[发明专利]热量管理复合材料

说明书

本申请要求美国临时专利申请No.61/347,627的优先权，其内容通过参考结合在本文中。

背景

在设计散热器时存在许多因素或者功能。一个功能是将热扩散到环境中。另一功能在存在热点的情况下很重要。在这种情况下，关注的是如何很快地从热点转移热量并将热量扩散到散热器中。大多数高功率、高速电子器件和系统需要高散热的材料，以调节温度并消除“热点”。表示这一性质的物理术语称为散热性，是热导率和体积热容的比率。与它们的体积热容(热体积)相比，高散热的材料快速导热，即温度波从热点快速转移到周围环境中。另外，从实用的角度来看，散热器材料需要的是重量轻，容易且简单地制造，并且是廉价的。

综上所述，对于材料的选择，需要考虑下列标准：

(1)高导热性和高散热性。高散热性将允许热量从产生点快速扩散到耗散散热器。

(2)低质量密度。重量轻对于电子器件散热器应用是非常重要的。如果材料太重，则很难使用。

(3)低的成本。

(4)机械加工的可行性。

对于实际应用中，散热器材料要机械加工并包装成特定的尺寸和形状。要求易于加工。

附图简述

图1示出一个简化的示意图，显示压铸石墨针状焦炭和铝颗粒的混合物；

图2示出压铸用铝涂覆的石墨针状焦炭的简化示意图；

图3A和3B示出陶瓷片被插入到压力模具内的碳-铝粉末材料中的简化示意图；

图4示出了具有陶瓷片的碳-铝复合板；

图5示出了本发明一个实施方式中的制造工艺；

图6示出了本发明一个实施方式中的制造工艺；

图7示出了本发明一个实施方式中的制造工艺；

图8显示了近似毫米大小的石墨针状焦炭的数字图像(顶视图)和亚毫米大小的焦炭的数字图像(底视图)。

详述

周期表上满足上述标准的元素很有限。表1列出了其可行性加以标注的若干候选者。

表1(◎-很好，○-好，X-差，XX-很差)

除了以上标准外，也要考虑材料的CTE(热膨胀系数)。通常，纯金属具有高CTE值，因此它们会产生高热应力。相比较，更加优选复合材料。如表1所示，石墨铝复合物据信比其他材料更有优势。

以下描述了本发明实施方式中制造复合材料的方法。通常，已知碳材料和铝的可湿润性和相互亲和性差，它们之间难以致密地结合。换句话说，由典型方式(如常规浇铸途径)形成的C/Al(碳铝)复合材料包括大量的空隙和裂缝，损失了碳和铝材料之间的接触，导致机械/热性质差。

通常，以前的制造方法使用在很高压力下将熔融铝渗入多孔碳质基质中。这种方法需要很高的压力(约100Mpa)，第一步是熔融铝，然后第二步是将液态的熔融铝转移到渗入点；在许多情况下，由于渗入并不完全，预先制造碳质基质要花费很长时间，且耗能。另一重要的问题是在制得C/Al复合材料之后，这种复合材料的表面因其所用材料本身的性质而导电。而且，这种表面脆且具有凹陷。在许多应用中，这些复合材料的表面要求很平和光滑的区域，尤其是在有些情况下需要电绝缘性能。

在本发明的实施方式中，使用压力浇铸方法可以克服上述的问题。而且，虽然可以使用其他石墨颗粒来代替，但在本文所述的实施方式中，使用石墨针状焦炭。所述石墨针状焦炭包括但不限于碳纳米管。