CN114632935B - 铜翅片-多孔铜复合零件及其制备方法与翅片式铜复合散热器 - Google Patents
铜翅片-多孔铜复合零件及其制备方法与翅片式铜复合散热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铜翅片‑多孔铜复合零件及其制备方法与翅片式铜复合散热器，属于热管理材料技术领域。该制备方法包括：将收缩比相等的铜喂料与多孔铜喂料共注射以获得铜翅片‑多孔铜复合结构生坯；经脱脂和烧结，得一次成形的铜翅片‑多孔铜复合零件。通过将铜翅片与多孔铜以冶金结合形式一次成形，可减少成形工序，大幅度降低制备成本。所得的复合零件所具有的界面为铜与铜冶金结合，界面热阻低、热响应速度快、导热性高，散热性能优异，产品尺寸精度高、可批量生产。相应的翅片式铜复合散热器，热量沿翅片传递的同时还可通过多孔铜骨架和节点构成的传热网络扩散到整个储能装置中而被相变材料所吸收，有效提高散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及热管理材料技术领域，具体而言，涉及铜翅片-多孔铜复合零件及其制备方法与翅片式铜复合散热器。
背景技术
社会正步入智能化时代，通讯、半导体、家电、照明等领域电子器件趋于小型化、集成化和高功率化，器件散热已成为电子器件寿命降低和性能失效的重要因素。
电子器件越来越高的集成度导致电子元件工作时单位面积产生的热量急剧增加，仅仅依靠多孔金属或翅片的导热增强作用已开始捉襟见肘，甚至无法达到温控或散热的要求。并且，现有技术中，多孔金属与翅片之间存在较大的界面热阻，散热效果无法发挥到最优状态。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种铜翅片-多孔铜复合零件的制备方法，该方法能够有效降低零件的界面热阻，提高散热效果。
本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的铜翅片-多孔铜复合零件。
本发明的目的之三在于提供一种由相变材料填充于上述铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜所具有的孔隙后密封而得的翅片式铜复合散热器。
本申请可这样实现：
第一方面，本申请提供一种铜翅片-多孔铜复合零件的制备方法，包括以下步骤：
将用于制备铜翅片的铜喂料与用于制备多孔铜的多孔铜喂料共注射以获得铜翅片-多孔铜复合结构生坯；随后再经脱脂和烧结，得到一次成形的铜翅片-多孔铜复合零件；
铜喂料和多孔铜喂料的收缩比相等。
在可选的实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料的收缩比独立地为1.15-1.17。
在可选的实施方式中，多孔铜喂料经铜粉、有机粘结剂和造孔剂密炼而得。
在可选的实施方式中，铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉，更优为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
在可选的实施方式中，有机粘结剂为聚甲醛基粘结剂。
在可选的实施方式中，聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为80-90％。
在可选的实施方式中，造孔剂为尼龙6颗粒。
在可选的实施方式中，造孔剂的平均粒径为100-500μm。
在可选的实施方式中，造孔剂与铜粉的体积分数之比为50-80:50-20。
在可选的实施方式中，多孔铜喂料经铜粉与有机粘结剂密炼后再与造孔剂密炼而得。
在可选的实施方式中，多孔铜喂料的制备包括：将铜粉和有机粘结剂于180-200℃密炼0.5-1h，随后降温至150-170℃，加入造孔剂继续密炼0.5-1h。
在可选的实施方式中，多孔铜喂料的制备是在保护气氛中进行。
在可选的实施方式中，铜喂料经铜粉和有机粘结剂密炼而得。
在可选的实施方式中，铜喂料所用的铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉，更优为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
在可选的实施方式中，铜喂料所用的有机粘结剂为聚甲醛基粘结剂。
在可选的实施方式中，铜喂料所用的聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为80-90％。
在可选的实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料所用的铜粉和有机粘结剂均相同。
在可选的实施方式中，共注射是于180-200℃的注射温度以及110-130℃的模具温度下进行。
在可选的实施方式中，脱脂包括依次进行的催化脱脂和负压热脱脂。
在可选的实施方式中，催化脱脂所用脱脂试剂包括草酸。
在可选的实施方式中，催化脱脂是于100-130℃的条件下进行4-8h。
在可选的实施方式中，负压热脱脂是于负压状态下先于350-450℃保温1-2h，随后再于550-650℃保温1-2h。
在可选的实施方式中，烧结是于1050℃的条件下进行1-2h。
在可选的实施方式中，烧结气氛为纯氢气或氨分解气。
第二方面，本申请提供一种铜翅片-多孔铜复合零件，由前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
在可选的实施方式中，铜翅片-多孔铜复合零件中的铜翅片的致密度＞96％。
在可选的实施方式中，铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的孔隙率为50-80％。
在可选的实施方式中，铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的平均孔径为100-500μm。
第三方面，本申请提供一种翅片式铜复合散热器，由相变材料填充于前述实施方式的铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜所具有的孔隙后密封而得。
在可选的实施方式中，相变材料包括石蜡、醋酸以及聚乙二醇中的至少一种。
在可选的实施方式中，相变材料是采用真空灌注方式填充于孔隙中。
在可选的实施方式中，真空灌注是于真空度小于20Pa的条件下进行。
本申请的有益效果包括：
通过采用金属注射成形技术将铜翅片与多孔铜一次成形成铜翅片-多孔铜复合零件，可使得零件尺寸精度高、可批量生产、不仅减少了制造工序，还大幅度降低了成本。
通过控制铜喂料与多孔铜喂料的收缩比相等，能够使二者实现同步收缩，进而可保证铜翅片与多孔铜的界面结合良好，不出现开裂、分层等缺陷。
所得的铜翅片-多孔铜复合零件中，铜翅片与多孔铜界面为冶金结合，界面热阻低、热响应速度快，可将散热效果发挥到最优状态。
进一步通过向铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的孔隙中填充相变材料，形成翅片式铜复合散热器，热量沿翅片传递的同时还可通过多孔铜骨架和节点构成的传热网络扩散到整个储能装置中而被相变材料所吸收，有效提高散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为实施例1提供的模具型腔的结构示意图；
图2为实施例2提供的模具型腔的结构示意图。
图标：1-内腔室；2-外腔室；3-铜翅片；4-多孔铜相变储能结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的铜翅片-多孔铜复合零件及其制备方法与翅片式铜复合散热器进行具体说明。
本申请提出铜翅片-多孔铜复合零件的制备方法，包括以下步骤：
将用于制备铜翅片的铜喂料与用于制备多孔铜的多孔铜喂料共注射以获得铜翅片-多孔铜复合结构生坯；随后再经脱脂和烧结，得到一次成形的铜翅片-多孔铜复合零件；
其中，铜喂料与多孔铜喂料的收缩比相等。
通过采用金属注射成形技术将铜翅片与多孔铜一次成形成铜翅片-多孔铜复合零件，可使得零件尺寸精度高、可批量生产、不仅减少了制造工序，还大幅度降低了成本。并且，所得的铜翅片-多孔铜复合零件中，铜翅片与多孔铜界面为冶金结合，界面热阻低、热响应速度快，可将散热效果发挥到最优状态。
通过控制铜喂料与多孔铜喂料的收缩比相等，能够使二者实现同步收缩，进而可保证铜翅片与多孔铜的界面结合良好，不出现开裂、分层等缺陷。
需说明的是，控制铜喂料和多孔铜喂料的收缩比是通过控制喂料中有机粘结剂含量的方式实现。
在一些优选的实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料的收缩比独立地为1.15-1.17，也即二者的收缩比均可分别独立地为1.15、1.16或1.17等，也可以独立地为1.15-1.17范围内的其它任意值。在一些更优的实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料具有1.15-1.17范围内的同一收缩比。
在上述更优条件下，铜喂料和多孔铜喂料的流动性较佳，充模性能较好；更重要的是，后续脱脂与烧结时，铜翅片和多孔铜能够完全实现同步收缩，从而获得更优的界面结合状态，避免开裂或分层等缺陷。
可参考地，上述多孔铜喂料经铜粉、有机粘结剂和造孔剂密炼而得。
其中，铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉，优选为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
发明人创造性地发现，铜粉的粒形粒度对多孔铜的尺寸精度和性能具有较大的影响，当铜粉为雾化铜粉，粉末粒径小于30μm，平均粒径为8-10μm时，多孔铜喂料的流动性较佳，充模性能较好，有利于提高注射得到的铜翅片-多孔铜复合结构生坯的致密度以及烧结得到的铜翅片-多孔铜复合零件的尺寸精度和性能。
有机粘结剂示例性地可以为聚甲醛基粘结剂。较佳地，聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数可以为80-90％，如80％、85％或90％等，也可以为80-90％范围内的其它任意值。
造孔剂示例性地可以为尼龙6(PA6)颗粒。通过以PA6颗粒作为本申请中的造孔剂，其熔融温度高且不与聚甲醛等有机粘结剂互溶，并可在负压脱脂过程中随有机粘结剂一起脱除，且无残留。
造孔剂的平均粒径可以为100-500μm，如100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm等。
较佳地，造孔剂与铜粉的体积分数之比为50-80:50-20，如50:50、55:45、60:40、65:35、70:30、75:25或80:20等，也可以为50-80:50-20范围内的其它任意值。
在一些优选的实施方式中，多孔铜喂料经铜粉与有机粘结剂密炼后再与造孔剂密炼而得。通过以该顺序密炼，可使铜粉先与有机粘结剂充分结合，随后再得到造孔剂均匀分布的多孔铜喂料。
具体地，多孔铜喂料的制备可包括：将铜粉和有机粘结剂于180-200℃(优选190℃)密炼0.5-1h，随后降温至150-170℃，加入造孔剂继续密炼0.5-1h。该制备过程优选在保护气氛(如氮气或氩气)中进行，从而可减少密炼过程中铜粉与氧气的接触，降低喂料氧含量，进而确保铜翅片和多孔铜骨架的烧结致密度高。
可参考地，上述铜喂料经铜粉和有机粘结剂密炼而得。
铜喂料所用的铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉，优选为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
同理地，发明人创造性地发现，铜粉的粒形粒度对铜翅片的尺寸精度和性能具有较大的影响，当铜粉为雾化铜粉，粉末粒径小于30μm，平均粒径为8-10μm时，多孔铜喂料的流动性较佳，充模性能较好，有利于提高注射得到的铜翅片-多孔铜复合结构生坯的致密度以及烧结得到的铜翅片-多孔铜复合零件的尺寸精度和性能。
铜喂料所用的有机粘结剂也示例性地可以为聚甲醛基粘结剂。较佳地，铜喂料所用的聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数也可以为80-90％，如80％、85％或90％等，还可以为80-90％范围内的其它任意值。
在优选的实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料所用的铜粉以及有机粘结剂均相同。
在更优地实施方式中，铜喂料和多孔铜喂料所用的铜粉以及有机粘结剂均相同，且铜喂料和多孔铜喂料收缩比同为1.15-1.17范围内的同一值。
可参考地，铜喂料和多孔铜喂料的共注射可以于180-200℃的注射温度以及110-130℃的模具温度下进行。
其中，注射温度主要指料筒射嘴温度，其具体可以为180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等，也可以为180-200℃范围内的其它任意值。
模具温度可以为110℃、115℃、120℃、125℃或130℃等，也可以为110-130℃范围内的其它任意值。
上述注射过程，是将铜喂料和多孔铜喂料在注射机上共注射至预先设计好的模具型腔内，本申请不对模具型腔的结构和形状进行限定，可根据需要自行设置。注射可以是将铜喂料和多孔铜喂料通过不同的料筒以先后顺序进行注射，也可以是二者同时注射。
脱脂可包括依次进行的催化脱脂和负压热脱脂。该脱脂方式与常规的溶剂脱脂原理和方法均不同。本申请中，催化脱脂用于脱除聚甲醛，负压热脱脂用于将其余的有机粘结剂和造孔剂分解成气体。
其中，催化脱脂所用脱脂试剂可以包括(为)草酸。可参考地，催化脱脂可以于100-130℃的条件下进行4-8h。具体的，催化脱脂温度可以100℃、110℃、120℃或130℃等，也可以为100-130℃范围内的其它任意值。催化脱脂时间可以4h、5h、6h、7h或8h等，也可以为4-8h范围内的其它任意值。需说明的是，催化脱脂温度和时间可根据铜翅片-多孔铜复合结构生坯的尺寸大小在上述范围内做相应调整。
负压热脱脂是在负压状态下先于350-450℃(如350℃、400℃或450℃)保温1-2h(如1h、1.5h或2h等)，随后再于550-650℃(如550℃、600℃或650℃)保温1-2h(如1h、1.5h或2h等)。
上述过程中，催化脱脂后得到铜翅片-多孔铜复合结构棕坯，负压热脱脂后得到铜翅片-多孔铜复合结构灰坯。
烧结可以于1050℃的条件下进行1-2h。烧结气氛可以为纯氢气或氨分解气。
相应地，本申请还提供了一种铜翅片-多孔铜复合零件，其由前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
可参考地，所得的铜翅片-多孔铜复合零件中铜翅片的致密度＞96％，多孔铜的孔隙率为50-80％。铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的平均孔径为100-500μm。
进一步地，本申请还提供了一种翅片式铜复合散热器，其由相变材料填充于上述铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜所具有的孔隙后密封而得。
可参考地，相变材料例如可包括石蜡、醋酸以及聚乙二醇中的至少一种，上述材料具有恒定的相变温度和巨大的相变潜热。但上述相变材料自身导热系数低，本申请通过引入导热增强介质(多孔铜和翅片)，其中，多孔金属可显著提高相变材料的导热系数，翅片可极大地促进沿翅片伸展方向的换热能力，从而以有效改善其传热性能。
本申请中，相变材料可采用真空灌注方式填充于孔隙中。具体的，真空灌注可以于真空度小于20Pa的条件下进行。
灌注后除去多余的相变材料，密封即可。
相应的，多孔铜和相变材料复合后形成多孔铜相变储能结构。
需强调的是，现有技术中的金属翅片与多孔金属通常都是单独成形或加工，工艺复杂、工序繁多、成本高且对环境不友好。并且，通常是在多孔铜中填充相变材料后再与铜翅片通过导热胶粘结成复合结构的散热器。上述方法对应的多孔铜与铜翅片之间存在较大的界面热阻(约为0.5-2℃·cm2/W)，散热效果无法发挥到最优状态。
发明人通过长期研究，创造性地提出：通过将多孔金属与金属翅片采用同种材料(铜)，并通过冶金结合形式一次成形得到铜翅片-多孔铜复合零件，随后再向铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的孔隙中填充相变材料，形成翅片式铜复合散热器。该翅片式铜复合散热器中的界面为铜与铜冶金结合，界面热阻低(约为10-3℃·cm2/W)、热响应速度快、导热性高，散热性能优异，其可利用翅片较强的导热能力将热量从热源不断导出，热量沿翅片传递的过程中又不断通过多孔金属骨架和节点构成的传热网络扩散到整个储能装置中并被相变材料所吸收，进而大幅提高散热效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种高导热的翅片式铜复合散热器，具体包括：
选取粒径小于30μm、平均粒径为8μm的雾化铜粉；
选取以聚甲醛为主要成分的有机粘结剂，聚甲醛的质量分数为85％；
选取平均粒径为500μm的PA6颗粒；
按照体积分数各为50％，称重铜粉和PA6颗粒备用；
按照收缩比为1.16称重聚甲醛基粘结剂备用；
将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼0.5h，降温至170℃后再加入PA6颗粒继续密炼1h，得到多孔铜喂料；
同样地，将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼1h后得到铜喂料。
铜喂料和多孔铜喂料在注射机上共注射至预先设计好的模具型腔(如图1所示，包括用于注射多孔铜喂料的内腔室1以及套设在内腔外的用于注射铜喂料的外腔室2)内，注射温度为190℃，模具温度为120℃，脱模得到铜翅片-多孔铜复合结构生坯。
将铜翅片-多孔铜复合结构生坯在催化脱脂炉中130℃草酸脱脂6h，随后再在氮气氛中进行负压热脱脂，分别在400℃和600℃各保温1小时，最后得到铜翅片-多孔铜复合结构灰坯。
将铜翅片-多孔铜复合结构灰坯装舟，在氢气中进行高温烧结，烧结温度为1050℃，烧结时间为1h，得到铜翅片-多孔铜复合零件。
将石蜡置于铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜上，抽真空至真空度小于20Pa，并加热至80℃，石蜡熔化后通过毛细管力浸渗至多孔铜中，冷却后去除多余的石蜡，密封后得到包括铜翅片3和多孔铜相变储能结构4的翅片式铜复合散热器。
实施例2
本实施例提供一种高导热的翅片式铜复合散热器，具体包括：
选取粒径小于30μm、平均粒径为10μm的雾化铜粉；
选取以聚甲醛为主要成分的有机粘结剂，聚甲醛的质量分数为85％；
选取平均粒径为100μm的PA6颗粒；
按照体积分数为20％和80％分别称重铜粉和PA6颗粒备用；
按照收缩比为1.16称重聚甲醛基粘结剂备用；
将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼0.5h，降温至170℃后再加入PA6颗粒继续密炼1h，得到多孔铜喂料；
同样地，将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼1h后得到铜喂料。
铜喂料和多孔铜喂料在注射机上共注射至预先设计好的模具型腔(如图2所示，包括用于注射铜喂料的外腔室2和间隔内嵌于外腔室2内的用于注射多孔铜喂料的多个内腔室1)内，注射温度为190℃，模具温度为120℃，脱模得到铜翅片-多孔铜复合结构生坯。
将铜翅片-多孔铜复合结构生坯在催化脱脂炉中130℃草酸脱脂6h，随后再在氮气氛中进行负压热脱脂，分别在400℃和600℃各保温1小时，最后得到铜翅片-多孔铜复合结构灰坯。
铜翅片-多孔铜复合结构灰坯装舟，在氢气中进行高温烧结，烧结温度为1050℃，烧结时间为1h，得到铜翅片-多孔铜复合零件。
将石蜡置于铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜上，抽真空至真空度小于20Pa，并加热至80℃，石蜡熔化后通过毛细管力浸渗至多孔铜中，冷却后去除多余的石蜡，密封后得到包括铜翅片3和多孔铜相变储能结构4的翅片式铜复合散热器。
实施例3
本实施例提供一种高导热的翅片式铜复合散热器，具体包括：
选取粒径小于30μm、平均粒径为9μm的雾化铜粉；
选取以聚甲醛为主要成分的有机粘结剂，聚甲醛的质量分数为85％；
选取平均粒径为300μm的PA6颗粒；
按照体积分数为40％和60％分别称重铜粉和PA6颗粒备用；
按照收缩比为1.16称重聚甲醛基粘结剂备用；
将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼0.5h，降温至170℃后再加入PA6颗粒继续密炼1h，得到多孔铜喂料；
同样地，将称重好的雾化铜粉与聚甲醛基粘结剂在氩气氛保护下于密炼机中190℃密炼1h后得到铜喂料；
铜喂料和多孔铜喂料在注射机上共注射至预先设计好的模具型腔内，注射温度为190℃，模具温度为120℃，脱模得到铜翅片-多孔铜复合结构生坯。
将铜翅片-多孔铜复合结构生坯在催化脱脂炉中130℃草酸脱脂6h，随后再在氮气氛中进行负压热脱脂，分别在400℃和600℃各保温1小时，最后得到铜翅片-多孔铜复合结构灰坯。
将铜翅片-多孔铜复合结构灰坯装舟，在氢气中进行高温烧结，烧结温度为1050℃，烧结时间为1h，得到铜翅片-多孔铜复合结构零件。
将石蜡置于铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜上，抽真空至真空度小于20Pa，并加热至80℃，石蜡熔化后通过毛细管力浸渗至多孔铜中，冷却后去除多余的石蜡，密封后得到包括铜翅片和多孔铜相变储能结构的翅片式铜复合散热器。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于：多孔铜喂料是将铜粉、有机粘结剂以及造孔剂同时于密炼机中190℃混合密炼。
实施例5
本对比例与实施例2的区别在于：多孔铜喂料和铜喂料的制备未在保护气氛中进行。
实施例6
本实施例与实施例2的区别在于：共注射是于180℃的注射温度以及110℃的模具温度下进行。
实施例7
本实施例与实施例2的区别在于：共注射是于200℃的注射温度以及130℃的模具温度下进行。
实施例8
本实施例与实施例2的区别在于：催化脱脂是于100℃的条件下进行8h。
实施例9
本实施例与实施例2的区别在于：催化脱脂是于115℃的条件下进行4h。
实施例10
本实施例与实施例2的区别在于：相变材料为聚乙二醇。
实施例11
本实施例与实施例2的区别在于：相变材料为醋酸。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于：铜喂料的收缩比为1.15，多孔铜喂料的收缩比为1.17。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于：铜喂料的收缩比为1.17，多孔铜喂料的收缩比为1.15。
对比例3
本对比例与实施例2的区别在于：铜喂料和多孔铜喂料中的铜粉为粒径为50μm的雾化铜粉。
对比例4
本对比例与实施例2的区别在于：铜喂料和多孔铜喂料中的铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉，且平均粒径为20μm。
对比例5
本对比例与实施例2的区别在于：聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为75％。
对比例6
本对比例与实施例2的区别在于：聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为95％。
对比例7
本对比例与实施例2的区别在于：造孔剂与铜粉的体积分数之比为40:60。
对比例8
本对比例与实施例2的区别在于：造孔剂与铜粉的体积分数之比为90:10。
对比例9
本对比例与实施例2的区别在于：造孔剂的平均粒径为50μm。
对比例10
本对比例与实施例2的区别在于：造孔剂的平均粒径为600μm。
对比例11
本对比例与实施例2的区别在于：造孔剂为碳酸钾。
对比例12
本对比例与实施例2的区别在于：脱脂采用溶剂(正庚烷)脱脂。
试验例
以实施例1-11以及对比例1-12为例进行试验，根据《GB/T 3850》和《GB/T21650.1》分别对所得的铜翅片-多孔铜复合结构零件中铜翅片和多孔铜进行致密度和孔隙检测，其结果如表1所示。
表1检测结果
由表1可以看出，本申请实施例所得的铜翅片-多孔铜复合零件较对比例具有更高的铜翅片致密度、多孔铜孔隙率以及平均孔径，且本申请实施例所得的翅片式铜复合散热器较对比例具有更低的界面电阻以及更高的导热率，从而具有更优的散热性能。
综上，通过本申请提供的制备方法不仅能够一次成形成铜翅片-多孔铜复合零件，且零件尺寸精度高、可大规模批量生产、后续少或无需机加工、成本低。所得的铜翅片-多孔铜复合零件的铜翅片致密度大于96％；多孔铜的孔隙率在50-80％范围内可调，平均孔径在100-500μm范围内可调。铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜填充相变材料得到翅片式铜复合散热器，因铜翅片与多孔铜界面为冶金结合，界面热阻低、热响应速度快，热量沿翅片传递的同时通过多孔铜骨架和节点构成的传热网络扩散到整个储能装置中而被相变材料所吸收，大幅度提高了散热效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种铜翅片-多孔铜复合零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将用于制备铜翅片的铜喂料与用于制备多孔铜的多孔铜喂料共注射以获得铜翅片-多孔铜复合结构生坯；经脱脂和烧结，得到一次成形的铜翅片-多孔铜复合零件；
所述铜喂料与所述多孔铜喂料的收缩比相等；
所述铜喂料和所述多孔铜喂料的收缩比独立地为1.15-1.17；
所述多孔铜喂料经铜粉、有机粘结剂和造孔剂密炼而得，所述铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉；
所述铜喂料经铜粉和有机粘结剂密炼而得；所述铜喂料所用的铜粉为粒径小于30μm的雾化铜粉；
共注射是于180-200℃的注射温度以及110-130℃的模具温度下进行；
脱脂包括依次进行的催化脱脂和负压热脱脂；催化脱脂所用脱脂试剂包括草酸；催化脱脂是于100-130℃的条件下进行4-8h；负压热脱脂是于负压状态下先于350-450℃保温1-2h，随后再于550-650℃保温1-2h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为聚甲醛基粘结剂，
所述聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为80-90％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为尼龙6颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂的平均粒径为100-500μm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂与所述铜粉的体积分数之比为50-80:50-20。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔铜喂料经所述铜粉与所述有机粘结剂密炼后再与所述造孔剂密炼而得。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述多孔铜喂料的制备包括：将所述铜粉和所述有机粘结剂于180-200℃密炼0.5-1h，随后降温至150-170℃，加入所述造孔剂继续密炼0.5-1h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述多孔铜喂料的制备是在保护气氛中进行。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜喂料所用的铜粉为平均粒径为8-10μm的雾化铜粉。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述铜喂料所用的有机粘结剂为聚甲醛基粘结剂；
所述铜喂料所用的所述聚甲醛基粘结剂中聚甲醛的质量分数为80-90％。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜喂料和所述多孔铜喂料所用的铜粉和所述有机粘结剂均相同。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结是于1050℃的条件下进行1-2h。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，烧结气氛为纯氢气或氨分解气。
15.一种铜翅片-多孔铜复合零件，其特征在于，由权利要求1-14任一项所述的制备方法制备而得。
16.根据权利要求15所述的铜翅片-多孔铜复合零件，其特征在于，所述铜翅片-多孔铜复合零件中铜翅片的致密度＞96％。
17.根据权利要求15所述的铜翅片-多孔铜复合零件，其特征在于，所述铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的孔隙率为50-80％。
18.根据权利要求15所述的铜翅片-多孔铜复合零件，其特征在于，所述铜翅片-多孔铜复合零件中多孔铜的平均孔径为100-500μm。
19.一种翅片式铜复合散热器，其特征在于，由相变材料填充于权利要求15-18任一项所述的铜翅片-多孔铜复合零件的多孔铜所具有的孔隙后密封而得。
20.根据权利要求19所述的翅片式铜复合散热器，其特征在于，所述相变材料包括石蜡、醋酸以及聚乙二醇中的至少一种。
21.根据权利要求19所述的翅片式铜复合散热器，其特征在于，所述相变材料是采用真空灌注方式填充于所述孔隙中。
22.根据权利要求21所述的翅片式铜复合散热器，其特征在于，真空灌注是于真空度小于20Pa的条件下进行。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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