CN112809008A - 一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺 - Google Patents

一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，属于多孔热传导技术领域，通过利用金属材料与金属粉末混合液的配合嵌设填充烧结成型，既实现增强该热传导层的机械粘合强度，又获得表面积比大的多孔传导面，在一定程度上有效提高了该热传导层的传导散热效果，同时，该金属粉末混合液由金属粉末与碳纤维粉末、粘结剂配比而成，在烧结后形成多孔的复合层，孔隙比例大，传导效果好，且设置于金属铝板内部的多个弧形凸起鼓包，一方面有利于实现多孔金属骨架与填充腔内形成一个金属粉末混合液的烧结空间，另一方面有利于提高金属粉末混合液的烧结表面比，有效提高了该热传导层的整体使用效果。

Description

一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺
技术领域
本发明涉及多孔热传导技术领域，更具体地说，涉及一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺。
背景技术
电子元件在工作过程中会产生大量的热量，散热问题已成为科技发展上关键技术的瓶颈。早期电子元件的散热途径均采用内部封装的材质以将热传至表层，利用较大的散热片以热传导的方式将热传至发热源的外部，并加装鳍片或风扇来达到强制对流的效果。在这个散热路径上，相当多的介质会转换而形成热阻较大的介面，故必须使用适当的热传导性材料，用以降低介面热阻问题，并提高散热的效率。特别是在构装密度越来越高，发热功率越来越大的今天，如何让电子元件有效地散热更是相当重要的课题。
我们所熟知的热传导性材料是使用有机材料和具有导热性粉末混合而成。常见的有机材料为：环氧树脂、聚氨基甲酸酯树脂、压克力树脂和聚硅氧烷树脂等。而导热性粉末可分成金属粉末、陶瓷粉末与其他类型粉末等三大系统。
其中，金属多孔表面由于其独特的强化传热机理和高效的传热性能，已成为一种具有广泛应用前景的新型换热表面，为此，我们提出一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，利用金属材料与金属粉末配合进行烧结成型，来有效提高热传导效果。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，通过利用金属材料与金属粉末混合液的配合嵌设填充烧结成型，既实现增强该热传导层的机械粘合强度，又获得表面积比大的多孔传导面，在一定程度上有效提高了该热传导层的传导散热效果，同时，该金属粉末混合液由金属粉末与碳纤维粉末、粘结剂配比而成，在烧结后形成多孔的复合层，孔隙比例大，传导效果好，且设置于金属铝板内部的多个弧形凸起鼓包，一方面有利于实现多孔金属骨架与填充腔内形成一个金属粉末混合液的烧结空间，另一方面有利于提高金属粉末混合液的烧结表面比，有效提高了该热传导层的整体使用效果。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，具体操作步骤如下：
S1、选用清洁干燥的金属铝板、多孔金属骨架以及导热片备用，所选用的金属铝板内部开设有填充腔，且填充腔内底部设有多个弧形凸起鼓包；
S2、将质量分数比为1:0.5:0.1:3的金属粉末、碳纤维粉末、粘结剂、水混合配制得到金属粉末混合液；
S3、将S2所获得的金属粉末混合液导入填充腔内并淹没多个弧形凸起鼓包的顶端部，再将多孔金属骨架覆盖于填充腔内，多孔金属骨架的底端与多个弧形凸起鼓包的顶端相抵，根据金属粉末混合液的可实际填充量，可向多孔金属骨架上补充适量的金属粉末混合液，以保证多孔金属骨架的上端面也浸没有金属粉末混合液；
S4、在多孔金属骨架的上端面覆盖上导热片，即得到金属材料与金属粉末的配制体，并将该配制体预加热使得金属粉末混合液凝固成结，最后将该配制体置于烧结炉中进行烧结获得烧结体；
S5、将S4中所获得的多个烧结体，两两上下对称相贴合，即两个导热片通过粘结液进行固定连接，既得到基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层。
进一步的，所述S1中利用打磨纸对填充腔的内部以及导热片的上下端面均进行粗糙化处理，进行打磨处理，有利于金属粉末混合液与填充腔以及导热片侧壁的粘结程度。
进一步的，所述填充腔内壁以及导热片的上下端面铺设有一层金属纤维编织网，铺设一层金属纤维编织网后，更有利于提高金属粉末混合液的粘结附着力度。
进一步的，所述多孔金属骨架上贯穿连接有多个均匀分布的毛细纤维，多个所述毛细纤维的下端延伸至填充腔内，多个所述毛细纤维的上端贴合于导热片的底端，多个毛细纤维的设置有利于导入至填充腔内的金属粉末混合液能够通过毛细纤维均匀分布扩散，实现金属粉末混合液的均匀填充，同时，当金属粉末混合液烧结凝固后，多个毛细纤维嵌设于金属粉末混合液内，也有利于金属粉末混合液的附着力度。
进一步的，所述多孔金属骨架的底端设有多个与弧形凸起鼓包位置对应的弧形衔接部，且弧形衔接部的底端与弧形凸起鼓包的底端相匹配衔接设置，弧形衔接部的设置有利于提高多孔金属骨架与多个弧形凸起鼓包的衔接稳固性。
进一步的，所述金属铝板的内底部开设有多个与弧形凸起鼓包位置对应的中空腔，所述中空腔内贯穿套设有冷却液传送管，且冷却液传送管的前后两端分别贯穿中空腔并延伸向外，多个中空腔在烧结体获得之后再进行开腔，插设冷却液传送管，利用冷却液传送管传输冷却液，在必要环境下，更进一步有效提高了该热传导层的传导散热效果。
进一步的，所述冷却液传送管与中空腔内壁之间填充有导热硅胶层。
进一步的，所述热传导层上下端的任意一面贴附有散热硅胶片，所述散热硅胶片贴附于其中一个金属铝板的底端，在进行安装时，将散热硅胶片与电子元件进行贴合安装，有效提高热传导效果。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过利用金属材料与金属粉末混合液的配合嵌设填充烧结成型，既实现增强该热传导层的机械粘合强度，又获得表面积比大的多孔传导面，在一定程度上有效提高了该热传导层的传导散热效果，同时，该金属粉末混合液由金属粉末与碳纤维粉末、粘结剂配比而成，在烧结后形成多孔的复合层，孔隙比例大，传导效果好，且设置于金属滤板内部的多个弧形凸起鼓包，一方面有利于实现多孔金属骨架与填充腔内形成一个金属粉末混合液的烧结空间，另一方面有利于提高金属粉末混合液的烧结表面比，有效提高了该热传导层的整体使用效果。
(2)利用打磨纸对填充腔的内部以及导热片的上下端面均进行粗糙化处理，填充腔内壁以及导热片的上下端面铺设有一层金属纤维编织网，利用打磨处理以及铺设一层金属纤维编织网配合，更有利于金属粉末混合液与填充腔以及导热片侧壁的粘结程度。
(3)多孔金属骨架上贯穿连接有多个均匀分布的毛细纤维，多个毛细纤维的下端延伸至填充腔内，多个毛细纤维的上端贴合于导热片的底端，多个毛细纤维的设置有利于导入至填充腔内的金属粉末混合液能够通过毛细纤维均匀分布扩散，实现金属粉末混合液的均匀填充，同时，当金属粉末混合液烧结凝固后，多个毛细纤维嵌设于金属粉末混合液内，也有利于金属粉末混合液的附着力度。
(4)多孔金属骨架的底端设有多个与弧形凸起鼓包位置对应的弧形衔接部，且弧形衔接部的底端与弧形凸起鼓包的底端相匹配衔接设置，弧形衔接部的设置有利于提高多孔金属骨架与多个弧形凸起鼓包的衔接稳固性。
(5)金属铝板的内底部开设有多个与弧形凸起鼓包位置对应的中空腔，中空腔内贯穿套设有冷却液传送管，且冷却液传送管的前后两端分别贯穿中空腔并延伸向外，多个中空腔在烧结体获得之后再进行开腔，插设冷却液传送管，利用冷却液传送管传输冷却液，在必要环境下，更进一步有效提高了该热传导层的传导散热效果。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的热传导层的爆炸图；
图3为本发明的热传导层的部分内剖视图；
图4为本发明的热传导层上的金属铝板与多孔金属骨架结合处的爆炸图；
图5为本发明的热传导层上的金属铝板与多孔金属骨架结合处的立体图。
图中标号说明：
1金属铝板、2弧形凸起鼓包、3金属粉末混合液、4弧形衔接部、5多孔金属骨架、6毛细纤维、7导热片、8冷却液传送管、9散热硅胶片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-3，一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，具体操作步骤如下：
S1、选用清洁干燥的金属铝板1、多孔金属骨架5以及导热片7备用，所选用的金属铝板1内部开设有填充腔，且填充腔内底部设有多个弧形凸起鼓包2；
S2、将质量分数比为1:0.5:0.1:3的金属粉末、碳纤维粉末、粘结剂、水混合配制得到金属粉末混合液3；
S3、将S2所获得的金属粉末混合液3导入填充腔内并淹没多个弧形凸起鼓包2的顶端部，再将多孔金属骨架5覆盖于填充腔内，多孔金属骨架5的底端与多个弧形凸起鼓包2的顶端相抵，根据金属粉末混合液3的可实际填充量，可向多孔金属骨架5上补充适量的金属粉末混合液3，以保证多孔金属骨架5的上端面也浸没有金属粉末混合液3；
S4、在多孔金属骨架5的上端面覆盖上导热片7，即得到金属材料与金属粉末的配制体，并将该配制体预加热使得金属粉末混合液3凝固成结，最后将该配制体置于烧结炉中进行烧结获得烧结体；
S5、将S4中所获得的多个烧结体，两两上下对称相贴合，即两个导热片7通过粘结液进行固定连接，既得到基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层。
其中，S1中利用打磨纸对填充腔的内部以及导热片7的上下端面均进行粗糙化处理，进行打磨处理，有利于金属粉末混合液3与填充腔以及导热片7侧壁的粘结程度，填充腔内壁以及导热片7的上下端面铺设有一层金属纤维编织网，铺设一层金属纤维编织网后，更有利于提高金属粉末混合液3的粘结附着力度。
请参阅图2-4，多孔金属骨架5上贯穿连接有多个均匀分布的毛细纤维6，多个毛细纤维6的下端延伸至填充腔内，多个毛细纤维6的上端贴合于导热片7的底端，多个毛细纤维6的设置有利于导入至填充腔内的金属粉末混合液3能够通过毛细纤维6均匀分布扩散，实现金属粉末混合液3的均匀填充，同时，当金属粉末混合液3烧结凝固后，多个毛细纤维6嵌设于金属粉末混合液3内，也有利于金属粉末混合液3的附着力度，多孔金属骨架5的底端设有多个与弧形凸起鼓包2位置对应的弧形衔接部4，且弧形衔接部4的底端与弧形凸起鼓包2的底端相匹配衔接设置，弧形衔接部4的设置有利于提高多孔金属骨架5与多个弧形凸起鼓包2的衔接稳固性。
请参阅图4-5，金属铝板1的内底部开设有多个与弧形凸起鼓包2位置对应的中空腔，中空腔内贯穿套设有冷却液传送管8，且冷却液传送管8的前后两端分别贯穿中空腔并延伸向外，冷却液传送管8与中空腔内壁之间填充有导热硅胶层，多个中空腔在烧结体获得之后再进行开腔，插设冷却液传送管8，利用冷却液传送管8传输冷却液，在必要环境下，更进一步有效提高了该热传导层的传导散热效果。
请参阅图1-2，热传导层上下端的任意一面贴附有散热硅胶片9，散热硅胶片9贴附于其中一个金属铝板1的底端，在进行安装时，将散热硅胶片9与电子元件进行贴合安装，有效提高热传导效果。
本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：具体操作步骤如下：
S1、选用清洁干燥的金属铝板(1)、多孔金属骨架(5)以及导热片(7)备用，所选用的金属铝板(1)内部开设有填充腔，且填充腔内底部设有多个弧形凸起鼓包(2)；
S2、将质量分数比为1:0.5:0.1:3的金属粉末、碳纤维粉末、粘结剂、水混合配制得到金属粉末混合液(3)；
S3、将S2所获得的金属粉末混合液(3)导入填充腔内并淹没多个弧形凸起鼓包(2)的顶端部，再将多孔金属骨架(5)覆盖于填充腔内，多孔金属骨架(5)的底端与多个弧形凸起鼓包(2)的顶端相抵，根据金属粉末混合液(3)的可实际填充量，可向多孔金属骨架(5)上补充适量的金属粉末混合液(3)，以保证多孔金属骨架(5)的上端面也浸没有金属粉末混合液(3)；
S4、在多孔金属骨架(5)的上端面覆盖上导热片(7)，即得到金属材料与金属粉末的配制体，并将该配制体预加热使得金属粉末混合液(3)凝固成结，最后将该配制体置于烧结炉中进行烧结得到烧结体；
S5、将S4中所获得的多个烧结体，两两上下对称相贴合，即两个导热片(7)通过粘结液进行固定连接，既得到基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述S1中利用打磨纸对填充腔的内部以及导热片(7)的上下端面均进行粗糙化处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述填充腔内壁以及导热片(7)的上下端面铺设有一层金属纤维编织网。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述多孔金属骨架(5)上贯穿连接有多个均匀分布的毛细纤维(6)，多个所述毛细纤维(6)的下端延伸至填充腔内，多个所述毛细纤维(6)的上端贴合于导热片(7)的底端。
5.根据权利要求1所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述多孔金属骨架(5)的底端设有多个与弧形凸起鼓包(2)位置对应的弧形衔接部(4)，且弧形衔接部(4)的底端与弧形凸起鼓包(2)的底端相匹配衔接设置。
6.根据权利要求5所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述金属铝板(1)的内底部开设有多个与弧形凸起鼓包(2)位置对应的中空腔，所述中空腔内贯穿套设有冷却液传送管(8)，且冷却液传送管(8)的前后两端分别贯穿中空腔并延伸向外。
7.根据权利要求6所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述冷却液传送管(8)与中空腔内壁之间填充有导热硅胶层。
8.根据权利要求1所述的一种基于金属粉末纤维多孔烧结的热传导层制备工艺，其特征在于：所述热传导层上下端的任意一面贴附有散热硅胶片(9)，所述散热硅胶片(9)贴附于其中一个金属铝板(1)的底端。
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