【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含相变材料的轻质散热复合材料。
技术介绍
1、传统的机箱或电机壳体，通常是实心结构，太重，通过打孔或者做成空心结构可实现减重，但是损失了散热效果。专利cn201521032017.1采用铸铝替代钢的方式可减重，利用铝的热导率实现散热，但是铝的热导率有限。
2、因此，有必要开发新的轻质散热材料，在减重的基础上实现良好的散热效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种含相变材料的轻质散热复合材料，以解决现有技术中减重与散热难以兼顾的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种含相变材料的轻质散热复合材料，所述轻质散热复合材料包括具有空腔的外壳层、设置在外壳层空腔内的减重层以及连接所述外壳层与减重层的结合层；其中，所述外壳层为金属层，所述减重层为由导热泡沫材料内填充相变材料所得的相变导热复合材料，所述结合层为所述相变材料。
4、在本专利技术的轻质散热复合材料中，外壳层在外，为金属，主要作用是支撑；结合层在中间，作用是连接减重层和外壳层，由相变材料固液相变后实现自粘接，降低界面热阻；减重层在内，为导热材料，主要作用是降低整体密度和增加导热能力。
5、根据本专利技术的轻质散热复合材料，在一种实施方式中，所述导热泡沫材料为导热泡沫炭和/或泡沫铜；在一种实施方式中，优选地，所述导热泡沫炭密度0.02-1g/cm3，比如0.05、0.1、0.2、0.3或0.5g/cm3，热扩散系数大于20
6、在一种实施方式中，导热泡沫材料加工成与空腔一样大小的尺寸；导热泡沫材料可以是导热泡沫炭、泡沫铜中的一种或两种。在一种实施方式中，导热泡沫材料占整个轻质散热复合材料中的体积占比为30-80％；导热泡沫材料孔隙中的介质为相变材料。
7、在一种实施方式中，所述相变材料为石蜡、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸中的一种或多种。在一种实施方式中，制备所述相变导热复合材料时，将相变材料加热至液体状，在抽真空条件下将导热泡沫材料浸泡在相变材料液体中，进行相变材料的吸附填充，从而得到相变导热复合材料。
8、根据本专利技术的轻质散热复合材料，在一种实施方式中，所述减重层还进一步设有导热炭块；所述导热炭块在空腔内呈阵列分布，所述相变导热复合材料加工成与导热炭块阵列互补的结构以填充空腔。优选地，所述导热炭块密度1.7-2.0g/cm3，碳含量大于90％，水平方向热导率为300-600w/mk，垂直方向热导率为10～50w/mk。所述减重层为导热炭块与导热泡沫材料的组合时，由于导热泡沫材料密度低、可有效减重，导热炭块热导率高可增强导热，将两者结合时可在减重预导热上一举两得。
9、在一种实施方式中，加工所述减重层时，在所述相变导热复合材料块体打孔，使孔的形状和尺寸与所述导热炭块一致，将导热炭块置入所述相变导热复合材料，并加热使相变材料融化，使导热炭块与相变复导热合材料粘接成一体。为有效传递热量，设置导热炭块时，将水平方向热导率对应于碳块柱体的竖直方向设置，即顺应于碳块的热传递方向(也即温差最大的方向)，导热碳块可加工成圆柱，也可加工成方柱。
10、在本专利技术中，金属与相变导热复合材料进行复合得到轻质散热符合材料时，将相变导热复合材料放入外壳层金属空腔中，可采用焊接、法兰等方式对金属空腔进行密封。外壳层金属可以是铜、铝、不锈钢或合金，是有一定空腔的壳体。在一种实施方式中，外壳层在整个轻质散热复合材料中的体积占比为20-70％，也即所述外壳层的金属体积占外壳层总体积的20-70％，比如30％。
11、根据本专利技术的轻质散热复合材料，在一种实施方式中，所述导热泡沫材料为导热泡沫炭，所述导热泡沫炭的制备方法包括以下步骤：
12、(1)将沥青组分粉碎后与多孔石墨以及任选地导热增强材料进行干混以混合均匀，然后压制成型；
13、(2)将步骤(1)所得预成型料在常压下于450-700℃处理10min以上，得到成型材料；
14、(3)将步骤(2)所得的成型材料在常压下且保护气氛中选择900℃以上的温度进行高温处理，以得到泡沫炭材料；
15、其中，所述沥青组分为中间相沥青；所述预成型料中，多孔石墨质量占比30％-60％，中间相沥青质量占比40-70％，导热增强材料质量占比0-20％。
16、在步骤(1)中，将沥青组分粉碎后与多孔石墨以及任选地导热增强材料混合均匀。在一种实施方式中，将沥青组分粉碎后与多孔石墨以及任选地导热增强材料进行干混以混合均匀，比如在常温下进行干混混合。
17、在一种实施方式中，所述中间相沥青的中间相含量不小于60％，比如80％或100％；在一种实施方式中，所述中间相沥青的软化点为150-400℃，比如180、220、250、280、300、350或380℃，优选为200-360℃；在本专利技术中，所述中间相沥青在混合前进行了粉碎，以便充分混合，在一种实施方式中，所述中间相沥青在粉碎后，粒径目数不小于100目(泰勒标准筛)，优选不小于200目，例如200-1000目，比如300、500或800目，以有利于后续形成多级孔。
18、在本专利技术中，所述多孔石墨可以为石墨烯、膨胀石墨、高导热炭毡、泡沫石墨和碳纳米管中的一种或多种；在一种实施方式中，所述多孔石墨的蓬松度不小于100，优选不小于200，比如220、250、300、330或350；在一种实施方式中，所述多孔石墨优选为膨胀石墨和碳纳米管中的一种或多种，蓬松度优选为200-350，有利于中间相沥青的混合分散并产生更有利于填充相变材料的多级孔。
19、在本专利技术中，步骤(1)中多孔石墨当为多种组分的组合时，其蓬松度是指该多孔石墨组合物的平均蓬松度，即等于各组分的重量份与蓬松度乘积之和除以各组分的重量份之和，比如当多孔石墨由膨胀石墨和碳纳米管组成时，其蓬松度等于(z1*p1+z2p2)/(z1+z2)；其中，z1为膨胀石墨重量份、z2为碳纳米管重量份、p1为膨胀石墨的蓬松度、p2为碳纳米管蓬松度。
20、在步骤(1)中，将混合好的原料进行压制成型，得到预成型料，作为本专利技术后续处理的基础。在一种实施方式中，成型压力优选为3-20mpa，比如5、8、10、15或18mpa，有利于减少后续步骤的不利发泡影响。在本专利技术中，成型后，所述预成型料的密度可以为0.035-0.5g/cm3，比如0.04、0.05、0.1、0.2、0.4或0.45；成型时，保压时间可以为1-10min，比如2、5或8min。
21、在一种实施方式中，所述预成型料中多孔石墨质量占比40％-60％，比如42％、45％、50％、55％或58％，沥青材料质量占比30-45％，比如32％、35％、40％或43％、导热增强材料质量占比0-10％，比如2％、5％或8％。所述导热增强材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含相变材料的轻质散热复合材料，其特征在于，所述轻质散热复合材料包括具有空腔的外壳层、设置在外壳层空腔内的减重层以及连接所述外壳层与减重层的结合层；其中，所述外壳层为金属层，所述减重层为由导热泡沫材料内填充相变材料所得的相变导热复合材料，所述结合层为所述相变材料。
2.根据权利要求1所述的轻质散热复合材料，其特征在于，外壳层在整个轻质散热复合材料中的体积占比为20-70％；所述导热泡沫材料为导热泡沫炭和/或泡沫铜；所述相变材料为石蜡、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述轻质散热复合材料，其特征在于，制备所述相变导热复合材料时，将相变材料加热至液体状，在抽真空条件下将导热泡沫材料浸泡在相变材料液体中，进行相变材料的吸附填充，从而得到相变导热复合材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述减重层还进一步设有导热炭块；优选地，所述导热炭块在空腔内呈阵列分布，所述相变导热复合材料加工成与导热炭块阵列互补的结构以填充空腔；
5.根据权利要求4所述的轻质散热复合材料，
6.根据权利要求1-5中任一项所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述导热泡沫材料为导热泡沫炭，所述导热泡沫炭的制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述多孔石墨的蓬松度不小于100，优选为不小于200；所述多孔石墨为石墨烯、膨胀石墨、高导热炭毡、泡沫石墨和碳纳米管中的一种或多种，优选为膨胀石墨和碳纳米管中的一种或多种；
8.根据权利要求6或7所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述中间相沥青的中间相含量不小于60％，软化点为150-400℃，粒径目数不小于100目；优选地，所述中间相沥青的软化点为200-360℃，粒径目数为200-1000；
9.根据权利要求6-8中任一项所述的轻质散热复合材料，其特征在于，步骤(1)中，成型压力为3-20MPa，成型时间为1-10min；优选地，所述预成型料的密度为0.035-0.5g/cm3；
10.根据权利要求2-9中任一项所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述导热泡沫炭的密度0.05-0.4g/cm3；
...【技术特征摘要】
1.一种含相变材料的轻质散热复合材料，其特征在于，所述轻质散热复合材料包括具有空腔的外壳层、设置在外壳层空腔内的减重层以及连接所述外壳层与减重层的结合层；其中，所述外壳层为金属层，所述减重层为由导热泡沫材料内填充相变材料所得的相变导热复合材料，所述结合层为所述相变材料。
2.根据权利要求1所述的轻质散热复合材料，其特征在于，外壳层在整个轻质散热复合材料中的体积占比为20-70％；所述导热泡沫材料为导热泡沫炭和/或泡沫铜；所述相变材料为石蜡、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述轻质散热复合材料，其特征在于，制备所述相变导热复合材料时，将相变材料加热至液体状，在抽真空条件下将导热泡沫材料浸泡在相变材料液体中，进行相变材料的吸附填充，从而得到相变导热复合材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轻质散热复合材料，其特征在于，所述减重层还进一步设有导热炭块；优选地，所述导热炭块在空腔内呈阵列分布，所述相变导热复合材料加工成与导热炭块阵列互补的结构以填充空腔；
5.根据权利要求4所述的轻质散热复合材料，其特征在于，加工所述减重层时，在所述相变导热复合材料块体打孔，使孔的形状和尺寸与所...
【专利技术属性】
技术研发人员：段春婷，王宏飞，张小涛，刘均庆，梁文斌，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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