CN111912272A - 毛细结构、其制作方法和散热件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种毛细结构,包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜,所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成,所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙,所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。本发明还公开了一种毛细结构的制作方法和散热件。本发明的毛细结构孔隙率高、吸液速度快、强度好、传热效率高,可以直接烧结于散热组件中的内壁,使用方便,工序简单,适用于热导管,均热板,热柱结构等散热组件。
Description
技术领域
本申请涉及一种毛细结构、其制作方法和散热件,可应用于热导管、均热板、热柱结构等领域。
背景技术
相变散热是当前公认的最先进的散热技术,利用气液两相的转化来实现热量交换,它的导热能力是热良导体的1000倍,有热的“超导体”之称。相变散热组件的结构:封闭真空腔体内壁有一层毛细结构材料,且含有运动流体,液体在吸热区受热挥发为气体,流向冷凝区,气体遇冷发生冷凝,并在毛细力的作用下回流到吸热区,这样热量被循环不断的传导出去。其毛细结构是液体持续回流的驱动力,也是影响传热组件效率的关键材料。
散热组件毛细结构的孔隙率、吸水速率、强度都是重要的指标。毛细结构孔隙率越大,能容纳的液体越多,吸水速率越高,液体在冷凝区回流到吸热区的速度越快,对应散热组件的导热能力越强,另外热导管制造过程中经常需要弯折、打扁,这就需要毛细结构有良好的强度和韧性。相变散热组件有多种形态,如热导管,均热板,热柱结构等,其毛细结构主要是内壁烧结一层金属粉末。
中国实用新型专利207543468U披露了一种超薄均热板,在沟槽中分布铜粉或者金属纤维毛细结构。该结构仍然存在吸液速率低、强度弱、传热效率低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毛细结构、其制作方法和散热件,以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开一种毛细结构,包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜,
所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成,
所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙,
所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。
优选的,在上述的毛细结构中,所述多条金属线之间形成有缝隙或通孔,所述孔隙与该缝隙或通孔连通。
优选的,在上述的毛细结构中,所述金属粉膜材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金;
所述金属线层材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金。
优选的,在上述的毛细结构中,所述金属线层和金属粉膜交替设置。
优选的,在上述的毛细结构中,每层所述金属粉膜的厚度为15-2000um,金属粉膜中的粉末粒径为0.1-250微米;粉末松装密度0.7-5g/cm3。
优选的,在上述的毛细结构中,所述金属线层由多条金属线交织成金属网格,所述金属网格的金属线直径为5-200um,网孔径为10-500um。
优选的,在上述的毛细结构中,所述金属线层由多条金属线并列形成,所述金属线的直径为5-200um,相邻金属线之间的间距为10-1000um。
相应的,本申请实施例还公开了一种毛细结构的制作方法,包括:
将金属粉末和高分子材料混合后形成于金属线层表面;
烧结,形成结合于金属线层上的金属粉膜。
优选的,在上述的毛细结构的制作方法中,将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体;
膏体以流延、涂层或喷涂方式形成在金属线层表面。
优选的,在上述的毛细结构的制作方法中,金属粉末和高分子材料混合后,通过注射成型方式在金属线层表面形成膜结构。
优选的,在上述的毛细结构的制作方法中,所述高分子材料至少包括膏状构成物,该膏状构成物选自树脂粘接剂、溶剂或其组合。
优选的,在上述的毛细结构的制作方法中,金属粉末和高分子材料的混合材料中,金属粉末质量比例为50%~90%。
相应的,本申请一实施例还公开了一种散热件,其表面形成有所述的毛细结构。
优选的,在上述的散热件中,所述毛细结构与散热件表面之间烧结在一起或组装在一起。
本申请还公开了一种散热件毛细结构的制作方法,包括:
将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体,膏体以流延、涂层、喷涂或注射成型方式形成于散热件表面;
膏体烧结,在散热件表面形成毛细结构。
优选的,在上述的散热件毛细结构的制作方法中,所述高分子材料至少包括膏状构成物,该膏状构成物选自树脂粘接剂、溶剂或其组合。
优选的,在上述的散热件毛细结构的制作方法中,金属粉末和高分子材料的混合材料中,金属粉末质量比例为50%~90%。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的毛细结构孔隙率高、吸液速度快、强度好、传热效率高,可以直接烧结于散热组件中的内壁,使用方便,工序简单,适用于热导管,均热板,热柱结构等散热组件。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本申请实施例中毛细结构的结构示意图。
具体实施方式
结合图1所示,本申请实施例提供了一种毛细结构,包括至少一层金属线层2和至少一层金属粉膜1,所述金属线层2由多条金属线交织或阵列形成,所述金属粉膜1的颗粒之间形成有相连通的孔隙,所述金属粉膜1与所述金属线层2烧结在一起。
在一实施例中,使用的金属线和金属粉的材质都是具有较高热导率的金属,如铜、铝、钛、银、金等或者以他们为主要基体的合金,由于金属金、银、钛价格高,优选现在使用最多的金属铜和金属铝。
在一实施例中,金属粉末的形状和粒径不特别限定,球形、类球形、不规则形状、鳞片状、不规则形状等均能够适当使用,优选不规则形状,优选粉末粒径是0.1-250微米,更优选为30-250微米。粉末松装密度0.7-5g/cm3,更优选为1.2-3.5g/cm3。
在一实施例中,金属粉末可以通过雾化法,电解法,还原法,熔体旋转法以及其他的极冷凝固方式制造。在工业上优选水雾化法,通过高压水冲击熔融的金属铜液获得不规则粉体。
在一实施例中,每层金属粉膜的厚度为15-2000um,优选为50-500um。
在一实施例中,金属线层是由多条金属线交织成金属网格。
作为优选的,网孔形状为正方形。
作为优选的,金属网格的金属线直径为5-200um,网孔直径(边长)为 10-500um。更为优选的,金属线直径为20-60um,网孔直径为50-150um。
在另一实施例中,金属线层由多条金属线并列形成。
作为优选的,金属线的直径为5-200um,相邻金属线之间的间距为10-1000 um。更为优选的,金属线直径为20-60um,相邻金属线之间的间距为20-200 um。
在一实施例中,毛细结构可以为金属线层+金属粉膜、金属线层+金属粉膜+金属线层、金属粉膜+金属线层+金属粉膜等复合结构。
本申请实施例还提供了一种毛细结构的制作方法,包括:
将金属粉末和高分子材料混合后形成于金属线层表面;
烧结,形成结合于金属线层上的金属粉膜。
在一实施例中,高分子可以根据需要,包含树脂粘接剂,溶剂,表面活性剂等,这些根据能够使用公知的或者市售的。优选含有树脂粘接剂或者溶剂中至少一种作为膏状构成物使用,可以形成优异的膜层或者有优异的注射成型的使用效果。
作为树脂粘合剂可适当使用如:环氧树脂、酚醛树脂、聚丙醛、聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯晴树脂、石蜡、乙烯醇树脂、聚烯烃树脂、聚乙烯树脂、乙酸乙烯树脂等或者是石蜡、蜜蜡、焦油、松脂、胶等天然树脂。这些树脂在加热的时候挥发,如果在金属烧结后有残留,则不是最佳选项,需要进行区分。将高分子材料与金属粉末充分的混合,金属粉末分散均匀,可以根据需要使用溶剂,也可以在混合过程中加热。优选高分子与金属粉末不分层,金属粉末不沉淀。
溶剂能单独使用或者混合使用,溶剂包括水,醇类,醚类,酮类酯类等。
表面活性剂用来提高金属粉末与溶剂和高分子的相容性,如硬脂酸,十二烷基苯磺酸钠,卵磷脂,氨基酸型,脂肪酸甘油酯,脂肪酸山梨坦,聚山梨酯等。
在优选实施例中,金属粉末和高分子材料的混合材料中,金属粉末质量比例为50%~90%。
在一实施例中,毛细结构的制作方法包括:
(1)、将金属粉末与高分子结合制造成膏体,使用辊涂,流延、涂层、喷涂等方式,在金属网上覆盖一定厚度金属粉末膏体;
(2)、然后在25℃-300℃这样的温度范围内干燥固化,这样可以制造多层金属粉与金属网结构胚体,胚体可以根据需要制作各种形状和厚度,如柱状,片状,环状等。
(3)、将胚体与散热组件内壁一起烧结,或将胚体高温烧成为一定的强度的毛细结构,再与散热组件的内壁连接在一起。烧结温度在低于金属熔点 30-300℃的温度下烧结,烧结时间可以根据烧结温度而调整,通常烧结时间(包括有机物脱脂过程)30min-24h,烧结气氛可以是惰性气氛、还原气氛或真空气氛。由于金属粉膜含有树脂粘接剂等有机物,还需要在高温烧结前进行脱脂处理,脱脂处理温度在700℃以下,脱脂时间>4h,脱脂气氛根据有机物的分解需要选择,可以使用氧化气氛、真空气氛、惰性气氛或者还原气氛。
在另一实施例中,毛细结构的制作方法包括:
(1)、将金属粉末与高分子结合,通过注射成型的方式,在金属网上覆盖一层膜,这层金属粉末与高分子的膜根据需要可以是各种厚度,各种形状胚体,如柱状,片状,环状,也可以有突起,有支柱等。
(2)、直接将胚体与散热组件内壁一起烧结来使用,也可以将胚体高温烧后具有一定强度的毛细结构,再与散热组件的内壁连接在一起。烧结温度在低于金属熔点30-300℃的温度下烧结,烧结时间可以根据烧结温度而调整,通常烧结时间(包括有机物脱脂过程)30min-24h,烧结气氛可以是惰性气氛、还原气氛或真空气氛。由于金属粉膜含有树脂粘接剂等有机物,还需要在高温烧结前进行脱脂处理,脱脂处理温度在700℃以下,脱脂时间>4h,脱脂气氛根据有机物的分解需要选择,可以使用氧化气氛、真空气氛、惰性气氛或者还原气氛。
该方法中,金属丝线的排布使用金属编织机,或者其它能够对金属丝线拉直且密排的机器,使金属丝线可以均匀,笔直的排布在一个平面上,或者其他需要的形状进行排布,也可以将金属丝线缠绕在模具上,模具形状根据需要选择。金属丝线的排布的距离和丝线的层数可以调节。
本实施例获得的毛细结构,可以应用于电子散热组件热导管和VC均热板中,该毛细结构与散热组件的内壁通过烧结连接为一体,起到与散热组件内壁间进行热量传输,储存液体,提供液体回流的毛细力的作用。
本申请实施例还公开了一种散热件毛细结构的制作方法,包括:
将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体,膏体以流延、涂层、喷涂或注射成型方式形成于散热件表面;
膏体烧结,在散热件表面形成毛细结构。
该技术方案中,将金属粉末制备成膏体,可以根据需要形成不同形状的毛细结构,操作简单。
本发明通过下列实施例作进一步说明:根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
结合表1,下面实施例中,金属线层是由多条金属线交织成金属网格,铜粉和铜网均指单层结构,各实施例和对比例中所涉及的铜网尺寸大小相同、铜粉层厚度相同、铜粉层铺设形状相同。
实施例1-4以及对比例1-3中,铜粉与高分子膏体配方均采用:铜粉63%;水33%,纤维素3%,。
实施例1-4中,涉及铜粉与铜网结合的实施例,均采用手段:将铜粉与高分子混合均匀制成膏体,膏体涂在铜网上,然后脱脂并烧结,烧结温度960℃,保温时间60min。
对比例1-3中,铜粉的烧结条件满足:烧结温度960℃,保温时间60min。
表1
由表1可以看出,铜粉和铜网采用烧结方式进行结合,可以明显提高其吸水速率、孔隙率和强度。
结合表2,下面实施例中,金属线层是由多条金属线并列形成,铜粉和铜丝线均指单层结构,各实施例和对比例中所涉及的铜网尺寸大小相同、铜粉层厚度相同、铜粉层铺设形状相同。
实施例5-8以及对比例6中,铜粉与高分子膏体配方均采用:铜粉65%;聚乙烯30%,微晶蜡4%,硬脂酸1%。
实施例5-8中,涉及铜粉与铜网结合的实施例,均采用手段:将铜粉与高分子加热混炼均匀,将金属丝线密排拉直,铜粉与高分子混合物通过注射成型压印在金属丝线上,然后高温脱脂烧结,烧结温度960℃,保温时间60min。
对比例6中,铜粉的烧结条件满足:烧结温度960℃,保温时间60min。
表2
由表2中数据可知,铜粉和金属线层采用烧结方式进行结合,可以明显提高其吸水速率、孔隙率和强度。
综上所述,本发明制造铜粉与铜网复合毛细结构的优势:
1、使用该方法制造铜粉与铜网复合毛细结构的工艺简单,且可以制造各种形状复杂的毛细结构;
2、使用该发明的复合毛细结构材料用于制作均热板时,将复合毛细结构材料放置于均热板的内壁,然后高温烧结就可以完成均热板毛细结构的制作,工序简单;
3、该复合毛细结构与现有的毛细结构比有更好的强度。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (17)
1.一种毛细结构,包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜,
所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成,
所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙,
所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。
2.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,所述多条金属线之间形成有缝隙或通孔,所述孔隙与该缝隙或通孔连通。
3.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,所述金属粉膜材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金;
所述金属线层材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金。
4.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,所述金属线层和金属粉膜交替设置。
5.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,每层所述金属粉膜的厚度为15-2000um,金属粉膜中的粉末粒径为0.1-250微米;粉末松装密度0.7-5g/cm3。
6.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,所述金属线层由多条金属线交织成金属网格,所述金属网格的金属线直径为5-200um,网孔径为10-500um。
7.根据权利要求1所述的毛细结构,其特征在于,所述金属线层由多条金属线并列形成,所述金属线的直径为5-200um,相邻金属线之间的间距为10-1000um。
8.权利要求1至7任一所述的毛细结构的制作方法,其特征在于,包括:
将金属粉末和高分子材料混合后形成于金属线层表面;
烧结,形成结合于金属线层上的金属粉膜。
9.根据权利要求8所述的毛细结构的制作方法,其特征在于,将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体;
膏体以辊涂、流延、涂层、喷涂或刷涂方式形成在金属线层表面。
10.根据权利要求8所述的毛细结构的制作方法,其特征在于,金属粉末和高分子材料混合后,通过注射成型方式在金属线层表面形成膜结构。
11.根据权利要求8所述的毛细结构的制作方法,其特征在于,所述高分子材料至少包括膏状构成物,该膏状构成物选自树脂粘接剂、溶剂或其组合。
12.根据权利要求8所述的毛细结构的制作方法,其特征在于,金属粉末和高分子材料的混合材料中,金属粉末质量比例为50%~90%。
13.一种散热件,其表面形成有权利要求1至7任一所述的毛细结构。
14.根据权利要求13所述的散热件,其特征在于,所述毛细结构与散热件表面之间烧结在一起或组装在一起。
15.一种散热件毛细结构的制作方法,其特征在于,包括:
将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体,膏体以辊涂、流延、涂层、喷涂、刷涂或注射成型方式形成于散热件表面;
膏体烧结,在散热件表面形成毛细结构。
16.根据权利要求15所述的散热件毛细结构的制作方法,其特征在于,所述高分子材料至少包括膏状构成物,该膏状构成物选自树脂粘接剂、溶剂或其组合。
17.根据权利要求15所述的散热件毛细结构的制作方法,其特征在于,金属粉末和高分子材料的混合材料中,金属粉末质量比例为50%~90%。
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