CN114126333A - 一种高强度、高导热的轻薄均热板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯、支撑柱，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱抵接，各支撑柱之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备而成；其中，铜合金/纯铜形成的复合铜材中，铜合金位于盖板的外侧，纯铜位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜与纯铜直接焊接而成。本发明一种高强度、高导热的轻薄均热板满足了当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，解决当前均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。

Description

一种高强度、高导热的轻薄均热板
技术领域
本发明属于电子器件散热技术领域，涉及一种高强度、高导热的轻薄均热板。
背景技术
随着电子技术的迅速发展，各种移动电子产品以及数据中心、服务器和电动汽车等运算部件的集成化程度快速提高，体积越来越小，特别随着5G产品的深入发展，各种移动电子产品和运算部件的运行功率迅速增大，产品终端会产生超高的热量，需要有良好散热功能的散热器件辅助，均热板是解决电子产品散热问题的良好方式，但常规的均热板无法满足小型化产品如芯片等的散热要求，均热板要求向轻薄化发展，但随着均热板的轻薄化又衍生了均热板的强度和可靠性下降的问题，同时随着均热板的厚度减小到一定厚度，蒸汽腔的热阻急剧增大，导致散热效果急剧下降，坏品率上升，可靠性下降，说明均热板的轻薄化情况复杂，制备工艺困难，是制约电子产品小型化的重要影响因素。
均热板由上下盖板构成内腔体，用于支撑吸液芯和支撑结构，现有均热板产品上下盖板均选用选择单一材料制备而成，如纯铜或铜合金板带，主要原因是原料成熟、生产工艺简单。由于纯铜是导热率最好的廉价金属，常规均热板的上下盖板通常采用纯铜，但纯铜的强度和硬度低(抗拉强度为120MPa～150MPa，硬度为50HV～60HV)，为保证均热板达到一定的结构强度，常规均热板总厚度通常大于2mm，此外，纯铜冲裁折弯处再经过高温焊合后晶粒易粗大，易导致出现外观不均一的问题。目前也有采用C19000铜合金制备均热板上下盖板的技术，但由于铜合金扩散焊接性能差，在拼接处只能采用涂铜膏焊接，但受铜膏涂抹均匀性、铜膏质量和焊合工艺影响，拼接界面极易出现如图1所示的无铜膏、铜膏太厚、孔洞等缺陷，诸类缺陷加剧了超薄均热板的泄漏率、降低了产品的可靠性，并且在高服役温度(约200℃)下，其强度偏低，容易发生变形、抗弯强度差等问题。上述说明，超薄均热板的上下盖板的选材非常重要，提供轻薄化、高强度、高导热的均热板对于促进芯片等电子产品小型化发展有着至关重要和意义深远的影响。
复合材料可以解决单一材料均热板强度低、厚度和重量大的问题，却鲜有采用，主要是由于复合材料本身存在制备工艺复杂、成本高、热导率低、界面不良问题；制备均热板时冲裁过程由于硬度高，出现变形困难、模具磨损严重、盖板易开裂等缺陷。铜以其良好的热导率仍然是均热板盖板材料的良好选择，但需解决其厚度较厚和易变型等问题，构建铜的复合材料作为均热板的盖板材料可以综合多种材料的优点，同时提高均热板的盖板强度，为制备高强度、高导热轻薄均热板理想材料提供了新的研究思路。
但选择铜复合的材料制备均热板盖板是一个复杂的问题，第一，需选择与铜热膨胀系数差异小的复合选材，否则在均热板制备时越容易发生变形，如表1所示，铝、钛、镁、钨、铬及其合金的热膨胀系数与纯铜的热膨胀系数相差过大，不适合制成复合材料；第二，需选择热导率高的复合选材，否则将导致均热板散热能效大幅下降，不锈钢、钛、镁、钨、铬及其合金的热导率远低于纯铜的热导率(400W·m-1·K-1)；第三，需选择与纯铜的晶体结构和晶格常数越近的复合选材，使得复合加工成型容易进行，铜的晶体结构是面心立方，容易加工变形，钨和铬晶体结构是体心立方，钛和镁晶体结构是密排六方，变形抗力均较大，不同晶体结构材质的复合加工难度更大，冲裁成盖板时强度高，模具磨损严重；第四，需考虑复合选材与纯铜复合界面问题，铜与钛、铬、镁会在复合界面形成金属间化合物，大幅降低复合材界面结合力，其复合材整体强度严重下降；第五，复合选材不能有过高的密度，钨、钼等金属密度远高于铜，对热均热板轻薄化呈负面影响；第六，复合选材要有足够高的熔点，铝、镁虽然密度小，但其熔点低于均热板制备所用最高温度，不能用于制备均热板；第七，复合选材要有合适的原料成本，316L不锈钢中含有14％价格昂贵的镍，其并非复合材良好选择。
综合上述，现有的超薄均热板的盖板选材仍有很大的改进空间，为满足当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，有待开发一种高强度、高导热的轻薄均热板，解决上述现有技术中存在的均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种高强度、高导热的轻薄均热板，满足了当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，解决当前均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。
本发明所采用的技术方案是，一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯、支撑柱，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯，吸液芯采用铜网或铜粉制备而成，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱抵接(支撑柱数量根据均热板的设计要求确定)，支撑柱的内芯采用纯铜柱或与上下盖板相同的复合铜合金柱，起到高强度支撑上下盖板的作用，同时，与盖板内侧纯铜板焊合时，同质材料有优良焊接界面和强度，支撑柱的外芯采用铜粉烧结铜环，优势在于均热板烧结时在高温、压力作用下，支撑柱内芯略微膨胀，与铜粉烧结铜环无间隙接触并焊合为一体，十分利于冷却介质回流，各支撑柱之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，用于快速导热，上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备而成；其中，铜合金/纯铜形成的复合铜材中，铜合金位于盖板的外侧，纯铜位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜与纯铜直接焊接而成。
进一步地，铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0.1％～10％，Ni 0.1％～5％，Mg 0～0.5％，Si 0～1.5％，Ti 0.2％～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
一种优选的铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0～3％，Ni 0～5％，，Si 0～1.5％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
另一种优选的铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0～0.5％，Ni 0～0.5％，Mg 0～0.5％，Ti 0～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
铜合金中的Fe与Cu不形成金属间化合物，形成两相假合金，均有良好热导率，铜合金含0～10％的铁利于提高强度；Ni、Mg、Si三者可形成细小的Ni2Si和Mg2Si相，合金中含Ti元素，形成Cu4Ti相，热处理后这些相在铜合金呈纳米级颗粒均匀析出，起主要强化作用，为铜合金提供高强度、硬度和耐热性能；同时Ti与Fe形成Fe2Ti相，起细化晶粒作用；合金中V形成(Fe,V)2Ti有更高的热稳定性，退火时抑制晶粒长大，防止均热板冲裁成型退火后表面晶粒粗大、出现橘皮等不良外观缺陷；最后纯铜与铜合金各成分在界面处不形成金属间化合物，不影响界面结合。
铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的纯铜的成分为：Cu 99.95％，O 0.001％，其余为不可避免杂质，各成分含量的总和为100％；高铜低氧低杂质使纯铜保持最高导热性能和最优焊接性能，其热导率约为400W·m-1·K-1，上下盖板的内侧均为纯铜，直接采用高温扩散焊，有最佳焊合界面，避免常规均热板盖板间采用涂铜膏焊接时产生的各种界面缺陷。
进一步地，铜合金/纯铜形成的复合铜材中纯铜的厚度占比为10％～50％；复合铜材中纯铜和铜合金所占比例任意可调，为保证内腔扩散焊接性，纯铜比例优选为10％～50％。
进一步地，铜合金/纯铜形成的复合铜材的制备方法，包括以下步骤：
S1，将纯铜和铜合金分别通过熔炼，铸造成板坯，形成的板坯再分别经过热轧、铣面、一次冷轧、退火、酸洗、二次冷轧制备出厚度为1.5mm的纯铜板带材和厚度为1.5mm的铜合金板带材；
S2，将S1得到的纯铜板带材和铜合金板带材分别进行固溶处理，具体工艺为：900℃下保温10min～60min，再以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，冷却方式为水冷或气雾化冷却，此时纯铜板带材的硬度不高于60HV，铜合金板带材的硬度不高于120HV，此时纯铜和铜合金硬度最低，便于轧制复合。
S3，对S2处理后的纯铜板带材和铜合金板带材的表面进行酸洗，然后用钢刷清理表面的氧化层；
S4，将经S3处理的纯铜板带材和铜合金板带材(仍处于软化状态)直接在空气中单道次冷轧复合成制成厚度为1.4mm的复合铜材；冷轧单道次压下率大于50％，优选压下率为大于60％；
S5，将S4得到的厚度为1.4mm的复合铜材在真空或保护气氛下800℃～930℃保温2h(也可以超过2h)形成冶金界面结合的复合铜材，板材处于软态，随后以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温，冷却方式为水冷或气雾化冷却，便于后续冷加工；
S6，将S5得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材根据均热板产品厚度要求，单道次冷轧至所需厚度，最小至0.08mm；再于880℃固溶20min～60min，以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温，冷却方式为水冷或气雾化冷却，得到软态的铜合金/纯铜形成的复合铜材，外观均匀，无橘皮、无开裂，用于方便均热板的上下盖板的冲裁。
更进一步地，S1中，热轧的温度为750℃～900℃，退火的温度为700℃～850℃。
更进一步地，S4中，压下率大于60％。
更进一步地，S6中，单道次冷轧无法达到所需厚度时，采用冷轧、800℃保温20min退火、冷轧循环加工至所需厚度。
进一步地，焊接采用高温扩散焊、激光焊或超声焊中的任一种。
进一步地，高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板的制备方法，具体为：当高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材进行制备时，最终通过热处理调节铜合金/纯铜形成的复合铜材的强度、硬度、热导率，其制备方法具体为：进行盖板冲裁时至少一个盖板的外侧为铜合金、内侧为纯铜，得到冲裁后的至少一个采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备的上下盖板；上下盖板内侧为纯铜与纯铜焊合，焊合后以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，再置于300℃～550℃热处理1h～8h，形成热导率为250W·m-1·K-1～300W·m-1·K-1、整体拉强度为300MPa～800MPa、整体硬度为150HV～270HV、界面冶金结合无缺陷的高强度、高导热的轻薄均热板的盖板。
当高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板中均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材进行制备时，其制备方法具体为：
对得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材进行180度折弯，观察界面结合情况，从图4a、4b中可看出，两侧折弯后界面均良好、无开裂，说明得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材有足够塑韧性。冲裁时盖板的外侧为铜合金，内侧为纯铜，得到冲裁后的采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备的上下盖板；上下盖板内侧为纯铜与纯铜焊合，焊合方式采用高温扩散焊，高温扩散焊的温度为700℃～920℃，保温时间1～3h，以获得超薄均热板，也可采用激光焊或超声焊，焊合质量理想，焊缝无化合物、孔洞等缺陷，结合力强，避免涂铜膏不均导致泄漏失效的现象，同时降低铜膏成本，铜合金/纯铜的焊合界面如图3所示，界面过渡性好，无氧化物、化合物、气孔等缺陷，完全实现冶金结合，不出现传统涂铜膏焊接时存在的各种界面缺陷，焊合后以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，冷却方式为水冷或气雾化冷却，再置于300℃～550℃热处理1h～8h，使均热板有最优的综合性能，形成热导率为250W·m-1·K-1～300W·m-1·K-1、整体拉强度为300MPa～800MPa、整体硬度为150HV～270HV、界面冶金结合无缺陷的高强度、高导热的轻薄均热板的盖板，高强度的盖板支撑均热板腔体，有效防止变形。
形成的高强度、高导热的轻薄均热板的抗拉强度为300MPa～800MPa，硬度为150HV～270HV，远高于纯铜均热板的150MPa和50HV，在250℃下长期服役各项性能不衰减，其整体热导率为250W·m-1·K-1～300W·m-1·K-1，远高于铜与钛、不锈钢、钨、铬及其合金等非铜金属的复合材料制得的均热板的热导率。
当高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板中一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材，一个盖板采用纯铜进行制备时，其制备方法具体为：纯铜直接冲裁出一个盖板，铜合金/纯铜形成的复合铜材盖板冲裁出另一个盖板，纯铜盖板与铜合金/纯铜形成的复合铜材盖板的焊接和热处理过程与上述高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材相同。
本发明具体实施方式的有益效果是：
(1)本发明具体实施方式采用铜合金/纯铜形成的复合铜材作为均热板的上下盖板，制备均热板的内腔室为纯铜与纯铜焊接，结合纯铜的导热、焊接性能与铜合金高强度、硬度及耐热性能。纯铜有最佳的导热性能和焊接性能，纯铜制备均热板内腔室保证均热板的散热能效及焊接可靠性；铜合金时效处理后有高强度、硬度，制成均热板外框，有效支撑固定均热板外型，同时铜合金高温强度高于纯铜，特别是超薄均热板在高温下服役时保证散热效能，整体强度高，产品尺寸稳定性好，本申请均热板上下盖板采用的复合铜材中铜和非铜合金复合界面好，热导率高。
(2)本发明具体实施方式采用铜合金板带材与纯铜板带材冷轧成复合铜材，铜合金和纯铜变形抗力小，无需真空处理，直接在大气下冷轧复合，可实现复合材料大批量连续生产，工艺简单、成本更低；复合铜材固溶软化后硬度低，冷加工变形量可大于80％，复合材料厚度可薄至0.08mm，满足任何均热板盖板对轻薄化的要求。铜合金/纯铜形成的复合铜材界面不产生金属间化合物，有优良的界面结合，纯铜和铜合金任意可调；制成均热板时，纯铜与纯铜直接扩散焊合，无需铜膏，焊缝质量好，可靠性更高，同时减小铜膏成本。
(3)本发明具体实施方式将复合铜材于880℃固溶20min～60min，形成冶金界面结合的复合铜材，板材处于软态，铜合金/纯铜形成的复合铜材软化后两者硬度低，冲裁盖板时，冲裁力小、模具磨损小；由于晶体结构相同、冲裁变形两者机械内应力小，同时由于两者热膨胀系数接近，热处理过程热应力小，因此均热板在制备过程中不易变形。
(4)本发明具体实施方式制备形成的高强度、高导热的轻薄均热板的整体热导率为250W·m-1·K-1～300W·m-1·K-1、整体拉强度为300MPa～800MPa、整体硬度为150HV～270HV，比传统单层纯铜或单层铜合金均热板盖板至少提高30％，重量和厚度均减小30％以上，是一种高强度、高导热的轻薄均热板盖板材料，有助于推动超薄均热板的快速发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是目前铜合金均热板采用涂铜膏焊接技术时的焊合界面缺陷微观形貌图。
图2是本发明具体实施方式制得的高强度、高导热的轻薄均热板的结构示意图。
图3是本发明具体实施方式制得的高强度、高导热的轻薄均热板盖板的扩散焊合界面微观形貌图。
图4是本发明具体实施方式制得的铜合金/纯铜形成的复合铜材的两侧180度折弯复合铜材中铜合金与纯铜的界面微观形貌图，图4中a为内铜外铜合金的复合铜材的两侧180度折弯界面微观形貌图，图4中b为内铜合金外铜的复合铜材的两侧180度折弯界面微观形貌图。
图5是本发明具体实施方式制得的铜合金/纯铜形成的复合铜材均热板盖板与纯铜均热板盖板的拉伸测试曲线对比图。
图6是本发明具体实施方式制得的铜合金/纯铜形成的复合铜材均热板盖板的拉断断口横截面图。
图7是本发明具体实施方式制得的高强度、高导热的轻薄均热板在热处理前后不同温度热导率变化图。
1-铜合金/纯铜形成的复合铜材、2-吸液芯、3-支撑柱、4-复合铜材中铜合金与纯铜的界面、5-焊合界面、1.1-铜合金、1.2-纯铜、3.1-铜粉。
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。
实施例1
一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯2、支撑柱3，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯2，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱3抵接，各支撑柱之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，上下盖板均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1制备而成；其中，铜合金/纯铜形成的复合铜材1中，铜合金1.1位于盖板的外侧，纯铜1.2位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材1的内层材料纯铜1.2与纯铜1.2直接焊接而成；焊接采用高温扩散焊、激光焊或超声焊中的任一种。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 0.2％，Ni2.5％，Mg 0.5％，Si 0.5％，Ti 0.2％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中纯铜1.2的厚度占比为10％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1的制备方法，包括以下步骤：
S1，将纯铜和铜合金分别通过熔炼，铸造成板坯，形成的板坯再分别经过热轧、铣面、一次冷轧、退火、酸洗、二次冷轧制备出厚度为1.5mm的纯铜板带材和厚度为1.5mm的铜合金板带材；热轧的温度为920℃，退火的温度为900℃；
S2，将S1得到的纯铜板带材和铜合金板带材分别于900℃固溶30min再以200℃/s冷却速率快速冷却至室温，此时纯铜板带材和铜合金板带材的硬度分别为50HV、90HV；
S3，对S2处理后的纯铜板带材和铜合金板带材的表面进行酸洗，然后用钢刷清理表面的氧化层；
S4，将经S3处理的纯铜板带材和铜合金板带材直接在空气中单道次冷轧复合成制成厚度为1.4mm的复合铜材；冷轧单道次压下率为50％；
S5，将S4得到的厚度为1.4mm的复合铜材在真空或保护气氛下900℃保温2h形成冶金界面结合的复合铜材，随后以200℃/s冷却速率快速冷却至室温；
S6，将S5得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材根据均热板产品厚度要求，单道次冷轧至所需厚度，再于900℃固溶20min，以200℃/s冷却速率快速冷却至室温，得到软态的铜合金/纯铜形成的复合铜材1，用于方便均热板的上下盖板的冲裁。
当所述高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1进行制备时，最终通过热处理调节铜合金/纯铜形成的复合铜材的强度、硬度、热导率，其制备方法具体为：进行盖板冲裁时盖板的外侧为铜合金1.1，内侧为纯铜1.2，得到冲裁后的采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1制备的上下盖板；上下盖板内侧为纯铜1.2与纯铜1.2焊合，焊合后以200℃/s冷却速率快速冷却至室温，再置于300℃热处理1h，形成高强度、高导热的轻薄均热板的盖板。
实施例2
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 0.2％，Ni0.1％，Ti 3.2％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中纯铜1.2的厚度占比为50％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1的制备方法，除
S1，热轧的温度为880℃，退火的温度为850℃；
S2，以300℃/s冷却速率快速冷却至50℃，此时纯铜板带材和铜合金板带材的硬度分别为50HV和110HV；
S4，冷轧单道次压下率为60％；
S5，在930℃保温2h形成冶金界面结合的复合铜材，随后以300℃/s冷却速率快速冷却至室温；
S6，将S5得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材根据均热板产品厚度要求，单道次冷轧无法达到所需厚度，采用冷轧、800℃保温20min退火、冷轧循环加工至所需厚度，再于880℃固溶60min，以300℃/s冷却速率快速冷却至室温，得到软态的铜合金/纯铜形成的复合铜材1，用于方便均热板的上下盖板的冲裁。
当所述高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1进行制备时，其制备方法除焊合后以300℃/s冷却速率快速冷却至50℃，再置于550℃热处理8h，形成高强度、高导热的轻薄均热板的盖板。
其余均与实施例1相同。
实施例3
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 5％，Ni0.5％，Ti 0.2％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中纯铜1.2的厚度占比为20％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1的制备方法中，S2，固溶时间10min；
其余均与实施例2相同。
实施例4
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 10％，Ni0.8％，Ti 0.2％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中纯铜1.2的厚度占比为30％。
铜合金/纯铜形成的复合铜材1的制备方法中，S2，固溶时间60min；
其余均与实施例2相同。
实施例5
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 0.1％，Ni3.5％，Si 0.7％，Ti 0.5％，V 0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
铜合金/纯铜形成的复合铜材1中纯铜1.2的厚度占比为40％。
其余均与实施例2相同。
实施例6
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 0.2％，，Ni5％，Ti 3.5％，V 0.2％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
其余均与实施例2相同。
实施例7
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除上下盖板一个采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1制备而成，另一个采用纯铜制备而成。
当高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板中一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1，一个盖板采用纯铜进行制备时，其制备方法具体为：纯铜直接冲裁出一个盖板，铜合金/纯铜形成的复合铜材1盖板冲裁出另一个盖板，纯铜盖板与铜合金/纯铜形成的复合铜材1盖板的焊接和热处理过程与实施例1中高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板均采用铜合金/纯铜形成的复合铜材1相同。
其余均与实施例2相同。
实施例8
一种高强度、高导热的轻薄均热板
除铜合金/纯铜形成的复合铜材1中所采用的铜合金1.1的成分为：Fe 0.2％，，Ni1.2％，Si 1.5％，Ti 1.5％，V 0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
其余均与实施例7相同。
实验例
本发明铜合金/纯铜形成的复合铜材1在冷加工中由于软态硬度相差小，变形时机械内应力小，热处理过程由于两者热膨胀系数接近，热应力小，因此均热板在制备过程中不易变形。本发明中铜合金/纯铜形成的复合铜材1属于同质材料，焊合界面5比异质材料更好，形成内腔体时，是纯铜与纯铜是高温扩散焊接，开裂、泄漏率更低。
对制得的高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板进行力学性能测试，测定其强度、延伸率以及硬度，并观察断口界面情况，测定制得的高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板不同温度下的热导率，评估其导热性能。高强度、高导热的轻薄均热板的盖板比传统纯铜或铜合金制得的均热板盖板的厚度和重量至少减小30％，耐热温度达250℃，尤其适用于作为超薄均热板和高温散热用均热板的盖板。
将本申请的铜合金/纯铜形成的复合铜材1和纯铜、C19000铜合金进行力学性能测试对比，拉伸曲线见图5，其性能结果如表1所示，复合铜材的强度达到333MPa～617MPa，远高于纯铜的136MPa，复合铜材的延伸率为15％～22％，满足冲裁要求，本申请复合铜材的硬度为208HV～249HV，远高于纯铜的硬度(50HV～60HV)，比C19000铜合金的硬度提高约60HV，本申请的铜合金/纯铜形成的复合铜材1的热导率为265.3W·m-1·K-1，高于当前铜合金均热板C19000材质的热导率(253W·m-1·K-1)，满足均热板对导热率的需求。
表1复合铜材和现均热板用纯铜和C19000铜合金性能比较
Figure BDA0002983963250000111
铜合金/纯铜形成的复合铜材1拉断后断口截面如图6所示，复合铜材中铜合金与纯铜的界面4无撕裂，说明铜合金/纯铜形成的复合铜材1在大变形下复合铜材中铜合金与纯铜的界面4仍然结合良好。
室温、100和200℃下测试实施例1制备的复合铜材的热导率见图7，室温下，热处理前铜合金/纯铜形成的复合铜材1整体热导率为167W·m-1·K-1，热处理后提升至265.3W·m-1·K-1，高于当前铜合金均热板C19000材质的热导率(253W·m-1·K-1)。
需要说明的是，在本申请中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯(2)、支撑柱(3)，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯(2)，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱(3)抵接，各支撑柱(3)之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，其特征在于，所述上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)制备而成；其中，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中，铜合金(1.1)位于盖板的外侧，纯铜(1.2)位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜(1.2)与纯铜(1.2)直接焊接而成。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中所采用的铜合金(1.1)的成分为：Fe 0.1％～10％，Ni 0.1％～5％，Mg 0～0.5％，Si 0～1.5％，Ti 0.2％～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中纯铜(1.2)的厚度占比为10％～50％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)的制备方法，包括以下步骤：
S1，将纯铜和铜合金分别通过熔炼，铸造成板坯，形成的板坯再分别经过热轧、铣面、一次冷轧、退火、酸洗、二次冷轧制备出厚度为1.5mm的纯铜板带材和厚度为1.5mm的铜合金板带材；
S2，将S1得到的纯铜板带材和铜合金板带材分别于900℃固溶10min～60min再以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，此时纯铜板带材的硬度不高于60HV，铜合金板带材的硬度不高于120HV；
S3，对S2处理后的纯铜板带材和铜合金板带材的表面进行酸洗，然后用钢刷清理表面的氧化层；
S4，将经S3处理的纯铜板带材和铜合金板带材直接在空气中单道次冷轧复合成制成厚度为1.4mm的复合铜材；冷轧单道次压下率大于50％；
S5，将S4得到的厚度为1.4mm的复合铜材在真空或保护气氛下800℃～930℃保温2h形成冶金界面结合的复合铜材，随后以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温；
S6，将S5得到的铜合金/纯铜形成的复合铜材根据均热板产品厚度要求，单道次冷轧至所需厚度，再于880℃固溶20min～60min，以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温，得到软态的铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)，用于方便均热板的上下盖板的冲裁。
5.根据权利要求4所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，S1中，所述热轧的温度为750℃～900℃，退火的温度为700℃～850℃。
6.根据权利要求4所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，S4中，所述压下率大于60％。
7.根据权利要求4所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，S6中，所述单道次冷轧无法达到所需厚度时，采用冷轧、800℃保温20min退火、冷轧循环加工至所需厚度。
8.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述焊接采用高温扩散焊、激光焊或超声焊中的任一种。
9.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，当所述高强度、高导热的轻薄均热板的上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)进行制备时，最终通过热处理调节铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)的强度、硬度、热导率，其制备方法具体为：进行盖板冲裁时至少一个盖板的外侧为铜合金(1.1)、内侧为纯铜(1.2)，得到冲裁后的至少一个采用铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)制备的上下盖板；上下盖板内侧为纯铜(1.2)与纯铜(1.2)焊合，焊合后以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，再置于300℃～550℃热处理1h～8h，形成热导率为250W·m-1·K-1～300W·m-1·K-1、整体拉强度为300MPa～800MPa、整体硬度为150HV～270HV、界面冶金结合无缺陷的高强度、高导热的轻薄均热板的盖板。
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