40min，获得热处理坯；
③将步骤②获得的热处理坯出炉空冷，获得改性坯；
4)结构固化处理
①机械去除阶段3)步骤③获得的改性坯表面的毛刺、尖边，获得预加工坯；
②将阶段1)步骤①准备的剩余紫铜加热至熔化，获得铜液；
③将步骤②获得的铜液均匀喷淋在步骤①获得的预加工坯上，获得固化有铜模的预加工坯；
④待步骤③获得的固化有铜模的预加工坯完全冷却后，机械去除坯表面的毛刺、尖边，同时打通因铜液固化堵塞的孔路，获得精制坯；
⑤将步骤④获得的精制坯底部加工成与CPU上表面相适应、顶部加工成与风扇形状相适应的结构，即获得所需用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料。
一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料，该散热材料由两部分组成：内部是紫铜15份-20份、粒度500目-800目的铁电气石100份-120份混合烧结的铜-电气石复合材料，表层是紫铜5份-15份浇覆而成的铜皮；该复合散热材料内部设置有多个孔径Φ2mm-Φ3mm网格间距5mm-6mm的主要三维孔路系统，在其内部其它区域还有密布的无规律孔隙。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明的散热效率为纯紫铜的2.04-2.84倍。(2)本发明的整体硬度190HB-230HB，远高于纯铜的45HB左右及铜合金的70-90HB。(3)本发明表面有纯铜制的皮膜，能够帮助本发明克服电气石高脆性的缺陷，同时使本发明获得整体35MPa-42MPa的抗弯强度。(4)本发明由于是无加压下烧结，且加热至900℃以上后铜的收缩率远大于电气石，因此会获得大量杂乱分布的气孔(本发明所用结构完全致密条件下的理论密度应为3.23g/cm3，发本明实际密度1.72g/cm3-1.84g/cm3)因此，本发明具有极高的比表面积。(5)辐射散热的基数是温差的四次方，耐传导散热仅为温差的二次方，因此，相同温差下，辐射散热有更好的散热效率，而同时，本发明的电气石部分能将热量转换成4μm-14μm波长的红外线，这种波长的红外线不会被空气中占主要比例的氧气和氮气吸收，因此本发明是在不会引起周围空气温度升高的情况下散掉的大部分热量。因此，本发明具有具有高效辐射散热能力、具有良好导热性、表面抗冲击、整体强度高的特性。
具体实施方式
实施例1：
一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法，包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯度99％以上的紫铜280g、粒度500目-800目的铁电气石1120g；
②辅材准备：足量无水乙醇、足量去离子水、足量0.1mm-0.2mm厚的碳纸、足量石蜡；
2)烧结成型
①将阶段1)步骤①准备的紫铜180g和全部铁电气石混合，投入陶瓷球磨机中，以120rpm/min-180rpm/min的球磨速率球磨1.5h-2h，获得铜-铁电气石复合粉末；
②将步骤①获得的铜-铁电气石复合粉末完全浸入无水乙醇中，采用300W-500W功率的超声波清洗10min-12min，然后滤除无水乙醇后再浸入足量去离子水中超声波清洗5min-8min，再滤除去离子水后采用65℃-70℃烘干，获得表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末；
③将待用的不锈钢烧结模具底部及四周覆盖阶段1)步骤②准备的碳纸，然后在模具中放入由直径Φ2mm-Φ3mm石蜡棒按与底面呈45°角两两垂直搭接制成网格间距5mm-6mm的三维框架，获得内置蜡芯的不锈钢烧结模具；
④将步骤②获得的表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末填入步骤③获得的不锈钢烧结模具中，再将烧结模具放入真空炉中，抽真空后，先升温至500℃-560℃，保温20min-30min，再以3℃/min-5℃/min的升温速率升至900℃-920℃，保持40min-50min，然后停止加热，随炉冷至180℃后出炉，脱模，获得烧结粗坯；
3)热处理改性
①将阶段2)步骤④获得的烧结粗坯置于真空炉中，升温至720℃-760℃，保温1h-1.5h，空冷至室温，获得预处理坯；
②将步骤①获得的预处理坯置于真空炉中，升温至520℃-560℃，保温2h-3h，然后停止加热，炉冷至300℃-320℃后再开启开热，保温30min-40min，获得热处理坯；
③将步骤②获得的热处理坯出炉空冷，获得改性坯；
4)结构固化处理
①机械去除阶段3)步骤③获得的改性坯表面的毛刺、尖边，获得预加工坯；
②将阶段1)步骤①准备的剩余紫铜加热至熔化，获得铜液；
③将步骤②获得的铜液均匀喷淋在步骤①获得的预加工坯上，获得固化有铜模的预加工坯；
④待步骤③获得的固化有铜模的预加工坯完全冷却后，机械去除坯表面的毛刺、尖边，同时打通因铜液固化堵塞的孔路，获得精制坯；
⑤将步骤④获得的精制坯底部加工成与CPU上表面相适应、顶部加工成与风扇形状相适应的结构，即获得所需用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料。
本实施例散热效率为纯紫铜的2.04-2.84倍、整体硬度190HB-230HB、抗弯强度35-42MPa、实际密度1.72g/cm3-1.84g/cm3，下同。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯度99％以上的紫铜250g、粒度500目-800目的铁电气石1200g；
②辅材准备：足量无水乙醇、足量去离子水、足量0.1mm-0.2mm厚的碳纸、足量石蜡；
2)烧结成型
①将阶段1)步骤①准备的紫铜200g和全部铁电气石混合，投入陶瓷球磨机中，以120rpm/min-180rpm/min的球磨速率球磨1.5h-2h，获得铜-铁电气石复合粉末；
实施例3：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯度99％以上的紫铜300g、粒度500目-800目的铁电气石1000g；
②辅材准备：足量无水乙醇、足量去离子水、足量0.1mm-0.2mm厚的碳纸、足量石蜡；
2)烧结成型
①将阶段1)步骤①准备的紫铜150g和全部铁电气石混合，投入陶瓷球磨机中，以120rpm/min-180rpm/min的球磨速率球磨1.5h-2h，获得铜-铁电气石复合粉末；
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯度99%以上的紫铜25份-30份、粒度500目-800目的铁电气石100份-120份；
②辅材准备：足量无水乙醇、足量去离子水、足量0.1mm-0.2mm厚的碳纸、足量石蜡；
2）烧结成型
①将阶段1）步骤①准备的紫铜15份-20份和铁电气石混合，投入陶瓷球磨机中，以120rpm/min-180rpm/min的球磨速率球磨1.5h-2h，获得铜-铁电气石复合粉末；②将步骤①获得的铜-铁电气石复合粉末完全浸入无水乙醇中，采用300W-500W功率的超声波清洗10min-12min，然后滤除无水乙醇后再浸入足量去离子水中超声波清洗5min-8min，再滤除去离子水后采用65℃-70℃烘干，获得表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末；
③将待用的不锈钢烧结模具底部及四周覆盖阶段1）步骤②准备的碳纸，然后在模具中放入直径Φ2mm-Φ3mm石蜡棒，石蜡棒按与底面呈45°角两两垂直搭接制成网格间距5mm-6mm的三维框架，获得内置蜡芯的不锈钢烧结模具；
④将步骤②获得的表面洁净活化铜-铁电气石复合粉末填入步骤③获得的不锈钢烧结模具中，再将烧结模具放入真空炉中，抽真空后，先升温至500℃-560℃，保温20min-30min，再以3℃/min-5℃/min的升温速率升至900℃-920℃，保持40min-50min，然后停止加热，随炉冷至180℃后出炉，脱模，获得烧结粗坯；
3）热处理改性
①将阶段2）步骤④获得的烧结粗坯置于真空炉中，升温至720℃-760℃，保温1h-1.5h，空冷至室温，获得预处理坯；
②将步骤①获得的预处理坯置于真空炉中，升温至520℃-560℃，保温2h-3h，然后停止加热，炉冷至300℃-320℃后再开启开热，保温30min-40min，获得热处理坯；
③将步骤②获得的热处理坯出炉空冷，获得改性坯；
4）结构固化处理
①机械去除阶段3）步骤③获得的改性坯表面的毛刺、尖边，获得预加工坯；
②将阶段1）步骤①准备的剩余紫铜加热至熔化，获得铜液；
③将步骤②获得的铜液均匀喷淋在步骤①获得的预加工坯上，获得固化有铜膜的预加工坯；
④待步骤③获得的固化有铜膜的预加工坯完全冷却后，机械去除坯表面的毛刺、尖边，同时打通因铜液固化堵塞的孔路，获得精制坯；
⑤将步骤④获得的精制坯底部加工成与CPU上表面相适应、顶部加工成与风扇形状相适应的结构，即获得所需用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料。
2.一种用于CPU散热的铜-电气石复合散热材料，其特征在于：该散热材料由两部分组成：内部是紫铜15份-20份、粒度500目-800目的铁电气石100份-120份混合烧结的铜-电气石复合材料，表层是紫铜5份-15份浇覆而成的铜皮；该复合散热材料内部设置有多个孔径Φ2mm-Φ3mm网格间距5mm-6mm的三维孔路系统，在其内部其它区域还有密布的无规律孔隙。
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