[发明专利]一种大长径比规则多孔铜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备方法，特别是涉及一种大长径比的直孔规则多孔铜的制备方法。

背景技术

直孔型多孔铜具有高导热性的无缝密实基体和巨大的比表面积，可以极大增加流体与散热材料的接触面积，提高散热效果，是理想的热沉材料。理论预测发现，规则孔洞分布的直孔型多孔铜在较小的流体压降条件下，其散热能力可以高达50000-100000W/cm²K，是传统翼片式热沉装置的6-10倍和微管式热沉装置的1.5倍左右。这对于解决大规模集成电路等的散热问题，具有重要的意义。

为保证多孔铜的散热效果，其孔结构必须保证具有较大的长径比且规则排列。然而，在现有的多孔金属制备方法中，尚没有可以制备大长径比规则多孔铜的方法。中国专利ZL00810115.9公布了一种多孔金属的制造方法，涉及了多孔铜的制造，但是获得多孔铜的气孔长径比很小且不连续，无法满足热沉结构的要求。

发明内容

本发明针对大长径比规则多孔铜的应用前景和规则多孔铜制造中存在的问题，利用氢气在铜的液态和固态中的溶解度差异，在真空下熔化铜，然后通入高压氢气，使其溶解在铜液中，然后通过定向凝固使过饱和的氢气在液态铜中形成气泡并沿凝固方向长大，最终获得大长径比的规则多孔铜。

以下是本发明所提供的大长径比规则多孔铜的制备方法：

1、大长径比规则多孔铜制备方法的具体工艺过程是：

1)将纯铜炉料(含铜＞99％)装入真空感应炉熔炼坩埚中，抽真空，使炉内压力＜1.0Pa。

2)锁紧真空感应炉炉盖，充入0Pa～3×10⁷Pa的氩气。充入的氩气压力范围最好是0Pa～4×10⁶Pa。

3)加热纯铜使其融化且温度达到1083℃～1583℃后保温，充入1.0×10²Pa～3×10⁷Pa的氢气并保温1～300min，使氢气在高温下溶解进入铜液中。充入的氢气压力最好为1.0×10³Pa～4×10⁶Pa，铜液的温度最好为1083℃～1283℃，保温时间最好为10min～120min。

4)将溶解有氢气的铜液浇入真空感应炉中的被电阻加热圈加热到100℃～1583℃的圆柱型结晶器中，结晶器的加热温度最好为583℃～1283℃，控制结晶器底部温度为-20℃～1083℃和移出加热圈的速度为0μm/s～5000μm/s，结晶器底部温度为最好是-20℃～983℃，结晶器移出电阻加热圈的速度最好为100μm/s～000μm/s。使铜液在1.0Pa～3×10⁷Pa的压力范围内沿结晶器轴向凝固，铜液凝固时的真空炉中的压力最好为1.0Pa～4×10⁶Pa。使溶解而的氢气在凝固过程中形成气泡并沿轴向长大，从而获得气孔沿轴向分布的大长径比规则多孔铜。

附图说明

图1是氢气在铜中溶解度随温度和液固态改变时的变化规律示意图。

图2是使用的带有电阻加热圈、结晶器、下拉机构的真空感应熔炼炉的结构简图。图2中，1、上锁紧圈；2、上炉盖；3、铜液；4、熔炼坩埚；5、感应线圈；6、浇铸漏斗；7、结晶器8、电阻加热圈9、强制冷却托盘10、下拉机构11、下炉盖12、下锁紧圈13、炉体14、排气通道15、充气通道16、压力表。

图3是浇铸完毕后，结晶器移出电阻加热圈，获得大长径比的规则多孔铜示意图。

图4是实施例1获得的大长径比规则多孔铜试样的纵剖面。

图5是实施例1获得的大长径比规则多孔铜试样的横剖面。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

实施例1