一种金属及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种熔点为300±5℃的金属，该金属的温度较低，可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等需降低接触热阻或电阻的导热、导电及散热领域。

背景技术：

在一些电子设备散热系统中，多数使用相变材料散热的方法，但由于传统相变材料为非金属材料，材料密度较小，单位体积的相变潜热较小。又由于其导热系数低，相变材料的体积过大会导致系统热阻过大。因此，在电子设备散热系统中，传统的相变材料的相变潜热往往不足以满足系统工作时间内散热需求，相变材料的加入多为平衡系统不同工作状态时的芯片温度，而对散热系统功耗和体积的优化效果不大。因此，人们继而研究出一种热导率高、熔点较低的金属、利用电磁泵的循环来对电子设备进行散热。

低熔点合金，是指熔点低于232℃(Sn的熔点)的易熔合金；通常由B i、Sn、Pb、In等金属元素组成。低熔点合金常被广泛地用做焊料，以及电器、蒸汽、消防、火灾报警等装置中的保险丝、熔断器等热敏组件，是一类颇具发展潜力的低熔点合金新型材料。随着技术的发展，人们对于低温控制方面需求越来越精细，例如电子设备在某些特定温度下才能发挥更好的特性，因此需要将电子设备温度控制在该特定温度以下；或者通过在特定温度上进行金属熔断，将环境温度控制在预定温度之下。因此人们对特定熔点金属，尤其是低熔点金属存在长期需求。

然而，对于那些需求散热温度不高也不低(如500℃左右)的电子设备来说，金属循环散热需要花费的电量等成本过高，且人们在熔点范围为232-1000℃的金属合金的研究上非常少，而在这个范围内的纯金属，公知的有铋(熔点271.5℃)、铊(熔点304℃)、镉(熔点321.1℃)、镉(熔点327.5℃)、锌(熔点419.5℃)等，但是，这些纯金属，要么是公知的具有很大的毒性(铊、镉、镉、铋)，要么受到金属表面氧化的影响，金属的熔点变化大及熔化的速度也会有所降低。因此，人们急需一种价格低廉、无毒并且具有抗氧化性的熔点在不太高的金属来用于电子设备等的散热。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种熔点为300±5℃的金属及其制备方法和应用。该金属合金用于循环散热系统时，既能在电子设备散热温度较低时，采用相变吸热来给金属散热，又能在电子设备散热温度较高时，采用金属液体循环进行散热。

本发明的发明者考虑到本领域现有技术的上述技术需求，经过反复试验，提出并制备了根据本发明一个方面的一种熔点居中的金属，其包含铟和铜，所述铟和铜的质量分数范围分别为：铟83％～86％、铜14％～17％。

根据本发明的另一个方面，提供了一种循环散热系统，其包含散热器以及其中储存有根据本发明所制备的金属的腔体，所述腔体镶嵌在散热器基板中。

根据本发明的循环散热系统，其中所述腔体为封闭曲线管道。

根据本发明的循环散热系统，其还包含有电磁泵，所述电磁泵安装在散热器和热源之间的回路上，并仅在所述金属全部变成液态之后进入运行状态。

根据本发明的循环散热系统，其还含有布置在距离热源最远处的温度传感器，该温度传感器在检测到金属的温度高于其熔点时，发出启动信号以便启动所述电磁泵的运行。

根据本发明的循环散热系统，其还含有布置在距离热源最远处的流动传感器，该传感器在检测到金属的流动时，发出启动信号以便启动所述电磁泵的运行。

根据本发明的循环散热系统，其中所述腔体的截面为带倒角的长方形、圆形或椭圆形。

根据本发明的循环散热系统，其中所述截面的当量直径范围为1mm～20mm的常规尺寸或为0.1mm～1mm的微通道尺寸。

根据本发明的另一个方面，提供了制备根据本发明的金属的方法，其包含以下步骤：在隔绝空气条件下，将预定分量的金属铟熔化；往熔化的铟中加入预定分量的金属铜，对两者持续加热并搅拌成熔融状态；将熔融合金保持在500～550℃温度范围内并对其持续搅拌2-3h，以确保两种金属充分熔合；以及在隔绝空气的条件下，使熔融的合金自然冷却。

根据本发明的的金属制备方法，还包含：在紧接着金属铟和铜被持续加热并搅拌成熔融状态之后，再添加预定分量的金属锌，并加热搅拌，直至合金成熔融状态

根据本发明所制备的金属熔点为300±3℃。通过将所述金属封闭在循环散热系统的封闭腔体中可以实现相变储能循环散热。通过温度控制器或检测金属的相变情况的传感器，监测金属的温度或相态来判断系统的散热性能，从而调整电磁泵供电电源的开关和功率大小来控制金属的工作状态，进而控制系统所应用的环境的温度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1所示为使用根据本发明的金属的一种循环散热系统的实施例的原理结构示意图。

图2所示为使用根据本发明的金属的一种循环散热系统的实施例的侧视结构示意图。

附图标记说明：1-热源，2-金属腔体，3-电磁泵，4-散热器，5-温度控制器，6-散热风扇。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

为了获得熔点在300±3℃的金属，发明人经过反复试验，采用下述方法最终获得一种主要含有铟铜点合金。具体制备过程如下：

首先，在隔绝空气条件下，将预定量(例如，质量分数范围83％～86％)的金属铟加热熔化。随后，向熔化的铟中加入预定量(例如，质量分数范围14％～17％)金属铜，同时对两者持续加热并搅拌成熔融状态。接着，将熔融合金保持在500～550℃温度范围内并对其持续搅拌2-3h，以确保两种金属充分熔合，最后，在隔绝空气的条件下，使熔融的合金自然冷却，从而获得熔点在300±3℃附近的合金。所述铟铜合金中可添加少量的锌元素，所述锌的质量分数范围为0.1％～3％。如果需要加入锌，则在铟铜充分熔合后，紧接着金属锌，边加热边搅拌，直至合金成熔融状态，将熔融合金保持在500～550℃温度范围内并对其持续搅拌2-3h，以确保三种金属充分熔合，最后，在隔绝空气的条件下，使熔融的合金自然冷却，从而获得熔点在300±3℃附近的合金。

在上面提到了这些合金中各个金属分量的范围，这些分量可以在一定范围内变动，由此使得合金的熔点也在上述300±3℃的范围内变化。

该合金可以用于各种用途。由于该合金体现出的较高的相变储能特性，因此可以应用于各种适合于进行相变储能的应用中。为此，本发明提出了一种金属相变储能循环散热系统。

图1所示为使用根据本发明的金属的一种相变储能循环散热系统的实施例的原理结构示意图。图2所示为使用根据本发明的金属的一种循环散热系统的实施例的侧视结构示意图。如图1和2所示，根据本发明的循环散热系统包括：热源1，金属腔体2，电磁泵3，散热器4，温度控制器5，散热风扇6。所述金属腔体2镶嵌在散热器4基板中，其中填充熔点为300±3℃的金属。所述金属腔体2的轨迹为任意形状的封闭曲线，且整体密封，形成所述金属在液相状态下的流通管路。

所述金属在环境温度低于其熔点时，保持其固体状态，并在环境温度上升时，吸收环境内的热量，使得环境温度保持不超过其熔点。在环境温度不剧烈变化的情况下，仅仅通过容纳在腔体2内的一定量的金属的相变储热能力即可以防止环境温度的上升。

所述电磁泵3安装在散热器4基板上热源1与散热器4之间的液态金属流通管路2，用于在被通电运行时驱动腔体2中的液态金属。从而在环境温度剧烈上升时，通过液态金属的快速热交换特性迅速吸收热源处产生的热量，并迅速将所吸收的热量在散热器4处传递给散热器4，以便加速环境热量的排出，从而降低环境温度。

为此，在该散热系统中设置有温度传感器5或流量或粘稠度检测器5，以便感测腔体2中金属是否已经完全处于液相。该传感器5或检测器5通常设置在流通管道2中距离热源1最远的位置，并且在检测到该位置处的金属的温度高于其熔点或者该位置处的金属的粘稠度低于其可流动粘稠度时，向电磁泵3发出启动信号，使得电磁泵进入运行状态。所述温度传感器5或流量或粘稠度检测器5还根据实时检测到的温度或流量或粘稠度，调节所述电磁泵3的施加电流大小，从而控制其运行状态。举例而言，温度传感器5通过监测金属的温度来判断系统的散热性能，从而调整电磁泵供电电源的开关和功率大小来控制金属的工作状态，进而控制系统的温度。

由于金属在流动过程中需要通电，因此为了防止漏电，需要所述金属腔体或管路2内壁涂覆一层绝缘材料。所述金属腔体或管路2本身的材质可以为金属。所述金属腔体或管道2的截面为带倒角的长方形、圆形或椭圆形。所述截面的当量直径范围为1mm-20mm的常规尺寸或为0.1mm-1mm的微通道尺寸。根据散热系统的应用场合不同，例如在需要大功率散热的场合，所述金属腔体或管道2的截面的当量直径可为15mm、20mm。在一些微小的应用场合，例如芯片散热领域，该所述金属腔体或管道2的截面为圆形或椭圆形，其截面的当量直径为0.1mm、0.5mm、1mm。

所述散热器4从上到下依次由基板、散热翅片和散热风扇6组成。所述散热翅片布满整个散热器基板上。所述散热翅片布置在所述散热风扇6的作用范围内，或者说，散热翅片正对着散热风扇6的出风口。

通过上述结构的散热系统使用根据本发明的金属作为传热介质，在使用时，当热源发热量较小或环境温度较低时，发热时间较短时，金属从热源处或环境中吸收的热量不足以使其融化，温度传感器检测出温度未达到金属的熔点，从而不会触发其向电磁泵发出启动信号，因此电池泵处于断电不工作状态，此时，满足低功率热源的散热。当热源发热量增大，发热时间延长时，金属吸收足够的热量即发生相变，变为固液混合物或液态，温度控制器检测出温度达到金属的熔点，即给电磁泵通电，电磁泵处于工作状态，此时，满足高功率热源的散热。

根据本发明所述的金属，具有如下优点：熔点为300±3℃的金属作为相变储热及散热材料使用，其相变潜热大、导热系数高，应用在短时间工作的系统中，可以大大降低发热器件的温度冲击，同时可使散热系统的体积减小、功耗降低。

根据本发明的金属在循环散热系统中应用时，当系统发热量较大，发热时间较长时，金属吸热变为液态，从而通过循环流动来散热，系统散热能力大大提高。

以上对本发明具体实施方式的描述，仅仅为了帮助理解本发明的发明构思，这并不意味着本发明所有应用只能局限在这些特定的具体实施方式。本领域技术人员应当理解，以上所述的具体实施方式，只是多种优选实施方式中的一些示例。任何体现本发明权利要求的具体实施方式，均应在本发明权利要求所要求保护的范围之内。本领域技术人员能够对上文各具体实施方式中所记载的技术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。