块体无定形合金散热器制造技术

本文的实施例涉及具有直接浮凸在包含金属合金的块体凝固型无定形合金中的纳米复制和/或微米复制的散热器，其中所述散热器被配置成通过空气的自然对流或空气的强制对流，或者通过流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出所述散热器。其他实施例涉及具有所述散热器的装置。其他实施例涉及制造所述散热器和具有所述散热器的装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】块体无定形合金散热器
本专利技术涉及块体凝固型无定形金属合金散热器。
技术介绍
散热器是将固体材料内产生的热量转移到诸如空气或液体的流体介质中的部件或组件的术语。散热器的实例为用于制冷和空调系统中的热交换器和汽车中的水箱（也是热交换器）。散热器还有助于冷却电子和光电设备，例如高功率激光器和发光二极管(LED)。将散热器在物理上设计成增加与其周围的冷却流体（例如空气）接触的表面积。迎面空气速度、材料的选择、鳍片（或其他凸起）设计和表面处理是影响热阻（即散热器的热性能）的设计因素中的一些。散热器的一个工程应用是用于电子器件（通常为计算机中央处理单元(CPU)或图形处理器）的热管理。为此，散热器附接方法和热界面材料也影响处理器的最终节点或模片温度。热量从散热器传递的速率q为传热系数(h)、热量通过其传递的传热表面积(A)和温度梯度(ΔT)的乘积。q=h·A·ΔT其中q=输入的热流或损失的热流，J/s=Wh=传热系数，W/(m2K)A=传热表面积，m2ΔT=固体表面与周围流体区域之间的温度差，K传热系数具有瓦/平方米-开尔文的SI单位：W/(m2K)。由于从散热器传递的热量与传热表面积成比例，因此散热器的传热表面积越高，从散热器传递的热量就越高。最常见的散热器材料为铝。用于制造散热器的不是化学上纯的铝，而是铝合金。铝合金1050A具有在229W/m·K的较高热导率值之一。然而，由于其为相对柔软的材料，因此不推荐用于机加工。铝合金6061和6063为更常用的铝合金，其热导率值分别为166W/m·K和201W/m·K。铜也被使用，因为其具有铝的约两倍的传导率，但是重量为铝的三倍。铜可比铝贵约四到六倍。铝的附加优点在于其能够被挤压，而铜却不能。铜散热器被机加工和切削。另一种制造方法是将鳍片焊接到散热器基座中。然而，常规散热器材料均不具有超塑性成形特性，该特性将允许其通过诸如压印的方法而被热成形，以形成微米级和纳米级的极高的传热表面积。
技术实现思路
本文的实施例涉及具有直接浮凸在包含金属合金的块体凝固型无定形合金中的纳米复制和/或微米复制的散热器，其中散热器被配置成通过空气的自然对流或空气的强制对流，或者通过流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出散热器。其他实施例涉及具有散热器的装置。其他实施例涉及制造散热器和具有散热器的装置的方法。附图说明图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。图2提供了示例性块体凝固型无定形合金的时间温度转变(TTT)图的示意图。图3提供了一个实施例的散热器的示意图，其中散热器具有高传导性材料的涂层。图4提供了块体凝固型无定形合金的超塑成型以形成散热器的示意图。图5提供了示出在一个应用中消耗的功率与不同类型的散热器的热效率之间的关系的示意图。图6示出了引脚鳍片、直鳍片和扩口鳍片散热器类型。图7提供了安装在散热器上的发热设备的示意图，该散热器具有基本上与发热设备接触的冷却通道。图8提供了具有安装在块体凝固型无定形合金散热器(3)的一侧上的散热鳍片组(4)和冷却风扇或热电冷却设备(5)，并且具有安装在散热器(2)的另一侧上的电子设备(1)的装置的示意图，散热器与电子设备之间具有或不具有覆盖层(3)。具体实施方式在本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。本文所用冠词“一个”和“一种”是指一个或多于一个（即，至少一个）冠词的语法对象。以举例的方式，“聚合物树脂”意指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语“基本上”和“约”用于描述并考虑小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5%，例如小于或等于±2%、例如小于或等于±1%、例如小于或等于±0.5%、例如小于或等于±0.2%、例如小于或等于±0.1%、例如小于或等于±0.05%。块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃(“BMG”)为最近开发的一类金属材料。这些合金可以以相对较慢的速率凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶（即，玻璃态）状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物优越的特性。然而，如果冷却速率不够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的部件的局部结晶。由于在BMG部件中可能需要较高程度的非晶度（并且相反地，较低程度的结晶度），因此需要开发用于铸造具有受控量的非晶度的BMG部件的方法。图1（得自美国专利No.7,575,040）示出了来自由LiquidmetalTechnology制造的Zr--Ti--Ni--Cu--Be族VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温度曲线图。应该指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液体/固体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变温度处接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变温度，此处出于拔出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。图2（得自美国专利No.7,575,040）示出了示例性块体凝固型无定形合金的时间温度转变(TTT)冷却曲线或TTT图。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属在冷却时不会经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低（接近玻璃化转变温度Tg），在高温（接近“熔融温度”Tm）下发现的高度流体化的非晶态形式金属变得更粘，最终呈现常规固体的外在物理特性。尽管块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将“熔融温度”Tm定义为对应结晶相的热力学液相线温度。在该机制下，块体凝固型无定形合金在熔融温度下的粘度可处于约0.1泊至约10,000泊的范围内，并且甚至有时低于0.01泊。在“熔融温度”下的较低粘度可提供使用块体凝固型无定形金属对壳体/模具的复杂精细部分进行更快且完全的填充，以便形成BMG部件。此外，熔融金属形成BMG部件的冷却速率必须使得在冷却期间时间温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。在图2中，Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内出现的临界结晶温度Tx。过冷液相区（介于Tg与Tx之间的温度区域）是抵抗块体凝固合金结晶的卓越稳定性的体现。在该温度区域内，块体凝固型合金可作为高粘滞液体存在。块体凝固型合金在过冷液相区中的粘度可以在玻璃化转变温度下的1012帕·秒与结晶温度（过冷液相区的高温极限）下的105帕·秒之间变化。具有此类粘度的液体可在所施加的压力下经受显著的塑性应变。本文的实施例利用过冷液相区中的较大塑性成形性能作为成形和分离方法。需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨线，当碰到TTT曲线时，就已达到Tx。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm变化为接近Tg。图2的示意性TTT图示出了在时间-温度轨线（示出为(1)，作为示例性轨线）不碰到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸加工方法。在压铸期间，成形与快速冷却基本上同时发生，以避免轨线碰到TTT曲线。在时间-温度轨线（示出为(2)、(3)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：通过如下方式形成直接浮凸在包含金属合金的块体凝固型无定形合金部件中的纳米复制和/或微米复制：将所述块体凝固型无定形合金在高于所述金属合金的玻璃化转变温度(Tg)的温度下超塑性成形；以及形成包含所述块体凝固型无定形合金部件的散热器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成散热器的方法，包括：通过如下方式在块体凝固型无定形合金部件中浮凸纳米和/或微米级特征：将所述块体凝固型无定形合金在高于所述块体凝固型无定形合金的玻璃化转变温度(Tg)的温度下超塑性成形；以及在浮凸所述纳米和/或微米级特征之后，将至少一部分块体凝固型无定形合金部件从无定形相转化成结晶相；其中：所述块体凝固型无定形合金能够经受最高至1.5％或更高的应变，而没有任何永久性变形或破损；并且其中所述散热器被配置成通过空气的自然对流、空气的强制对流、流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出所述散热器。2.根据权利要求1所述的方法，其中浮凸纳米和/或微米级特征的操作包括：用模具压印所述块体凝固型无定形合金的一部分。3.根据权利要求2所述的方法，其中模具限定所述纳米和/或微米级特征的阴像。4.根据权利要求1所述的方法，还包括:将所述块体凝固型无定形合金从低于Tg加热至介于Tg与所述块体凝固型无定形合金的熔融温度(Tm)之间的温度；将所述块体凝固型无定形合金插入到模具中；其中浮凸纳米和/或微米级特征的操作包括通过模具在所述块体凝固型无定形合金上施加力。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米和/或微米级特征包括通道，用于将流体输送穿过所述通道。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在不采用湿加工或蚀刻的情况下进行。7.根据权利要求1所述的方法，还包括加工金属合金以形成所述块体凝固型无定形合金，其中执行所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·普雷斯特，J·普尔，J·W·史蒂维克，Q·T·帕姆，T·万纽克，
申请(专利权)人：科卢斯博知识产权有限公司，苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US