一种高导热性防泄漏的导热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于液态金属应用技术领域，具体涉及一种高导热性防泄漏的导热材料及其制备方法和应用。所述导热材料包括：基体和掺杂粉体；所述基体为液态金属；所述掺杂粉体至少包括碳化硅。在一定温度和压力下，所述导热材料具有优异的导热性能，同时在熔化时呈膏状，因而避免现有导热片受热后泄漏的问题。

A kind of heat conducting material with high heat conductivity and leakage prevention and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高导热性防泄漏的导热材料及其制备方法和应用
本专利技术属于液态金属应用
，具体涉及一种高导热性防泄漏的导热材料及其制备方法和应用。
技术介绍
导热片属于一种热界面材料，用于发热器件与散热器层间，填充发热器件与散热器的间隙，以此形成良好的导热通道，加快散热效率。液态金属热界面材料是一类基于低熔点金属的高端导热界面材料，是近些年国际散热领域的一项突破性革新。液态金属热导率为10-60W/K*℃，是传统硅油基材料的5～10倍，性能优势明显，物化性质稳定、无毒无害、不易挥发、更适合高温、高热流场合的长期应用。液态金属导热片是固体片状热界面产品，利用本身低熔点特性通过发热体发热使其熔化能保证充分地填充界面间隙形成良好的导热通道。液态金属导热片不仅具备优异的热传导能力，同时操作便捷、无需涂抹工序。传统的液态金属导热片是固体片状纯金属产品，由纯的液态金属制成。但现有的低熔点液态金属种类不多，且价格偏高，特别是现有的液态金属的导热率在金属材料中并不算突出。此外，尽管液态金属导热片的导热效率较高，但是由于液态金属流动性大，长期使用过程中容易出现泄漏或者渗入散热装置或者电子元器件的材料内部导致流淌失效的问题，严重阻碍了液态金属导热片的应用。针对液态金属导热片存在的上述缺陷，研究者们研发了许多不同的封装方法来克服，却不尽如人意。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提出了一种高导热性防泄漏的导热材料。在一定温度和压力下，所述导热材料具有优异的导热性能，同时在熔化时呈膏状，因而避免现有导热片受热后泄漏的问题。所述高导热性防泄漏的导热材料，包括：基体和掺杂粉体；所述基体为液态金属合金；所述掺杂粉体至少包括碳化硅。本专利技术选择碳化硅作为掺杂粉体，当材料熔化时，碳化硅能够较好地填充液态金属界面间缝隙，从而使导热材料呈膏状，避免了现有液态金属导热片受热后泄露的问题，提高了其使用安全性。所述液态金属合金与所述碳化硅的质量比为(2-10)：1；优选为(4-7)：1。所述基体液态金属合金的熔点在60-200℃之间。所述基体液态金属合金为铋铟合金、铋锡合金、铋锌合金、锡锌合金、铟锡合金、铋铟锌合金、铋铟锡合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金中的一种或多种；优选铋铟锡合金。为了进一步提高导热材料的性能，所述掺杂粉体还包括氧化铝粉和/或铜粉。所述氧化铝粉的加入量不超过所述基体质量的15％。所述铜粉的加入量不超过所述基体质量的20％。所述碳化硅的颗粒尺寸在1nm-100μm之间，优选5μm。所述氧化铝粉的颗粒尺寸在1nm-100μm之间，优选5μm。所述铜粉的颗粒尺寸在1nm-100μm之间，优选5μm。优选地，所述掺杂粉体的颗粒尺寸均为5μm级别。作为本专利技术优选的实施方式之一，当同时加入氧化铝粉和铜粉时，所述导热材料包括质量百分比的掺杂粉体：碳化硅10-25％，氧化铝粉10-15％、铜粉1-20％；且所述掺杂粉体的颗粒尺寸均为5μm级别。本专利技术所述的导热材料，其熔点在60-200℃内，其热导率在30-50W/m*k之间。本专利技术还提供一种高导热性防泄漏的导热材料的制备方法，包括：将基体与掺杂粉体在真空条件下搅拌混匀即可。为了获得更好的性能，所述碳化硅在所述搅拌前先进行钝化处理。所述钝化处理的方式选自烘烤和/或氢氟酸化干燥，优选先氢氟酸酸化干燥后烘烤。所述钝化处理的目的是减少碳化硅颗粒的尖锐棱角，尽可能减少传热过程中因碳化硅颗粒热运动破坏左右。其中，所述烘烤温度为600-1200℃，优选1200℃；所述烘烤时间可依据实际情况而定，如10h。本专利技术中，在所述真空搅拌的过程中，可以充入惰性保护气体。所述真空搅拌的过程中，体系的温度应始终保持略高于液态金属基体合金的熔点的5-10℃。如此能在保证液态金属基体为液态的情况下，尽可能的保证其粘度，更好的掺杂搅拌加入的粉体材料。本专利技术中，当向液态金属中添加氧化铝粉和/或铜粉时，应待碳化硅被搅匀后再加入，从而体系更加均匀，更有利于提高导热材料的性能。本专利技术还提供上述导热材料在高热流密度元器件散热、电子设备散热等方面中的应用。本专利技术还提供一种导热片，采用包括上述导热材料的原料制得。所述导热片运用于多种高热流密度的电子元件与散热器之间，可有效解决其界面热障问题。作为本专利技术的实施方式之一，所述导热片的制备方法如下：1)制备基体液态金属：按照组分配方称取液态金属的原料单质，混合均匀后加入真空熔炼炉熔炼，进行真空冷却；2)制备掺杂粉体：按照掺杂粉体的组分配方称取不同质量的粉体材料；对粉体进行一定程度的处理；3)将步骤1)制备的基体液态金属与2)制备的粉体按照基体液态金属与掺杂粉体的质量比2-10:1称取、混合搅拌；4)将步骤3)制备的液态金属混合物采用一定形状的模具进行浇注定型；5)将步骤4)中冷却后的液态金属混合物进行冷轧，压制成一定厚度的薄材，并通过激光切割机进行裁剪，最后得所述的液态金属相变化导热片。本专利技术还提供上述导热片的使用方法，其应在以下任一使用界面条件中实施：(1)在使用界面温度≤100℃以下，压力≤60ps的情况下使用，能保证传热效果的同时液态金属不出现泄漏；(2)在使用界面温度≤150℃以下，压力≤40psi的情况下使用，能保证传热效果的同时液态金属不出现泄漏；(3)在使用界面温度≤200℃以下，压力≤20psi的情况下使用，能保证传热效果的同时液态金属不出现泄漏。本专利技术具有以下优点：本专利技术通过掺杂特定的掺杂物来提高液态金属的导热率，还可以降低液态金属的应用成本，拓宽液态金属作为冷却工质的应用范围。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1本实施例以用于风扇式LED车灯的散热运用为例，提供用于其中的导热材料及其制得的导热片的方法，包括：1)、液态金属基体合金的组成及组分质量百分比按照：铋32.5％、铟51％，锡16.5％进行配比；此合金的熔点为60℃。2)、称取上述金属单质，通过真空熔炼炉在惰性气体保护下进行熔炼，熔炼后进行真空冷却。3)、液态金属与掺杂粉体占比为：68.77％、32.11％。掺杂粉体部分的组成及组分质量百分比按照：碳化硅15.74％、氧化铝粉9.45％、铜粉6.92％进行配比。其中三种粉体的颗粒尺寸均为5μm级别的。碳化硅采用1200℃高温烘烤10h进行钝化处理，其他粉体做分散改性处理。4)、将称取的液态金属基体合金进行初步熔化后作为基体溶剂，然后将碳化硅加入基体中进行真空搅拌，待其搅拌均匀后，再依次分别加入氧化铝粉、铜粉混合均匀。整个过程中保持温度在65-70℃，搅拌转速3000r/min。然后再进行微氧氧化处理，提高基体液态粘度，保持温度在65-70℃，搅拌转速为1000r本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热材料，其特征在于，包括：基体和掺杂粉体；所述基体为液态金属合金；所述掺杂粉体至少包括碳化硅。/n

【技术特征摘要】
1.一种导热材料，其特征在于，包括：基体和掺杂粉体；所述基体为液态金属合金；所述掺杂粉体至少包括碳化硅。


2.根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述液态金属合金与所述碳化硅的质量比为(2-10)：1；优选为(4-7)：1。


3.根据权利要求1或2所述的导热材料，其特征在于，所述液态金属合金的熔点在60-200℃之间；
优选地，所述液态金属合金为铋铟合金、铋锡合金、铋锌合金、锡锌合金、铟锡合金、铋铟锌合金、铋铟锡合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金中的一种或多种；优选铋铟锡合金。


4.根据权利要求1-3任一所述的导热材料，其特征在于，所述掺杂粉体还包括氧化铝粉和/或铜粉；
优选地，所述氧化铝粉的加入量不超过所述基体质量的15％；
和/或，优选地，所述铜粉的加入量不超过所述基体质量的20％。


5.根据权利要求1-4任一所述的导热材料，其特征在于，当同时加入氧化铝粉和铜粉时，所述导热材料包括质量百分比的掺杂粉体：碳化硅10-25％，氧化铝粉10-15％、铜粉1-20％；，且所述掺杂粉体的颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨城，郑立聪，谢开旺，李正荣，盛磊，刘静，
申请(专利权)人：云南靖创液态金属热控技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53