热传递涂层制造技术

本发明专利技术公开一种热传递涂层，该涂层包括多个金属体和多个间隙元件，所述多个间隙元件设置在所述多个金属体之间并且将它们相互连接。所述金属体包括包含第一金属的内部部分和包含合金的外部部分，所述合金包含所述第一金属和第二金属。所述间隙元件包括所述外部部分的所述合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及热传递涂层。更具体地讲，本专利技术涉及多孔金属 涂层以及制造和使用所述涂层的方法。
技术介绍
一种用于散热元件的冷却系统，其包括可蒸发或可沸腾的流体。 然后使用外部装置把所产生的蒸汽冷凝并且被返回锅炉。为了改善锅 炉处的流体的热传递性能，可使用多孔沸腾表面。可用的多孔沸腾表面有多种，包括，例如，通过火焰或等离子喷 涂而制成的涂层。但使用这些工艺可能难于控制孔隙度和均匀地涂布 三维基底。其它已知的涂层包括与有机粘结剂结合的传导颗粒。这些 涂层通常具有较差的整体热导率，因此需要精确的厚度控制，而所述 厚度控制在具有三维表面的基底上难以实现。随着集成电路和其它散热电子器件变得更加强效和紧致，就需要 增大从这些散热元件散热的热传递速率。因此，对于具有高热传递系 数的多孔沸腾表面的开发存在着持续的需求。此外，对于可容易地应 用于制造工艺的廉价的多孔沸腾表面也存在着持续的需求。
技术实现思路
本专利技术整体涉及热传递涂层。更具体地讲，本专利技术涉及多孔金属 涂层以及制造和使用所述涂层的方法。此类涂层可用来制造用于冷却 器件(诸如制冷系统和电子冷却系统)的蒸发器。此类涂层可用于单 相或两相热传递系统中。在一些实施例中，该涂层被应用于热虹吸器 的锅炉，所述热虹吸器用来冷却集成电路，例如，微处理器。在一个方面，本公开提供一种热传递涂层，所述涂层包含多个金 属体和多个间隙元件，所述间隙元件设置在多个金属体之间并将它们相互连接。金属体包括内部部分和外部部分，所述内部部分包含选 自由下列金属组成的组的第一金属铝、铜、银、以及它们的合金； 所述外部部分包含合金，所述合金包含第一金属和选自由下列金属组 成的组的第二金属铜、银、和镁。间隙元件包括外部部分的合金， 并且热传递涂层具有至少10%的有效孔隙度。在一些实施例中，第一金属包括铜，第二金属包括银，并且间隙 元件包括银和铜的合金。在其它实施例中，第一金属包括铝，第二金 属包括镁，并且间隙元件包括铝和镁的合金。在一些方面，金属体在它们的内部部分中包括金刚石。除了第一 金属之外，这些金刚石还可用中间涂层涂布，所述中间涂层包含选自 由下列元素组成的组的碳化物形成物铬、钴、锰、钼、镍、硅、钽、 钛、钨、钒、锆、以及它们的合金。在另一方面，本公开提供用于形成热传递涂层的方法。这些方法 包括提供具有外表面的散热基底，以及将含有可热移除的粘结剂和多个金属体的组合物沉积到该散热基底上。金属体包括内部部分和外 部部分，所述内部部分包含具有熔融温度为Tmpl的第一金属；所述外 部部分包含具有熔融温度为Tmp2的第二金属。然后将该组合物加热至 小于Tmpl和Tmp2的温度，以形成包含第一金属和第二金属的合金， 所述合金将所述多个金属体相互粘结并且粘结到散热基底上。此工艺 称之为等温再凝固。在另一方面，提供用于使用本公开的热传递涂层来冷却散热器件 的方法。在本公开的上下文中术语"有效孔隙度"是指某个本体中互连的孔体积或空隙空间， 其促成基体中的流体流动或渗透性。有效孔隙度不包括可能存在于基 体中的个别分离的孔。术语"单元密度"是指每一规定体积中的指定单元的数量。例如， 如果如本公开所述的多孔基体包括100个金属体并且占据1立方厘 米的体积，则这些金属体的单元密度将为100个金属体/立方厘米。术语"纵横比"是指三维体的最长尺寸(即，"总长度")和正 交于该总长度尺寸的最长尺寸(即，"总宽度")的比率。术语"基本球形"是指具有介于约1和1.5之间的纵横比和大 致球形形状的三维体。术语"三维表面"是指具有凸起部分和凹陷部分的表面，所述部 分具有至少0.1毫米的高度差。从凹陷部分到凸起部分的过渡可为逐 渐的或陡然的。例如，图1中的锅炉10包括三维表面，所述三维表面具有由翅片20形成的凹陷部分和凸起部分之间的较陡然的过渡。本公开的上述
技术实现思路
不旨在描述本公开的热传递涂层的每一种 具体实施的每个公开实施例。其后的附图和具体实施方式会更具体地 说明示例性实施例。按端点的数字范围列举包括了该范围内的所有数字(例如，1至IJ 5包含1、 1.5、 2、 2.75、 3、 4、 4.80、禾P 5)。附图说明图1为具有本公开的热传递涂层的锅炉的透视图2A为用来制造本公开的热传递涂层的两个示例性前体金属体 的侧视图2B为图2A所示的两个示例性前体金属体的剖视图；图2C为图2A所示的两个示例性金属体的侧视图，其中已使用 本公开的方法形成了间隙元件以将这两个金属体连接在一起；图3为本公开的示例性热传递涂层的一部分的示例性透视图；以及图4为包含带涂层的金刚石的示例性前体金属体的剖视图；以及 图5至7为表示示例性实施例的实验结果的坐标图。这些图是理想化的，未按比例绘制，旨在仅作为本公开的热传递 涂层的示例，并且它们是非限制性的。具体实施例方式图1为具有本公开的热传递涂层30的锅炉10的透视图。如图 1所示，热传递涂层可施加到具有三维表面的锅炉10上。该三维表 面可包括一系列突出(诸如翅片20)，或包括其它可增大该锅炉的表 面积的结构体。图2A至2C示出形成本公开的热传递涂层的序列方式。这些图 为表示结合在一起的两个示例性前体金属体的简化示图。本公开的热 传递涂层通常由大量的前体金属体形成，所述金属体在三维多孔基体 中结合在一起。图2A为用来制造本公开的热传递涂层的两个示例性前体金属体 的侧视图。如图2A所示，前体金属体200、 200'可为约相同的尺寸。 在其它实施例中，这些前体金属体可具有不同的尺寸。前体金属体可 为基本球形，如图2A所示。可用于制造根据本公开所述的涂层的前体金属体通常具有至少1 微米的平均直径。在一些实施例中，前体金属体具有至少5微米的平 均直径。在另一些实施例中，前体金属体具有至少10微米的平均直 径。可用于制造根据本公开所述的涂层的前体金属体通常具有不大于1,000微米的平均直径。在一些实施例中，前体金属体具有不大于500 微米的平均直径。在另一些实施例中，前体金属体具有不大于50微 米的平均直径。一些实施例使用具有处在1至2范围内的纵横比的前体金属 体。在其它实施例中，前体金属体为椭圆形的并具有大于1.5的纵横 比。在另一些实施例中，前体金属体可为多面体(例如，立方八面体) 或其它无规形状的金属体，包括，例如，薄片、小片、纤维、板、圆 柱体、和针状体。如果前体金属体为非球形的，则金属体的"直径" 是指每个金属体中的最小轴的尺寸，并且"平均直径"是指该组群中 的各个金属体直径(即，每个金属体中的最小轴的尺寸)的平均值。图2B为图2A所示的两个示例性前体金属体200、 200'的剖 视图。如图2B所示，每个前体金属体均包括内部部分250、 250'和 外部部分240、 240'。在一些实施例中，内部部分250、 250'包含 选自由下列组成的组的金属铝、铜、银、以及它们的合金。在一些 实施例中，外部部分240、 240'包含选自由下列金属组成的组的金属 铜、银、镁、以及它们的合金。在另一些实施例中，内部部分包括具 有熔融温度为Tmpl的金属，外部部分包括具有熔融温度为Tmp2的金 属，并且在加热至小于Tmpl或Tmp2的温度时，形成包含内部部分和 外部部分的金属的合金。在一些实施例中，前体金属体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热传递涂层，包括：　　　　多个金属体，其包括内部部分和外部部分，所述内部部分包含选自由下列金属组成的组的第一金属：铝、铜、银、以及它们的合金；所述外部部分包括含有第一金属和第二金属的合金，所述第二金属选自由下列金属组成的组：铜、银、和镁，其中所述第一金属和所述第二金属不相同；和　　　　多个间隙元件，其设置在所述多个金属体之间并且将它们相互连接，所述间隙元件包括所述外部部分的所述合金；　　　　其中所述热传递涂层具有至少１０％的有效孔隙度。

【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：菲利普E图玛，加里M帕尔姆格伦，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]