用于热交换器的非晶质碳层制造技术

一种用于在例如热交换器的衬底上沉积非晶质碳层的方法，该上涂的衬底例如可以形成为具有铝质散热片的热交换器。该热交换器包括散热件，所述散热件的延伸表面上沉积有非晶质碳涂层（ＤＬＣ），该非晶质碳层的硬度具有至少２０００Ｋｇ／ｍｍ↑［２］的硬度，至少１０↑［８］ｏｈｍ　　ｃｍ的电阻率，以及至少１０↑［６］Ｖ／ｃｍ的介电强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及具有多个散热片的表面散热件(热交换器)，该散热片可有效地增加表面积进而增强热量到空气中的传递。
技术介绍
利用热交换器上的散热片提供对流进行散热受到散热片表面氧化物层热障的极大限制。为了克服这种限制，建议增加散热片表面的粗糙度或/和增加散热片的数量或散热片的长度，进而通过使空气紊流来增强散热。使空气紊流的一个问题是由于物理法则导致的压降增加会极大地超过传热增加，因此限制因素是叶片功率和在强制对流应用中产生噪音的问题。在自然对流的应用中，使气流紊流会导致气流的停止。专利技术目的本专利技术的一个目的是提供一种涂有接近钻石性质的性质的非晶质碳薄层的表面区域。本专利技术的另一个目的是提供一种具有多个铝质散热片的表面延伸散热件，该散热片涂有接近钻石性质的非晶质碳薄层。本专利技术的另一个目的是提供一种涂有非晶质碳薄层的表面散热件，该散热件可用于工业应用，如计算机芯片冷却装置、电子壳体冷却装置、汽车散热件、空调冷凝器，以及飞行器用热交换器等。本专利技术的另一个目的是提供一种在大范围衬底上沉积非晶质碳薄涂层(DLC)的方法。附图说明唯一的附图是用于在衬底上施加DLC涂层的等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)系统的概图。
技术实现思路
本专利技术在一个方面涉及一种包括散热件的热交换器，散热件的部分表面具有非晶质碳薄层，该非晶质碳薄层具有至少为2000Kg/mm2的硬度，至少108ohm cm的电阻率，至少106V/cm的介电强度。非晶质碳薄层优选具有接近于钻石性质的的性质，如其硬度在约2000到9000Kg/mm2，电阻率在108到1013ohm cm，介电强度超过106V/cm。DLC的另一优选性质是在真空中为0.02而在空气中为少于0.1的低摩擦。DLC层的厚度优选为1到5μm的范围。DLC层能均匀地沉积且充分地粘附在形成稳定碳化物的金属和半导体上。事实上，在金、铜和铁上不会粘附，但是利用中间过渡层(镍或一些其它材料)可以解决问题。DLC涂层还可粘附于陶瓷、玻璃、聚碳酸酯和聚酰胺(尼龙)等能够经受150℃的温度的形成有碳化物(如塑料)的其它材料上。DLC涂层在上涂后优选具有于0.05μm Ra的粗糙度。基本上，粗糙度是所上涂基材的复制品。在上涂前，应当用超声波或化学清理方法来清洗部件。根据应用情况，也可以采用溶液或水清洗。热交换器优选具有延伸散热片，如铝、铜或钢，最优选的是铝，且这些散热片具有沉积其上的DLC膜。实现本专利技术最好的方法是移开散热片上的氧化层，然后将DLC涂层应用到散热片的表面上。采用铝质散热片的任何表面延伸式冷却热交换器都可用于汽车散热件/空调冷凝器、卡车散热件、飞行器用热交换器等。由于大多数这些类型的热交换器利用散热片上的紊流器，则散热片上的DLC膜可以取代紊流器。由于DLC膜效果上是零(zero)，因此可增加空气压降，进而实现噪音的较少。仅依靠将热量传导到铝质散热片上的散热件，也就是说小型芯片或电子装置散热件也可以从本专利技术获益，因为其是基于具有表面延伸式热交换器的热交换器设计，其中，从散热片至空气的传热是最差的传热区域或具有最大的传热阻抗(除非在管子中以非常高的粘性流体或空气工作)。新的非晶质碳(DLC)层或涂层是PECVD涂层，且具有下述特性；粘附性DLC能充分地粘附于形成稳定碳化物的金属和半导体上。包括铝、钛和钼的金属可成功地上涂，以具有半导体、硅和锗。事实上铜、金或其它无形成碳化物的金属不能粘附，但是可引入中间层，如铝、锌、硅、锗以及其它形成有碳化物的材料。良好粘附性的DLC膜也可沉积在硅石、各种玻璃、钛氮化物和氧化铝上。DLC粘附于各种塑料上的粘附强度类似于通过形成碳化物而化学式粘附的那些膜的粘附强度。然而，对于塑料的粘附要取决于不同的装置。较厚的DLC膜(超过6μm)由于大约109Pa的高压力可能产生粘附性的问题。例如，在锗上超过2μm的膜厚度可能产生散裂的问题，而由于衬底内的塑性流动，在铝上具有50μm或更大厚度的膜不会产生任何问题。硬度、摩擦和磨损DLC涂层是硬质材料且具有高的内聚能、短键长及高价的共价键。DLC的硬度可比得上传统的PVD和CVD常用材料如氮化钛、碳化硅和碳化硼。硬度可高达9000Kg/mm2或更高。DLC对钢珠的滑动摩擦系数在真空环境下为0.005-0.02的范围，在100％的湿度环境中上升至0.2。干氮环境下的摩擦比干氧环境好。DLC涂层通常具有高耐磨性。DLC层的典型特性是硬度、低摩擦、一般的化学惰性，易湿性和非晶质结构有助于增强硬质材料的耐磨性。电特性DLC是绝缘体，具有在107-1013ohm cm之间的电阻率。当温度升高时，该值减少。DLC具有大致超过106V/cm范围内的介电强度。光学特性在玻璃上1μm厚度的DLC膜在透射中看来呈现暗褐色。该颜色来自于对光谱中蓝光的高吸收和对红光的低吸收。DLC涂层可用在散热件上，但是这种应用受到固体/固体传热、也就是说在散热件底座和电子元件间的传热增加的限制。优选利用高的传热导层(DLC)代替铝质散热片的氧化层以减少传热中的整体阻力，也就是说，铝质散热片(薄板)能够更有效地向空气散热。DLC涂层还具有以下的其它应用纺织品用于机械织布机、导纱器(陶瓷、镀铬、钢)的钢筘、梭子、综片、针，以提高摩擦，以及在所有的纺织生产中用于替换铬；化学小型泵活塞、套环、齿轮泵部件、轴承；塑料和玻璃压模；汽车离合器活塞、离合器环、用于替换铬的部件；阀门在软座阀上用于干式润滑的球阀；外科手术工具，制造机械和窗户/玻璃涂层。本专利技术还涉及用于在衬底上沉积非晶质碳薄层的方法，所述层硬度至少为2000Kg/mm2，电阻率至少为108ohm cm，介电强度至少为106V/cm；该方法包括步骤准备等离子体气相沉积室；在约10-2到10-5mbar(优选是10-3到10-4mbar之间)压强范围内将含气体的碳送入室内；提供至少1KV的电压(RF)在点燃气体后自我维持辉光放电；在室内将来自气体中的非晶质碳沉积到衬底上，并从室中移出上涂过的衬底。优选实施例的描述该图是用于DLC上涂的上涂系统。具体来说，用于DLC薄层沉积的上涂系统是涉及到烃气(或者极易挥发的烃类溶剂)的分解的等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。附图显示了PECVD的概图。该系统由带有真空汞系统4的真空室2、复合气体歧管6和RF功率产生器8组成。当在优选的压强范围10-3-10-4mbar中引入气体，并施加一到数千的RF电压时，可点燃自我维持的辉光放电。采用直流电源时，较小电极(smaller electrode)通常连接到负极端子10上。在该电极10和等离子体12之间，形成了具有主电位差的黑色区域，等离子体具有接近阳极的电位。因此负极被高能量离子所轰击。如果绝缘层形成于阴极之上(如在DLC情景中)，则一般不能使用直流电源。由于离子和电子不同的迁移率，带RF的较小电极会充负电荷。对于周期期间的净零电流而言，较小电极在周期期间平均起来会变得充负电荷，且可又一次被能量离子轰击。采用含有碳的运载气体，可将氢或一些卤素离子化，使固体膜沉积在电极上，这就是PECVD过程。采用离子轰击成长膜，可能会带来亚稳态的、大多是PECVD层的非晶质结构。由于较弱结合的原子会被重新溅镀，因此层是密实而坚硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一热交换器包括散热件，所述散热件具有沉积于其延伸表面上的非晶质碳涂层，所述非晶质碳涂层具有至少２０００Ｋｇ／ｍｍ↑［２］的硬度，至少１０↑［８］ｏｈｍｃｍ的电阻率，以及至少１０↑［６］Ｖ／ｃｍ的介电强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MW布拉德利，
申请(专利权)人：普莱克斯ST技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]