本发明公开了一种高导热多孔铜散热片的制备方法，属于冶金铸造制备
技术领域：
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背景技术：
散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等。常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大，热容量较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。北方冬季取暖的暖气片也叫散热片。散热片在散热器的构成中占有重要的角色，除风扇的主动散热以外，评定一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力。众所周知，电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要让pc各部件的工作温度保持在合理的范围内，除了保证pc工作环境的温度在合理范围内之外，还必须要进行散热处理。而随着pc计算能力的增强，功耗与散热问题日益成为不容回避的问题。一般来说，pc内的热源大户包括cpu、主板、显卡以及其他部件如硬盘等，它们工作时消耗的电能会有相当一部分转化未热量。随着电子类产品的不断升级换代的加速和迷你，高集成以及高性能电子设备的日益增长，工作组件体积尺寸越来越小，工作的速度和效率越来越高，发热量越来越大。目前现有多孔铜散热装置经散热底座传导的热量无法及时到达散热表面，散热片中导通的气孔对流动气体的流阻较大，很难发挥出多孔金属的高比表面积优势等问题，现有技术中大都采用金属散热片和石墨散热片，金属散热片虽然本身导热系数高，但是界面性质很差，与热源接触时有很大的接触热阻，不能很好的将热量从热源传递到金属，从而影响散热，而石墨散热片在纵向的导热系数很低，并且其界面性质也比较差，也不能很好地将热量从热源传递出来的缺陷。因此，发明一种高导热多孔铜散热片对冶金铸造制备
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对目前现有多孔铜散热装置经散热底座传导的热量无法及时到达散热表面，散热片中导通的气孔对流动气体的流阻较大，很难发挥出多孔金属的高比表面积优势等问题，现有技术中大都采用金属散热片和石墨散热片，金属散热片虽然本身导热系数高，但是界面性质很差，与热源接触时有很大的接触热阻，不能很好的将热量从热源传递到金属，从而影响散热，而石墨散热片在纵向的导热系数很低，并且其界面性质也比较差，也不能很好地将热量从热源传递出来的缺陷，提供了一种高导热多孔铜散热片的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高导热多孔铜散热片的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）将高锰酸钾溶液倒入烧杯中，水浴升温，取聚氨酯泡沫放入烧杯中并使聚氨酯泡沫完全浸入酸性高锰酸钾溶液，浸渍处理，得到粗化聚氨酯泡沫，将粗化聚氨酯泡沫放入质量分数为5%的草酸溶液中浸泡，用玻璃棒搅拌并挤压粗化聚氨酯泡沫，得到聚氨酯基体；（2）配置100～120ml氯化锡溶液，向氯化锡溶液中加5～7g锡粉、30～40ml盐酸得到敏化液，将聚氨酯基体放入敏化液中浸泡，得到敏化聚氨酯基体，将氯化钯溶液和盐酸溶液等体积混合得到解胶液，将上述敏化聚氨酯基体浸入120～150ml解胶液中，解胶处理后，取出聚氨酯基体放入200～220ml甲醛溶液中，浸泡，得到表面活化聚氨酯基体；（3）按重量份数计，将20～25份硫酸铜、30～40份甲醛、80～90份酒石酸钠、12～15份氢氧化钠放入400～500份蒸馏水中溶解，得到化学电镀液，将90～100份表面活化聚氨酯基体放入化学电镀液中，加热升温后，向化学电镀液中加入5～10份二巯基苯并噻唑，保温反应，得到微镀铜聚氨酯；（4）配置400～500ml质量分数为40%的硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液加入50～60ml浓硫酸、8～10g聚乙二醇、12～15g1,4-丁炔二醇、20～30g氯化镍，得到电解液，将电解液放入电解槽，以铜棒作为阳极、微镀铜聚氨酯作为阴极，电解，取出阴极用水洗涤3～5次得到镀铜聚氨酯；（5）按重量份数计，向四口烧瓶中加入50～60份蒸馏水、10～15份十二烷基磺酸钠、4～5份碳酸氢钠，启动搅拌器以200～220r/min的转速搅拌，水浴升温，继续加入40～45份丙烯酸、20～30份甲基丙烯酸加入四口烧瓶后，继续反应得到种子乳液；（6）按重量份数计，向上述四口烧瓶中加入20～30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向四口烧瓶中以3～5ml/min的滴加速率滴加1～3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应，继续加热升温，保温反应，再降温，用氨水调节ph，出料，得到丙烯酸酯胶乳，取20～30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、40～50份锰锌铁氧体粉、10～15份膨胀石墨粉，8～10份乙烯基酯树脂放入反应釜中，加热升温，混炼，冷却至室温后得到导热树脂；（7）将镀铜聚氨酯放入电阻炉中，向电阻炉中通入混合气体，程序升温至400～420℃，保温还原，继续升温至850～900℃，保温热解，得到多孔铜材料，再将预热熔融的导热树脂渗流进入多孔铜材料中，自然冷却至室温后得到高导热多孔铜散热片。步骤（1）所述的高锰酸钾溶液的ph为2～3，高锰酸钾溶液的质量分数为20%，水浴升温后温度为45～50℃，浸渍处理时间为10～15min，草酸溶液的质量分数为5%，聚氨酯泡沫时间为10～15min。步骤（2）所述的氯化锡溶液的质量分数为5%，盐酸的质量分数为10%，敏化液中浸泡时间为5～8min，将氯化钯溶液的质量分数为8%，盐酸溶液的质量分数为5%，解胶处理时间为4～5min，甲醛溶液的质量分数为75%。步骤（3）所述的加热升温后温度为40～45℃，保温反应时间为3～4h。步骤（4）所述的硫酸铜溶液的质量分数为40%，浓硫酸的质量分数为98%，电解时控制电流密度为2～3a/dm3，电解时间为2～3h。步骤（5）所述的水浴升温为70～80℃，继续反应时间为10～15min。步骤（6）所述的保温反应时间为30～40min，继续加热升温为90～100℃，保温反应时间为45～55min，再降温为55～60℃，氨水的质量分数20%，调节ph为6.0～7.0，反应釜加热升温为230～250℃，混炼时间为4～5h。步骤（7）所述的混合气体为氢气、氮气按体积比为3︰1制成，电阻炉升温速率为2～3℃/min，保温还原时间为2～3h，保温热解时间为3～4h。本发明的有益效果是：（1）本发明以聚氨酯泡沫为基体材料，经酸性高锰酸钾溶液粗化得到粗化聚氨酯泡沫，再将粗化聚氨酯泡沫浸入草酸溶液后洗涤放入敏化液中浸泡得到敏化聚氨酯基体，敏化聚氨酯基体经表面活化、化学电镀、电沉积得到镀铜聚氨酯，再经干燥、表面还原、热解聚氨酯、冷却退火得到多孔铜材料，聚氨酯的粗化过程是为了增加聚氨酯表面和金属镀层的结合力，同时打开泡沫基体的盲孔和内部通道，在聚氨酯泡沫的表面上生成具有亲水性的基团，并使表面粗糙化，金属镀层是从化学镀层表面生长出来的，粗化过程大大增加了聚氨酯基体的表面积，基体的表面积越大，基体与和镀层的接触面也越大，经活化后在聚氨酯基体表面形成了许多活性中心，在化学镀过程中，这些均匀分布的活性中心作为金属结晶的晶核，随着化学镀进行在基体表面逐渐生长形成连续的薄层金属铜，薄层金属铜表面密集毛细孔结构，薄层金属铜的受流动气体冲击时，气体会从主孔道分流至密集的毛细孔，使气体的流动阻力减小，提高多孔铜的比表面积，同时加快流动气体的流动散热；（2）本发明电镀过程中金属离子和阴极上的电子相结合生成金属原子，金属原子不断结晶在基体表面形成连续的金属沉积层，金属晶体在阴极上的形成可大致分为金属晶核的生成和金属晶粒的生长两个过程，电镀液中掺入聚乙二醇、1,4-丁炔二醇，抑制晶核的生长，导致晶核的生长速度小于其形成速度，细小的晶粒能使多孔铜的堆积更为致密，多孔铜表面不易产生凸起，更为光滑，另外，本发明以锰锌铁氧体粉作为导热树脂的导热粉，首先锰锌铁氧体粉的磁通量大，对于导电金属电子元件的的磁性吸引力较大，使多孔铜散热片通过导热树脂的磁引力加强粘合组装，丙烯酸胶乳在导热树脂中作为树脂和磁性导热粉的界面粘合材料，在丙烯酸胶乳的制备过程中环氧大豆油与丙烯酸酯发生羟基缩合脱水反应从而形成网络互穿交联结构，环氧大豆油中含有环氧基团、醚键、羟基等极性基团与活泼性基团，使丙烯酸酯胶乳表现出优良的粘接强度、电绝缘性能和耐高温性能，苯环赋予胶乳耐热性和刚性，环氧基和羟基使材料具有反应活性粘附力，多个羟基的脱水缩合使交联密度上升，在电路板工作时的高温条件下，胶乳因高交联密度粘性只会微小变化，使多孔铜散热片与电子元件的界面性质稳定，另外乙烯基酯树脂通过偶联作用可将锰锌铁氧体粉与金属元件的相容性提高，减少接触电阻，高温时膨胀石墨粉可以在导热树脂中膨胀与导热的锰锌铁氧体粉连接形成导热网络，从而提高散热片的导热性能，应用前景广阔。具体实施方式将ph为2～3的质量分数为20%高锰酸钾溶液倒入烧杯中，水浴升温至45～50℃，取聚氨酯泡沫放入烧杯中并使聚氨酯泡沫完全浸入酸性高锰酸钾溶液，浸渍处理10～15min，得到粗化聚氨酯泡沫，将粗化聚氨酯泡沫放入质量分数为5%的草酸溶液中浸泡，用玻璃棒搅拌并挤压粗化聚氨酯泡沫10～15min，得到聚氨酯基体；配置100～120ml质量分数为5%的氯化锡溶液，向氯化锡溶液中加5～7g锡粉、30～40ml质量分数为10%的盐酸得到敏化液，将聚氨酯基体放入敏化液中浸泡5～8min，得到敏化聚氨酯基体，将质量分数为8%的氯化钯溶液和质量分数为5%的盐酸溶液等体积混合得到解胶液，将上述敏化聚氨酯基体浸入120～150ml解胶液中，解胶处理4～5min后，取出聚氨酯基体放入200～220ml质量分数为75%的甲醛溶液中，浸泡5～10min，得到表面活化聚氨酯基体；按重量份数计，将20～25份硫酸铜、30～40份甲醛、80～90份酒石酸钠、12～15份氢氧化钠放入400～500份蒸馏水中溶解，得到化学电镀液，将90～100份表面活化聚氨酯基体放入化学电镀液中，加热升温至40～45℃后，向化学电镀液中加入5～10份二巯基苯并噻唑，保温反应3～4h，得到微镀铜聚氨酯；配置400～500ml质量分数为40%的硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液加入50～60ml质量分数为98%的浓硫酸、8～10g聚乙二醇、12～15g1,4-丁炔二醇、20～30g氯化镍，得到电解液，将电解液放入电解槽，以铜棒作为阳极、微镀铜聚氨酯作为阴极，控制电流密度为2～3a/dm3，电解2～3h，取出阴极用水洗涤3～5次得到镀铜聚氨酯；按重量份数计，向四口烧瓶中加入50～60份蒸馏水、10～15份十二烷基磺酸钠、4～5份碳酸氢钠，启动搅拌器以200～220r/min的转速搅拌，水浴升温至70～80℃，继续加入40～45份丙烯酸、20～30份甲基丙烯酸加入四口烧瓶后，继续反应10～15min，得到种子乳液；按重量份数计，向上述四口烧瓶中加入20～30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向四口烧瓶中以3～5ml/min的滴加速率滴加1～3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应30～40min，继续加热升温至90～100℃，保温反应45～55min，再降温至55～60℃，用质量分数20%的氨水调节ph为6.0～7.0，出料，得到丙烯酸酯胶乳，取20～30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、40～50份锰锌铁氧体粉、10～15份膨胀石墨粉，8～10份乙烯基酯树脂放入反应釜中，加热升温至230～250℃，混炼4～5h，冷却至室温后得到导热树脂；将镀铜聚氨酯放入电阻炉中，向电阻炉中通入氢气、氮气体积比为3︰1的混合气体，以2～3℃/min的速率升温至400～420℃，保温还原2～3h，继续升温至850～900℃，保温热解3～4h，得到多孔铜材料，再将预热熔融的导热树脂渗流进入多孔铜材料中，自然冷却至室温后得到高导热多孔铜散热片。实例1将ph为2的质量分数为20%高锰酸钾溶液倒入烧杯中，水浴升温至45℃，取聚氨酯泡沫放入烧杯中并使聚氨酯泡沫完全浸入酸性高锰酸钾溶液，浸渍处理10min，得到粗化聚氨酯泡沫，将粗化聚氨酯泡沫放入质量分数为5%的草酸溶液中浸泡，用玻璃棒搅拌并挤压粗化聚氨酯泡沫10min，得到聚氨酯基体；配置100ml质量分数为5%的氯化锡溶液，向氯化锡溶液中加5g锡粉、30ml质量分数为10%的盐酸得到敏化液，将聚氨酯基体放入敏化液中浸泡5min，得到敏化聚氨酯基体，将质量分数为8%的氯化钯溶液和质量分数为5%的盐酸溶液等体积混合得到解胶液，将上述敏化聚氨酯基体浸入120ml解胶液中，解胶处理4min后，取出聚氨酯基体放入200ml质量分数为75%的甲醛溶液中，浸泡5min，得到表面活化聚氨酯基体；按重量份数计，将20份硫酸铜、30份甲醛、80份酒石酸钠、12份氢氧化钠放入400份蒸馏水中溶解，得到化学电镀液，将90份表面活化聚氨酯基体放入化学电镀液中，加热升温至40℃后，向化学电镀液中加入5份二巯基苯并噻唑，保温反应3h，得到微镀铜聚氨酯；配置400ml质量分数为40%的硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液加入50ml质量分数为98%的浓硫酸、8g聚乙二醇、12g1,4-丁炔二醇、20g氯化镍，得到电解液，将电解液放入电解槽，以铜棒作为阳极、微镀铜聚氨酯作为阴极，控制电流密度为2a/dm3，电解2h，取出阴极用水洗涤3次得到镀铜聚氨酯；按重量份数计，向四口烧瓶中加入50份蒸馏水、10份十二烷基磺酸钠、4份碳酸氢钠，启动搅拌器以200r/min的转速搅拌，水浴升温至70℃，继续加入40份丙烯酸、20份甲基丙烯酸加入四口烧瓶后，继续反应10min，得到种子乳液；按重量份数计，向上述四口烧瓶中加入20份环氧大豆油，再用滴液漏斗向四口烧瓶中以3ml/min的滴加速率滴加1份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应30min，继续加热升温至90℃，保温反应45min，再降温至55℃，用质量分数20%的氨水调节ph为6.0，出料，得到丙烯酸酯胶乳，取20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、40份锰锌铁氧体粉、10份膨胀石墨粉，8份乙烯基酯树脂放入反应釜中，加热升温至230℃，混炼4h，冷却至室温后得到导热树脂；将镀铜聚氨酯放入电阻炉中，向电阻炉中通入氢气、氮气体积比为3︰1的混合气体，以2℃/min的速率升温至400℃，保温还原2h，继续升温至850℃，保温热解3h，得到多孔铜材料，再将预热熔融的导热树脂渗流进入多孔铜材料中，自然冷却至室温后得到高导热多孔铜散热片。实例2将ph为2的质量分数为20%高锰酸钾溶液倒入烧杯中，水浴升温至47℃，取聚氨酯泡沫放入烧杯中并使聚氨酯泡沫完全浸入酸性高锰酸钾溶液，浸渍处理12min，得到粗化聚氨酯泡沫，将粗化聚氨酯泡沫放入质量分数为5%的草酸溶液中浸泡，用玻璃棒搅拌并挤压粗化聚氨酯泡沫12min，得到聚氨酯基体；配置110ml质量分数为5%的氯化锡溶液，向氯化锡溶液中加6g锡粉、35ml质量分数为10%的盐酸得到敏化液，将聚氨酯基体放入敏化液中浸泡6min，得到敏化聚氨酯基体，将质量分数为8%的氯化钯溶液和质量分数为5%的盐酸溶液等体积混合得到解胶液，将上述敏化聚氨酯基体浸入140ml解胶液中，解胶处理4min后，取出聚氨酯基体放入210ml质量分数为75%的甲醛溶液中，浸泡7min，得到表面活化聚氨酯基体；按重量份数计，将22份硫酸铜、35份甲醛、85份酒石酸钠、14份氢氧化钠放入450份蒸馏水中溶解，得到化学电镀液，将95份表面活化聚氨酯基体放入化学电镀液中，加热升温至42℃后，向化学电镀液中加入7份二巯基苯并噻唑，保温反应3.5h，得到微镀铜聚氨酯；配置450ml质量分数为40%的硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液加入55ml质量分数为98%的浓硫酸、9g聚乙二醇、14g1,4-丁炔二醇、25g氯化镍，得到电解液，将电解液放入电解槽，以铜棒作为阳极、微镀铜聚氨酯作为阴极，控制电流密度为2a/dm3，电解2.5h，取出阴极用水洗涤4次得到镀铜聚氨酯；按重量份数计，向四口烧瓶中加入55份蒸馏水、12份十二烷基磺酸钠、4份碳酸氢钠，启动搅拌器以210r/min的转速搅拌，水浴升温至75℃，继续加入42份丙烯酸、25份甲基丙烯酸加入四口烧瓶后，继续反应12min，得到种子乳液；按重量份数计，向上述四口烧瓶中加入25份环氧大豆油，再用滴液漏斗向四口烧瓶中以4ml/min的滴加速率滴加2份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应35min，继续加热升温至95℃，保温反应50min，再降温至57℃，用质量分数20%的氨水调节ph为6.7，出料，得到丙烯酸酯胶乳，取25份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、45份锰锌铁氧体粉、12份膨胀石墨粉，9份乙烯基酯树脂放入反应釜中，加热升温至240℃，混炼4.5h，冷却至室温后得到导热树脂；将镀铜聚氨酯放入电阻炉中，向电阻炉中通入氢气、氮气体积比为3︰1的混合气体，以2℃/min的速率升温至410℃，保温还原2.5h，继续升温至870℃，保温热解3.5h，得到多孔铜材料，再将预热熔融的导热树脂渗流进入多孔铜材料中，自然冷却至室温后得到高导热多孔铜散热片。实例3将ph为3的质量分数为20%高锰酸钾溶液倒入烧杯中，水浴升温至50℃，取聚氨酯泡沫放入烧杯中并使聚氨酯泡沫完全浸入酸性高锰酸钾溶液，浸渍处理15min，得到粗化聚氨酯泡沫，将粗化聚氨酯泡沫放入质量分数为5%的草酸溶液中浸泡，用玻璃棒搅拌并挤压粗化聚氨酯泡沫15min，得到聚氨酯基体；配置120ml质量分数为5%的氯化锡溶液，向氯化锡溶液中加7g锡粉、40ml质量分数为10%的盐酸得到敏化液，将聚氨酯基体放入敏化液中浸泡8min，得到敏化聚氨酯基体，将质量分数为8%的氯化钯溶液和质量分数为5%的盐酸溶液等体积混合得到解胶液，将上述敏化聚氨酯基体浸入150ml解胶液中，解胶处理5min后，取出聚氨酯基体放入220ml质量分数为75%的甲醛溶液中，浸泡10min，得到表面活化聚氨酯基体；按重量份数计，将25份硫酸铜、40份甲醛、90份酒石酸钠、15份氢氧化钠放入500份蒸馏水中溶解，得到化学电镀液，将100份表面活化聚氨酯基体放入化学电镀液中，加热升温至45℃后，向化学电镀液中加入10份二巯基苯并噻唑，保温反应4h，得到微镀铜聚氨酯；配置500ml质量分数为40%的硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液加入60ml质量分数为98%的浓硫酸、10g聚乙二醇、15g1,4-丁炔二醇、30g氯化镍，得到电解液，将电解液放入电解槽，以铜棒作为阳极、微镀铜聚氨酯作为阴极，控制电流密度为3a/dm3，电解3h，取出阴极用水洗涤5次得到镀铜聚氨酯；按重量份数计，向四口烧瓶中加入60份蒸馏水、15份十二烷基磺酸钠、5份碳酸氢钠，启动搅拌器以220r/min的转速搅拌，水浴升温至80℃，继续加入45份丙烯酸、30份甲基丙烯酸加入四口烧瓶后，继续反应15min，得到种子乳液；按重量份数计，向上述四口烧瓶中加入30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向四口烧瓶中以5ml/min的滴加速率滴加3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应40min，继续加热升温至100℃，保温反应55min，再降温至60℃，用质量分数20%的氨水调节ph为7.0，出料，得到丙烯酸酯胶乳，取30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、50份锰锌铁氧体粉、15份膨胀石墨粉，10份乙烯基酯树脂放入反应釜中，加热升温至250℃，混炼5h，冷却至室温后得到导热树脂；将镀铜聚氨酯放入电阻炉中，向电阻炉中通入氢气、氮气体积比为3︰1的混合气体，以3℃/min的速率升温至420℃，保温还原3h，继续升温至900℃，保温热解4h，得到多孔铜材料，再将预热熔融的导热树脂渗流进入多孔铜材料中，自然冷却至室温后得到高导热多孔铜散热片。对比例以潍坊某公司生产的高导热多孔铜散热片作为对比例对本发明制得的高导热多孔铜散热片和对比例中的高导热多孔铜散热片进行性能检测，检测结果如表1所示：测试方法：散热性能测试：将实例1～3和对比例中的相同尺寸的散热片焊接在相同铝散热底座装置上，进行对比（测量装置整体散热性能后去除铝散热底座的散热部分）结果如下：采用强制循环方式，风速为5m/s，本发明的散热片的散热效率是对比例散热片的5.1倍（垂直散热片）；采用自然冷却方式，本发明的散热片的散热效率是对比例散热片的1.9倍。表面积测试采用表面积分析仪进行检测。散热温度测试：将实例1～3和对比例中的相同尺寸的散热片在同一的测试设备上比较，测试条件相同，一定时间后，测得各设备的温度。导热系数测试采用导热系数测试仪进行检测。气孔率测试采用气孔率测试仪进行检测。表1散热片性能测定结果测试项目实例1实例2实例3对比例表面积（cm2）9.679.769.853.53散热温度（℃）45444362导热系数（w/mk）370375380250气孔率（%）55.055.856.523.5根据上述中数据可知本发明的散热片的散热效率是对比例散热片散热效率的5.1倍，散热性能好，表面积大，散热片的散热性好，散热效率高，导热系数高，热阻较低，散热性好，具有广阔的应用前景。当前第1页12