一件传热组件内部高孔隙率毛细结构及其制造方法与流程

本发明属于粉末冶金领域和散热材料制造领域，涉及一种毛细结构，特别涉及一种高孔隙率毛细结构及其制作方法。

背景技术：

随着电子电气领域的快速发展，电子元件的工作效率效率大幅提升，集成度也显著增加，随之带来热密度大幅增加。如果电子元件的热量不能及时传导出去，将会严重影响其工作寿命和稳定性。现在公认最先进的导热技术是液冷传热技术。

液冷传热组件的结构：封闭真空腔体内壁有一层毛细结构材料，且含有运动流体，液体在吸热区受热挥发为气体，流向冷凝区，气体遇冷发生冷凝，并在毛细力的作用下回流到吸热区，这样热量被循环不断的传导出去。液冷传热组件中冷凝液体在毛细力的作用下回流到受热区，该毛细结构的孔隙率是影响传热组件导热能力的关键因素。

金、银、铜、钛是热导率高的金属，其中铜金属的热导率高，且价格低廉，是制造液冷传热组件的主要金属。对于液冷传热组件内壁的毛细结构层要求其内部孔隙连通且具有很高的毛细力，来实现冷凝液体的快速回流。

目前市面上液冷传热组件的毛细结构制造一般使用水雾化铜粉或者团化铜粉，这些粉末的松装密度高，大于2.0g/cm³，烧结后孔隙率小于60%，不能满足高端产品的需求。

专利200910259391.8披露了一种用于制造传热组件内部毛细结构的复合铜粉，该复合铜粉由铜粉与造孔剂混合而成，使用该方法制造毛细结构有几个问题：1.造孔剂与铜粉密度相差极大，容易分层，导致烧结后孔隙分布不均匀；2.造孔剂添加后，需要高温脱除，容易出现脱除不干净的问题；3.使用造孔剂后孔隙率有了显著提高，但是颗粒间的接触面积小，导致毛细结构的断裂强度不高。

专利200610156330.5也提出了一种高孔隙率金属多孔载体材料的制造方法，将金属粉末包覆上造孔剂制成包覆粉末,经压制成型、多阶段保温的烧结工艺,来制备出多孔金属载体材料。其工艺复杂不适用于制造液冷传热组件。

专利cn105605958a披露了一种铝镍合金的表面进行镀银来提高改铝镍合金圆管的热导率，这是一种利用银自身高热导率，来提高金属管表面的导热能力。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种传热组件内部高孔隙率毛细结构及其制造方法，本发明的技术方案为一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，根据需要可以在铜粉中混入银粉，然后在750-950℃烧结。

多孔铜粉颗粒内部有大量联通孔隙，其松装密度很容易达到1.5g/cm³以下，这是其它的铜粉很难达到的。多孔铜粉由于比表面积大，相对于雾化铜粉在更低的温度下就可以形成良好的烧结颈，而且烧结过程中随着烧结温度的提高，其自身内部的孔隙发生收缩，烧结温度越接近铜熔点，多孔铜粉自身能保留的孔隙率越低。为了多孔铜粉颗粒孔隙内部收缩较小，保持有良好的联通孔隙，需要在较低温度下进行烧结。不仅传热组件内壁与铜粉毛细结构层之间需要良好的烧结强度，多孔粉体颗粒间接触处也需要良好的冶金结合。

为了降低烧结温度，并同时拥有良好的烧结强度，本发明提供了一种高孔隙率传热组件内部毛细结构，在传热组件内壁增加一层银膜，也可以在铜粉中混入银粉，可以实现拥有良好断裂强度，且孔隙率高。

所述银膜的厚度为1-30µm；

所述多孔铜粉层中加入0.5-10%的银粉。

一种制造传热组件内部高孔隙率毛细结构的方法，包括以下步骤：

步骤一：通过电镀、涂覆或涂刷的方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将混合均匀的多孔铜粉填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为750-950℃，烧结时间为20-90min，烧结完成后即可制成。

所述步骤一中银膜的厚度为1-30µm，传热组件的内壁需要有一层银膜，该银膜可以通过镀银，涂一层银粉、银浆料等或者其它方式在传热组件的表面形成一层银薄膜；

所述步骤二中多孔铜粉的松装密度不大于1.2g/cm³，铜粉粒径是20-200微米。多孔铜粉内部是多孔结构，可以是还原铜粉，也可以是通过其它化学方法制得的多孔铜粉，多孔铜粉的松装密度一般小于2.0g/cm³，优选松装密度小于1.2g/cm³。多孔铜粉的粒径不做特别限定，优选铜粉粒径是200-20微米；

更进一步地，所述多孔铜粉中加入0.5-10%%的银粉，为了进一步降低烧结温度，同时提高多孔铜粉颗粒间的烧结强度，可以往多孔铜粉中混入一些微米或者纳米银粉来促进多孔铜粉间的烧结，银粉可以是各种形状，球状、片状不做限定。微末银粉粒径小于60µm优选小于30µm，如果是片状银粉厚度一般小于10µm，优选小于1µm；

所述步骤三中的弱还原气氛包括：h2和n2混合气，h2和ar混合气，co和n2混合气。

本发明的技术原理为：一方面在传热组件的内壁先设置一层银膜，利用铜与银在较低的温度就可以合金化，见图1；另一方面，在其上设有多孔铜粉层，利用多孔铜粉颗粒内部有大量联通孔隙，其松装密度很容易达到1.5g/cm³以下，这是其它的铜粉很难达到的。多孔铜粉由于比表面积大，相对于雾化铜粉在更低的温度下就可以形成良好的烧结颈，而且烧结过程中随着烧结温度的提高，其自身内部的孔隙发生收缩，烧结温度越接近铜熔点，多孔铜粉自身能保留的孔隙率越低。在降低温度烧结时，多孔铜粉颗粒孔隙内部收缩较小，保持有良好的联通孔隙，颗粒间接触处又有良好的烧结颈，这样可以实现毛细结构拥有良好断裂强度，且孔隙率高。

所达到的有益技术效果为：1、一般雾化铜粉在烧结毛细结构层时温度950-1050℃，本发明采用多孔铜粉来制造毛细结构可以将烧结温度降低到750-950℃，大大降低生产成本，提高了生产效率；2、烧结后毛细结构的孔隙率达55-79%，断裂强度4.5-16mpa，相比于现有技术有很大的提高；3、工艺流程简单易行，有极好的产业化前景。

附图说明

图1为铜银的合金相图。

具体实施方式

实施例1

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将混合均匀的多孔铜粉填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为750-950℃，烧结时间为20-90min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为5µm。

实施例2

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将松装密度为1.2g/cm³，平均粒径为80微米的多孔铜粉，混合均匀后填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在h2和n2混合气的弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为950℃，烧结时间为60min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为5µm。经测试毛细结构的孔隙率为55%，断裂强度为16mpa。

实施例3

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将松装密度为1.2g/cm³，平均粒径为150微米的多孔铜粉，混合均匀后填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在h2和ar混合气的弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为60min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为5µm。经测试毛细结构的孔隙率为63%，断裂强度为10mpa。

实施例4

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将松装密度为0.8g/cm³，平均粒径为150微米的多孔铜粉，混合均匀后填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在h2和n2混合气的弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为850℃，烧结时间为60min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为8µm。经测试毛细结构孔隙率为78%，断裂强度为4.5mpa。

实施例5

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将松装密度为0.8g/cm³，平均粒径为100微米，并添加1%质量分数的片状银粉的多孔铜粉，混合均匀后填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在h2和n2混合气的弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为60min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为5µm。经测试毛细结构的孔隙率为77%，断裂强度为5.2mpa。

实施例6

采用以下步骤制造一种传热组件内部高孔隙率毛细结构，步骤一：通过电镀方式在传热组件的内壁设置一层银膜；

步骤二：将松装密度为1.2g/cm³，平均粒径为80微米，并添加2%质量分数的片状银粉的多孔铜粉，混合均匀后填入传热组件的内壁；

步骤三：将步骤二得到的传热组件在co和n2混合气的弱还原气氛中进行烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为60min，烧结完成后即可制成一种传热组件内部毛细结构，传热组件内壁上设有一层银膜，在其上设有多孔铜粉层，银膜的厚度为5µm。经测试毛细结构的孔隙率为79%，断裂强度为5.7mpa。