CN111442686A - 利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，包括以下步骤：在所选取的工件基材表面，加工形成若干均匀分布的直径20‑300纳米、深度5‑30微米的毛细孔；于工件基材表面、以及每个毛细孔内壁施以10‑100纳米厚度的金属层，形成第一层膜；于工件基材表面施以范围为10‑50纳米厚度的纳米保护材料，形成第二层膜。本发明通过纳米薄膜技术，大幅度提高铝材料表面的散热和受热面积，使铝制散热器及铝制配件的散热和导热效率大幅度提升，同时，针对工作温度在40℃以上的铝制散热器及产品也可通过表面形成的热辐射纳米薄膜进一步提升散热效率，从而降低产品的工作温度，提高设备的稳定性、延长工作寿命。

Description

利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺
技术领域
本发明涉及铝制材料的散热技术，尤其涉及一种利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺。
背景技术
纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、短程有序的“气体状”固体结构，是一种介于固体与分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的“第三态晶体材料”；正是由于纳米材料这种特殊的结构，使纳米材料科学与技术产生四大效应，即小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光学、电学、磁学、催化、化学特性和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值。
纳米金属材料是形成纳米晶粒的金属与合金，具有晶界比例增大、颗粒表面能与总能量之比增加、表面原子比例增大等特点。例如，一些纳米金属材料的粒径可由100nm降至5nm，颗粒表面能与总能量之比由0.8％增至14％，晶界比例由3％增至50％，表面原子的比例增至40％。
本领域技术人员均知晓，通过传统金属材料的制备方法，例如冶炼、铸造轧制、锻压热处理等方式很难得到纳米金属材料，比较成熟的纳米金属材料的制备方法主要有惰性气体蒸发、原位加压法、高能球磨法和非晶晶化法等。
本发明技术方案设计构思的目的主要在于，如何提高目前采用铝材、铝合金、镁合金或钛合金等材料形成的散热体、工件等各种制品表面的散热与导热效率，以便于能够使作为散热材料的各种铝制品的散热效率明显提升。本发明技术方案之设计人员针对以往由铝制材料或铝合金材料构成的散热体、工件等各种制品的散热、导热性能进行了实际的分析，并且总结如下：
首先，本领域技术人员可以肯定的是，目前市场上普遍采用铝及铝合金材料作为散热材料，这一普遍的应用是毋庸置疑的，因而，方案设计的对象应集中于铝制散热体，但是，由于铝材自身导热性能的限制，需要进一步提升铝制或铝合金散热体的散热效果，对此，传统的解决方式，只是加大产品的尺寸及表面积或通过增加通风量来获得一定效果的改善，而无法明显地克服这种限制。
其次，为了达到提升材料散热性能的目的，特别是一些有大功率散热需求及散热空间较小的应用领域，也采用铜或石墨等比较昂贵的材料并且伴随着复杂的加工工艺，这种加工工艺显然既抛弃了普遍采用铝制或铝合金制品为散热体的基本理念，同时也徒增了大量的成本，显然在散热技术领域内也不具备普遍的适应性与可推广性。
综上分析，本发明是在针对现有公知技术进行可行性分析的基础上，为了满足以铝、铝合金等材料作为散热基材的工艺需求，设计出一种能够提升这类基材散热与导热性能的工艺，该工艺方法主要通过纳米薄膜技术，大幅度提高铝材料表面的散热和受热面积，使铝制散热器及铝制配件的散热和导热效率大幅度提升，同时，针对工作温度在40℃以上的铝制散热器及产品也可通过表面形成的热辐射纳米薄膜进一步提升散热效率，从而降低产品的工作温度，提高设备的稳定性、延长工作寿命。本发明之技术方案已经过实际的测试并予以实际应用，本发明所提出的技术方案至少具备优越于传统工艺手段的优越性，其能够缓解、部分解决或完全解决现有技术存在的问题。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，本发明提供一种利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其有利于大幅度提高铝材料表面的散热和受热面积，使铝制散热器及铝制配件的散热和导热效率大幅度提升。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其利用纳米加工设备对所选取的待加工的工件基材进行加工，包括以下步骤：
Ⅰ、在所选取的工件基材表面，加工形成若干均匀分布的直径范围为20-300纳米、深度范围为5-30微米的毛细孔；
Ⅱ、于工件基材表面、以及每个毛细孔内壁施以范围为10-100纳米厚度的金属层，形成第一层膜；
Ⅲ、在已经形成第一层膜的基础上，于工件基材表面施以范围为10-50纳米厚度的纳米保护材料，形成第二层膜。
针对以上本发明所实施的技术方案，在同一个构思的基础上，还可采用相应的技术手段形成相应的技术方案，所实施的技术手段包括：
其中，所实施的第二层膜包括纳米保护材料与热发射材料；
其中，在形成第二层膜之后，使得工件或制成的散热器产品具备热辐射纳米薄膜。
技术人员在具体实施时，可根据不同需求选取不同的材料，包括：
其中，所选取的工件基材包括铝材、铝合金、镁合金或钛合金；
其中，所实施的金属层包括金属铜或金属银；
其中，所实施的纳米保护材料包括镍铬合金材料、硅及氧化硅材料、或钛及氧化钛材料。
技术人员在具体实施时，对于毛细孔相应的设置还包括：
所实施的工件基材表面形成毛细孔的区域包括至少两个面，例如，顶面与侧面；
所实施的同一工件基材的表面毛细孔尺寸相同；
所实施的毛细孔尺寸优选为圆形或多边形。
另外，在具体实施时，步骤Ⅲ还可采用在第一层膜的表面施以范围为10-50纳米厚度的纳米保护与热发射材料层，形成第二层膜。
本发明通过纳米薄膜技术，大幅度提高铝材料表面的散热和受热面积，使铝制散热器及铝制配件的散热和导热效率大幅度提升，同时，针对工作温度在40℃以上的铝制散热器及产品也可通过表面形成的热辐射纳米薄膜进一步提升散热效率，从而降低产品的工作温度，提高设备的稳定性、延长工作寿命。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明所实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其选取的工件经过步骤一的状态示意图；
图2是本发明所实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其选取的工件经过步骤二的状态示意图；
图3是本发明所实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其选取的工件经过步骤三的状态示意图。
图中：
1、工件表面一；2、工件表面二；3、毛细孔一；4、毛细孔二；5、纳米厚度级金属层；6、纳米厚度级材料层。
具体实施方式
本发明拟实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，所实施的技术手段要达到的目的在于，改变目前在采用铝材、铝合金、镁合金、钛合金材料作为散热、导热基材的基础上，因基材自身导热性能受限或者还要另外辅以昂贵材料来提升散热率而导致的普遍存在的有关铝基材散热效率的局限性。因此，本发明之技术方案设计出一种能够提升这类铝基材散热与导热性能的工艺，该工艺方法主要通过纳米薄膜技术，大幅度提高铝材料表面的散热和受热面积，使铝制散热器及铝制配件的散热和导热效率大幅度提升，同时，针对工作温度在40℃以上的铝制散热器及产品也可通过表面形成的热辐射纳米薄膜进一步提升散热效率，从而降低产品的工作温度，提高设备的稳定性、延长工作寿命。
本发明所实施之技术方案，主要是以铝材料、铝合金材料等散热基材制成的散热工件通过常规加工设备而形成的纳米金属超导热材料的制作工艺步骤，也就是说结合所选取的散热基材与有序的若干步骤能够形成利于提升散热效率与导热效率的散热材料，这种散热材料便是本发明所涉及的纳米金属超导热材料，仅考虑纳米技术，已经是目前常规技术手段，若要施以这种技术手段，都要采用相应的加工设备、装置来完成整个加工过程，由于在不同加工需求下所选择的加工基材的材质、形状、尺寸会有所不同，所采用的纳米加工设备也有所不同，因此，对于所选取基材的不同规格以及进行纳米加工时所采用的不同设备均属于常规技术手段，这些常规技术手段均不在本发明技术方案范围之内，本发明实施方式无必要将每一个加工环节的设备型号、设备参数、设备装配方式、还需要安装部分组件等细化出来，例如，纳米级别的加工显然要采用相关的纳米加工设备，装置或设备之间的通电显然采用可供电线路，不仅局限于此，对于不同的纳米加工设备来说，若要全部列举出来是不现实的。因而，本发明所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的加工工艺，技术人员根据不同的应用条件以及加工需求，按照本申请形成的加工工艺步骤进行实际的加工与调试，能够最终获得满足其需求的纳米金属超导热材料，并且通过所得到的纳米金属超导热材料能够实际获得其带来的一系列优势，这些优势将会在以下对系统结构的解析中逐步体现出来。
如图1所示，本发明拟实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，在具体加工时的第一个步骤为，利用所选取的纳米加工设备，在所选取的铝材、铝合金、镁合金或钛合金材料这些工件基材的表面，加工形成若干均匀分布的直径范围为20-300纳米、深度范围为5-30微米的毛细孔，若以图1所选取的工件为例，则可在其朝向上方的工件表面一1、以及朝向侧面的工件表面二2分别施以尺寸相同的毛细孔一3、毛细孔二4，对于这些毛细孔，通常情况下，同一工件基材的表面毛细孔尺寸均相同，所形成的毛细孔尺寸优选为圆形或多边形。
如图2所示，本发明拟实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，在具体加工时的第二个步骤为，于工件基材表面、以及每个毛细孔内壁设置范围为10-100纳米厚度的金属铜或金属银，形成第一层膜。
如图3所示，本发明拟实施的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，在具体加工时的第三个步骤为，于工件基材的表面设置范围为10-50纳米厚度的纳米保护与热发射材料层，形成第二层膜；技术人员在具体实施时，也可根据不同的散热需求进行选择，或于第一层膜的表面施以范围为10-50纳米厚度的纳米保护与热发射材料层，形成第二层膜。同时，通过以上三个步骤的实施，最终形成有利于提升散热效率与导热效率的纳米金属超导热材料。
进一步地，技术人员施以的纳米保护材料可根据不同加工需求优选镍铬合金材料、硅及氧化硅材料、钛及氧化钛材料等。
以上所实施的纳米金属超导热材料制作工艺，该工艺方法主要通过纳米薄膜技术，大幅度提高所选取的工件基材表面的散热和受热面积，令其散热和导热效率大幅度提升，从而使得该工件或制成的散热器产品具备热辐射纳米薄膜。
在本说明书的描述中，若出现术语“实施例一”、“本实施例”、“具体实施”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”、“具有”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外，例如，采用铝材、铝合金、镁合金或钛合金为工件基材形成具备热辐射纳米薄膜的散热组件或散热产品，并且所获得的预期效果没有超出本发明之外；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同，例如，根据不同加工需求所选用不同的工件基材规格等；③以本发明技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明文本记载内容所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。

Claims (10)

1.一种利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其利用纳米加工设备对所选取的待加工的工件基材进行加工，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ、在所选取的工件基材表面，加工形成若干均匀分布的直径范围为20-300纳米、深度范围为5-30微米的毛细孔；
Ⅱ、于工件基材表面、以及每个毛细孔内壁施以范围为10-100纳米厚度的金属层，形成第一层膜；
Ⅲ、在已经形成第一层膜的基础上，于工件基材表面施以范围为10-50纳米厚度的纳米保护材料，形成第二层膜。
2.根据权利要求1所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述第二层膜包括纳米保护材料与热发射材料。
3.根据权利要求2所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述纳米金属超导热材料制作工艺在形成第二层膜之后，使得工件或制成的散热器产品具备热辐射纳米薄膜。
4.根据权利要求1所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述工件基材包括铝材、铝合金、镁合金或钛合金。
5.根据权利要求1所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述金属层包括金属铜或金属银。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述纳米保护材料包括镍铬合金材料、硅及氧化硅材料、或钛及氧化钛材料。
7.根据权利要求6所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述工件基材表面形成毛细孔的区域包括至少两个面。
8.根据权利要求1所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：同一工件基材的表面毛细孔尺寸相同。
9.根据权利要求1或8所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述毛细孔尺寸优选为圆形或多边形。
10.根据权利要求1所述的利于提升铝制品散热效率的纳米金属超导热材料制作工艺，其特征在于：所述第一层膜的表面施以范围为10-50纳米厚度的纳米保护与热发射材料层，形成第二层膜。
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