[发明专利]一种铜基金属蜂窝散热材料的制备方法

说明书

本发明公开一种铜基金属蜂窝散热材料的制备方法，属于多孔金属散热材料制备领域。本发明所述方法为将粉末增塑挤压成型与粉末冶金技术结合制备铜基金属蜂窝散热材料，即通过：混粉‑炼料‑挤压成型‑脱粘脱碳‑烧结等工艺步骤，制备出具有不同孔形的蜂窝状结构的多孔铜基散热材料。本发明所制备的铜基金属蜂窝散热材料，具有导热性好、散热面积大、散热效率高、制备工艺简单、成本低等特点，在计算机芯片、大功率电子设备及光电器件等散热电子元器件方面有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铜基金属蜂窝散热材料的制备方法，属于先进金属多孔散热材料的技术领域。

背景技术

随着信息化时代的高速发展，电子元器件和光电器件的高度集成化和微小型化，其单位面积产生的热量愈来愈高，如何在较短的时间内行之有效的耗散电子器件上的热量，成为了制约电子科技发展的一个重要课题。

研究数据表明，CPU的正常工作温度应在65℃以下，高于这个温度，CPU运行的稳定性就会受到严重影响，为了保证计算机的精确度和可靠性，需要对CPU进行高效的散热。LED作为新一代绿色照明光源，在拥有众多优点的同时，也存在不可忽视的缺点，即在发光过程中大约80%左右的能量会转化为热量，如果这些热量未得到及时的散发，将直接影响到LED的发光效率和寿命，所以有关CPU和LED的散热问题一直以来都是研究的热点。

在所有的金属中，除了银以外，铜是导热性能最好的，以此来制备的散热器散热效果好，但铜的密度很大，制备的全铜散热器存在重量大和加工难度大的缺点，不能满足CPU和LED对散热片重量的限制，而以铝制备的散热器，虽然质量轻，但散热效率达不到铜散热的效果，不能满足新一代大功率电子元器件对散热的要求。对于给定体积的散热器在降低重量的同时还需具有优异散热性能，因此开发多孔铜散热元件成为重要的技术发展方向。

在现有的散热器制备技术中，传统的翅片式散热器可以通过减小翅片之间的间距来增加散热表面积，但这样会增加散热器重量，同时增空气流动阻力，造成热阻升高，降低散热效率。

采用具有开孔结构的铜作为散热材料，将可能提高散热片的表面积，有望提高散热元件的散热能力。目前开孔铜基多孔材料主要制备工艺为：（1）定向凝固法(GASAR)，即利用铜与氢在高温下的共晶反应，采用定向凝固的方法制备出孔隙率大于15%、孔呈柱形分布的多孔铜基体材料。该技术存在的问题是工艺控制难度大，很难获得贯穿性的线性孔结构，且制备过程有一定的危险性。（2）粉末冶金法，即采用铜粉与造孔剂、粘结剂混合，经压坯、脱粘、烧结、水解和高温分解去除造孔剂等工序制备出相对密度在50～80%之间的多孔铜结构。该方法存在两个主要问题：孔形不规则，很难获得完全开孔结构，可控性较差。在强制冷却模式下，流阻较大，因此将限制热量的散失；工艺相对复杂，需要后续多道工序处理。（3）沉积法，即以聚氨酯泡沫为基体,采用电沉积技术在聚氨酯泡沫上沉积铜颗粒，后经烧结去除聚氨酯泡沫获得三维网状多孔铜,该技术只适用于制备薄膜多孔材料，虽然可以将多孔铜薄膜叠加来做散热材料，但制备工艺过程复杂成本更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基金属蜂窝散热材料的制备方法，该方法制备的铜基金属蜂窝散热材料质量轻、散热快、成本低，该多孔铜散热材料可用于计算机芯片、大功率电子设备及光电器件等散热，具体包括以下步骤：

（1）混料与炼料：将纯铜粉与粘结剂按比例混合均匀，后加水进行炼料，其中铜粉占总质量分数的70%～80%，混料后经多次炼料后获得软硬适度的膏状坯料。

（2）挤压成型：将步骤（1）中的膏状坯料放入多孔分流挤压模具中挤压成型为整体蜂窝结构。

（3）干燥处理：将挤压成型的蜂窝体置于恒温干燥箱中进行干燥处理。

（4）脱粘脱碳：将干燥后蜂窝体进行脱粘处理，需在有氧气氛炉内烧结脱粘，炉内气压控制在1～2×10⁵Pa范围，获得所需氧含量，通过氧化去除粘结剂碳化所残留的碳。