CN110836360A - Led灯具用散热器超强化传热结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED灯具用散热器超强化传热结构及其制备方法，该结构中的稀土合金传热板通过摩擦搅拌焊接于本体第一面盆状结构的底部处并形成一个仅通过注液通孔与外界连通的腔体，从注液通孔处向腔体内注入低沸点热传导液体媒介，接着采用余量增排的方式依次排出腔体内空气和部分媒介后，使腔体内保留剩余部分媒介并使腔体内形成高度真空环境，最后对注液通孔进行封堵，并在本体的第二面上设有散热鳍片，这样将导热散热进行一体化，利用无静电分子在真空状态下的超高速运动来实现瞬间热传导，且导热散热一体化设计融合，提高效益，节省成本，使用25％的材料可以满足常规铝材100％的导热效果，使导热结构更轻量化，解决导热散热不能一体化的根本问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种传热结构及其制备方法，尤其涉及一种LED灯具用散热器超强化传热结构及其制备方法，属于传热、散热用结构及其加工技术领域。
背景技术
LED灯具在工作时会产生大量的热量，为保证该灯具能够持续的正常工作，需要将该热量传递到外界空气中以降低LED灯具自身的温度。用于降低LED灯具温度的部件为散热器，LED的发光单元定位于散热器的导热部件上，利用导热部件的导热功能将LED产生的热量传导到散热部件上，而散热部件大多为设于散热器相对于导热部件另一端的散热鳍片，通过散热鳍片将热量散发出去。为了提高散热器的散热效率，目前大多的技术方案都是通过合理布局散热鳍片、调整散热鳍片形状或改良散热器用合金的组成来实现，但这种技术方案虽然能够提高散热器散热效率，但却忽略了散热器中的导热部分的导热效率。现有散热器中的导热部件有技术人员提出可以采用相变技术进行制作，但现有的这种导热部件瞬间均温性较差，难以实现热量在任意方向上的瞬间传导，且制备方法非常复杂，难以进行生产推广。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED灯具用散热器超强化传热结构及其制备方法，由该制备方法制备所得的传热结构导热散热一体化，能够实现热量在任意方向上的瞬间传导，导热效率高且该结构简单、轻量化。
本发明的技术方案是：
一种LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，包括下述步骤：
a)通过压铸成型的方式一体化成型本体，该本体上朝向发光单元的一侧为第一面，该第一面的周边向上延伸形成盆状结构，该本体上与第一面相对的一侧为第二面，第二面上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片，且该本体上预留有注液通孔；通过常规成型方法，采用0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝成型一与本体盆状结构相匹配的稀土合金传热板；
b)将稀土合金传热板通过摩擦搅拌焊接的方式焊接到本体第一面的盆状结构靠近底部处，该稀土合金传热板与盆状结构的底部之间形成一个腔体；
c)采用注液机从注液通孔向腔体内注入低沸点热传导液体媒介，接着采用余量增排的方式依次排出腔体内的空气和部分低沸点热传导液体媒介后，使腔体内保留剩余部分低沸点热传导液体媒介并使腔体内形成高度真空环境，最后采用金属密封件密封于注液通孔处并焊封该金属密封件和注液通孔的相交界处。
其进一步的技术方案是：
步骤a)中所述注液通孔预留于本体的第二面上，且该注液通孔与所述腔体连通。
步骤b)中所述摩擦搅拌焊接中，焊机转速为4000-5000r/min，行进速度为0.15-0.20m/min，焊接头紧贴稀土合金传热板上作为摩擦面的部分，使稀土合金传热板产生高于720℃的高温使稀土合金传热板摩擦面的部分自融后与本体盆状结构的接触面密封焊接。
步骤c)中所述余量增排过程包括将注有低沸点热传导液体媒介的LED灯具用散热器超强化传热结构置于65-70℃环境中，热排1.0-1.5min使空气和汽化后的部分低沸点热传导液体媒介依次排出所述腔体后，在腔体内形成真空度不低于99.98％的高度真空环境。
进行余量增排后所述腔体内剩余部分低沸点热传导液体媒介的量占空腔的60-65vol.％。
所述金属密封件为由热膨胀系数大于本体用合金热膨胀系数的金属制备而成的压铆件，该压铆件压铆于注液通孔处，并焊封该压铆件和注液通孔的相交界处。
本发明还公开了一种由上述制备方法制备所得的LED灯具用散热器超强化传热结构，该结构包括本体，本体上朝向发光单元的一侧为第一面，该本体上与第一面相对的一侧为第二面，本体第一面的周边向上延伸形成盆状结构，该盆状结构靠近底部处通过搅拌摩擦焊接有一稀土合金传热板，该稀土合金传热板上背向第一面上形成有用于固定发光单元的定位盲孔，所述稀土合金传热板与盆状结构的底部之间形成一个完全密封且呈真空状态的腔体，该腔体内通过余量增排的方式设有体积小于该腔体体积的低沸点热传导液体媒介，其中稀土合金传热板是由0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝制备而成的；所述本体第二面上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片。
其进一步的技术方案是：
所述腔体内低沸点热传导液体媒介的体积占空腔体积的60-65vol.％，且腔体内形成的真空状态为真空度不低于99.98％的高度真空环境。
所述本体第一面的盆状结构的侧边上靠近该盆状结构底部处沿径向向内凸起形成焊接平台，所述稀土合金传热板搅拌摩擦焊接于该焊接平台处。
所述散热鳍片分两列布设于本体的第二面上，相邻列的散热鳍片之间形成有散热通道，且相邻列中相对应的两片散热鳍片的中平面在同一平面上，所述散热鳍片的厚度自根部向端部逐渐变薄；所述本体的周侧面上两相对处分别设有一与把手角度调节块配合使用的把手安装基块。
本发明的有益技术效果是：该LED灯具用散热器超强化传热结构中的稀土合金传热板通过摩擦搅拌焊接于本体第一面盆状结构的底部处并形成一个仅通过注液通孔与外界连通的腔体，从注液通孔处向腔体内注入低沸点热传导液体媒介，接着采用余量增排的方式依次排出腔体内空气和部分媒介后，使腔体内保留剩余部分媒介并使腔体内形成高度真空环境，最后对注液通孔进行封堵，并在本体的第二面上设有散热鳍片，这样将导热散热进行一体化，利用完全密封腔体内几乎真空环境下低沸点热传导液体媒介在较低温度下迅速汽化后均匀充满整个密封腔体内并近音速扩散，可使整个空间迅速形成等温，空间内几乎无热阻，点热源瞬间变成体热源，且可以在任意方向使用，大大提高其导热效率；此外该LED灯具用散热器超强化传热结构中，与发光单元紧贴的稀土合金传热板采用特殊的成分制备而成，除了具有延展性好、硬度高、便于密封焊接等优点外，最主要是该稀土合金传热板的导热系数高且热膨胀系数较大，满足该超强化传热结构的使用要求。该结构利用无静电分子在真空状态下的超高速运动来实现瞬间热传导，且导热散热一体化设计融合，提高效益，节省成本，使用25％的材料可以满足常规铝材100％的导热效果，使导热结构更轻量化，解决导热散热不能一体化的根本问题。
附图说明
图1是本发明LED灯具用散热器超强化传热结构的爆炸结构示意图；
图2是本发明LED灯具用散热器超强化传热结构的俯视图；
图3是图2中A-A剖面的平面结构示意图；
图4是本发明LED灯具用散热器超强化传热结构沿图2中A-A剖面剖开后的立体结构示意图；
图5是本发明LED灯具用散热器超强化传热结构第二面的立体结构示意图；
其中：
100-本体；101-第一面；102-第二面；103-盆状结构；104-焊接平台；105-散热鳍片；106-注液通孔；107-把手安装基块；108-散热通道；
200-稀土合金传热板；201-定位盲孔；
300-腔体；
400-金属密封件。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所述的LED灯具用散热器超强化传热结构，由包括下述制备步骤的制备方法制备而成。
a)采用常规能够导热、传热和散热的材料，如铜含量大于90wt.％的铜合金或铝含量大于85wt.％的铝合金或其他合金材料，通过压铸成型的方式一体化成型本体100。通过常规成型方法，如常规锻造等工艺，采用0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝成型一个稀土合金传热板200。
所成型的本体100上朝向发光单元的一侧定义为第一面101，该第一面的周边向上延伸形成盆状结构103，且该盆状结构103的侧边上靠近该盆状结构底部处沿径向向内凸起形成焊接平台104。本体100上与第一面101相对的一侧定义为第二面102，第二面上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片105，该散热鳍片的排布方式可以以便于散热且散热面积最大化为基准进行任意排布。上述本体100在成型过程中预留有注液通孔106，本申请中该注液通孔106预留于本体100的第二面102上。
所成型的稀土合金传热板200的形状大小均与本体100的盆状结构103相匹配，且该稀土合金传热板200上背向第一面101一侧形成有用于固定发光单元的定位盲孔201。此外该稀土合金传热板200的成分组成最优为锂0.7wt.％、钪0.9wt.％、钼0.67wt.％和铝余量。
b)将稀土合金传热板200通过摩擦搅拌焊接的方式焊接到本体100第一面101的盆状结构103靠近底部处，本具体实施例中该稀土合金传热板200搅拌摩擦焊接于前述焊接平台104处，因此该稀土合金传热板的形状和大小均与该焊接平台相匹配，焊接好后，稀土合金传热板200与盆状结构103的底部之间形成一个腔体300，前述的注液通孔106与该腔体300连通。
此外，上述摩擦搅拌焊接工艺中，焊机转速为4000-5000r/min，最优为4200r/min，行进速度为0.15-0.20m/min，最优为0.18m/min，焊接头紧贴稀土合金传热板上作为摩擦面的部分，使稀土合金传热板产生高于720℃的高温使稀土合金传热板摩擦面的部分自融后与本体盆状结构的接触面密封焊接，这样形成的腔体当前仅通过注液通孔与外界连通。
c)采用注液机从注液通孔106向腔体300内注入低沸点热传导液体媒介，接着采用余量增排的方式依次排出腔体内的空气和部分低沸点热传导液体媒介后，使腔体内保留剩余部分低沸点热传导液体媒介并使腔体内形成高度真空环境，最后采用金属密封件400密封于注液通孔106处并焊封该金属密封件和注液通孔的相交界处。
上述低沸点热传导液体媒介的组成如下所述：该低沸点热传导液体媒介按照质量分数计，包括下述组分：液氨14-18、丙酮38-49、氯仿10-15、高纯酒精10-15、乙酸21-28份、超微石墨粉0.65-0.75，其中高纯酒精为体积浓度98％以上的酒精，超微石墨粉大小为10-2μm。该低沸点热传导液体媒介遇热源在15.4℃以上可以迅速汽化，且汽化后的媒介密度比空气密度大。
该步骤中余量增排是指包括下述内容的工艺过程：将注有低沸点热传导液体媒介的LED灯具用散热器超强化传热结构置于65-70℃环境中(最优为68℃)，热排1.0-1.5min(最优1.25min)使全部空气和汽化后的部分低沸点热传导液体媒介依次排出所述腔体，使腔体内剩余部分低沸点热传导液体媒介的体积的量占腔体体积的60-65vol.％(最优为63vol.％)，由于汽化后媒介密度大于空气密度，因此当部分媒介排出后腔体内空气含量几乎为零，可以在腔体内形成真空度不低于99.98％的高度真空环境。
该步骤中金属密封件400为由热膨胀系数大于本体100用合金热膨胀系数的金属制备而成的压铆件，该压铆件压铆于注液通孔106处，并焊封该压铆件和注液通孔的相交界处。在封堵该注液通孔时，使用注液机将低沸点热传导液体媒介注入腔体后进行热排，在时间参数到达后立即使用该压铆件对注液通孔进行压铆再进行焊封，这样就使稀土合金传热板200与盆状结构103的底部之间形成一个完全密封的腔体。
该LED灯具用散热器超强化传热结构的上述完全密封的腔体内，在几乎真空的环境下填充有低沸点热传导液体媒介，该媒介遇热源在15.4℃以上可以迅速汽化，汽化后其均匀充满整个完全密封的腔体内并近音速扩散，分子运动消耗热能的同时将热传递于整个密封腔体，部分热能迅速转化为分子运动动能，从而消耗部分热能，同时使整个空间迅速形成等温，空间内几乎无热阻，点热源瞬间变成体热源，其热流密度超过已知金属20倍以上；此外该LED灯具用散热器超强化传热结构中，与发光单元紧贴的稀土合金传热板采用特殊的成分制备而成，除了具有延展性好、硬度高、便于密封焊接等优点外，最主要是该稀土合金传热板的导热系数高且热膨胀系数较大，满足该LED灯具用散热器超强化传热结构的使用要求。
本发明还公开了一种上述制备方法制备而成的LED灯具用散热器超强化传热结构，该传热结构包括本体100和稀土合金传热板200。
所述本体100上朝向发光单元的一侧定义为第一面101，该本体100上与第一面101相对的一侧定义为第二面102。其中第一面101的周边向上延伸形成盆状结构103，且该盆状结构103的侧边上靠近该盆状结构底部处沿径向向内凸起形成焊接平台104；其中第二面102上在本体100成型过程中预留有注液通孔106。稀土合金传热板200搅拌摩擦焊接于焊接平台104处，则稀土合金传热板200与盆状结构103的底部之间形成一个腔体300，前述注液通孔106与该腔体300连通。该腔体300内通过余量增排的方式填充有部分低沸点热传导液体媒介且该腔体内形成高度真空环境，通过金属密封件400封堵于注液通孔106处并进行焊封，将在稀土合金传热板和盆状结构的底部之间形成的腔体300进行完全密封，使该腔体内有部分低沸点热传导液体媒介且该腔体内形成高度真空环境。
上述稀土合金传热板200是由0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝制备而成的，该稀土合金传热板200的成分组成最优为锂0.7wt.％、钪0.9wt.％、钼0.67wt.％和铝余量。此外，腔体300内余量增排后剩余部分低沸点热传导液体媒介的体积的量占腔体体积的60-65vol.％，且腔体内形成的高度真空环境为真空度不低于99.98％的高度真空环境。稀土合金传热板200上背向第一面101一侧上形成有定位盲孔201，该定位盲孔通常设置为螺纹盲孔，用于将LED发光单元(通常为LED发光板)固定在上面。
此外，本体100的其中第二面102上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片105，该散热鳍片的排布方式可以以便于散热且散热面积最大化为基准进行任意排布。本具体实施例中，散热鳍片105分两列布设于本体的第二面上，而相邻两列散热鳍片之间形成有散热通道108，相邻列中相对应的两片散热鳍片的中平面在同一平面上，此外散热鳍片105的厚度自根部向端部逐渐变薄，这样设置可最大化散热面积并便于气流的导通，提高散热效率。且在本体100的周侧面上两相对处分别设有一与把手角度调节块配合使用的把手安装基块107。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
a)通过压铸成型的方式一体化成型本体，该本体上朝向发光单元的一侧为第一面，该第一面的周边向上延伸形成盆状结构，该本体上与第一面相对的一侧为第二面，第二面上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片，且该本体上预留有注液通孔；通过常规成型方法，采用0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝成型一与本体盆状结构相匹配的稀土合金传热板；
b)将稀土合金传热板通过摩擦搅拌焊接的方式焊接到本体第一面的盆状结构靠近底部处，该稀土合金传热板与盆状结构的底部之间形成一个腔体；
c)采用注液机从注液通孔向腔体内注入低沸点热传导液体媒介，接着采用余量增排的方式依次排出腔体内的空气和部分低沸点热传导液体媒介后，使腔体内保留剩余部分低沸点热传导液体媒介并使腔体内形成高度真空环境，最后采用金属密封件密封于注液通孔处并焊封该金属密封件和注液通孔的相交界处。
2.根据权利要求1所述LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述注液通孔预留于本体的第二面上，且该注液通孔与所述腔体连通。
3.根据权利要求1所述LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：步骤b)中所述摩擦搅拌焊接中，焊机转速为4000-5000r/min，行进速度为0.15-0.20m/min，焊接头紧贴稀土合金传热板上作为摩擦面的部分，使稀土合金传热板产生高于720℃的高温使稀土合金传热板摩擦面的部分自融后与本体盆状结构的接触面密封焊接。
4.根据权利要求1所述LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：步骤c)中所述余量增排过程包括将注有低沸点热传导液体媒介的LED灯具用散热器超强化传热结构置于65-70℃环境中，热排1.0-1.5min使空气和汽化后的部分低沸点热传导液体媒介依次排出所述腔体后，在腔体内形成真空度不低于99.98％的高度真空环境。
5.根据权利要求4所述LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：进行余量增排后所述腔体内剩余部分低沸点热传导液体媒介的量占空腔的60-65vol.％。
6.根据权利要求1所述LED灯具用散热器超强化传热结构的制备方法，其特征在于：所述金属密封件为由热膨胀系数大于本体用合金热膨胀系数的金属制备而成的压铆件，该压铆件压铆于注液通孔处，并焊封该压铆件和注液通孔的相交界处。
7.一种由权利要求1至6中任一权利要求所述制备方法制备所得的LED灯具用散热器超强化传热结构，包括本体，该本体上朝向发光单元的一侧为第一面，该本体上与第一面相对的一侧为第二面，其特征在于：所述本体第一面的周边向上延伸形成盆状结构，该盆状结构靠近底部处通过搅拌摩擦焊接有一稀土合金传热板，该稀土合金传热板上背向第一面上形成有用于固定发光单元的定位盲孔，所述稀土合金传热板与盆状结构的底部之间形成一个完全密封且呈真空状态的腔体，该腔体内通过余量增排的方式设有体积小于该腔体体积的低沸点热传导液体媒介，其中稀土合金传热板是由0.65-1.0wt.％的锂、0.8-1.2wt.％的钪、0.6-0.8wt.％的钼和余量的铝制备而成的；所述本体第二面上凸设有若干相互间隔设置的散热鳍片。
8.根据权利要求7所述的LED灯具用散热器超强化传热结构，其特征在于：所述腔体内低沸点热传导液体媒介的体积占空腔体积的60-65vol.％，且腔体内形成的真空状态为真空度不低于99.98％的高度真空环境。
9.根据权利要求7所述的LED灯具用散热器超强化传热结构，其特征在于：所述本体第一面的盆状结构的侧边上靠近该盆状结构底部处沿径向向内凸起形成焊接平台，所述稀土合金传热板搅拌摩擦焊接于该焊接平台处。
10.根据权利要求7所述的LED灯具用散热器超强化传热结构，其特征在于：所述散热鳍片分两列布设于本体的第二面上，相邻列的散热鳍片之间形成有散热通道，且相邻列中相对应的两片散热鳍片的中平面在同一平面上，所述散热鳍片的厚度自根部向端部逐渐变薄；所述本体的周侧面上两相对处分别设有一与把手角度调节块配合使用的把手安装基块。
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