一種低熔點金屬合金導熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低熔點金屬合金導熱材料及其制備方法，其由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成Pb：21?36.5份；In10?36.5份；Sn21?32份；Bi45?63份；Zn0.8?1.5份；Ga0.01?0.5份。該制備方法依次包括以下工藝步驟：1)混合：選取Pb、In、Sn、Bi、Zn和Ga的粉末，按所述的配方比例混合均勻；2)將粉末放入真空加熱爐中，將加熱爐抽真空到0.5?2Torr的氣壓；然后將加熱爐升溫到650?750攝氏度；之后保持650?750攝氏度1個小時；3)冷卻：最后關閉加熱電源，使其自然冷卻到室溫，即得低熔點金屬合金導熱材料。本發(fā)明的導熱材料具有熔點低、導熱效率好和成本低的特點。
【專利說明】
一種低熔點金屬合金導熱材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種合金材料及其制備方法，具體涉及一種低熔點金屬合金導熱材料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，微電子技術迅速發(fā)展使得電子芯片總功率密度大幅增大，熱流密度也隨之 增加。散熱好壞會嚴重影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性以及硬件壽命?；陲L冷，水冷和熱管的傳統(tǒng)散熱 技術已經無法滿足高性能芯片急速發(fā)展的需要。較為新穎的散熱技術，例如微通道，熱電制 冷和相變等，在一定程度上提高了散熱效率。但是隨著高功率密度器件大規(guī)模應用，這些散 熱技術也日漸趨近極限。芯片技術對高性能散熱方法提出了前所未有的迫切需求，使得超 高熱流密度芯片散熱一直是國際上異?；钴S的研究領域。芯片在很多情況下都是通過導熱 硅膠連接芯片表面和散熱器模組進行熱量散發(fā)。制作再精良散熱器和芯片等發(fā)熱體接觸難 免都有空隙，而縫隙之間的空氣是熱的不良導體。導熱硅膠的作用在于利用其流動性來填 充熱源與散熱器表面之間縫隙，使它們能更充分接觸來達到加速傳熱的目的。但是，由于硅 膠在空氣中長期放置容易老化，且其極低的熱導率是整個系統(tǒng)的散熱瓶頸。
[0003] CN 103509987A公開了一種低熔點金屬合金導熱材料及其制備方法，其由按質量 百分比計的以下組分制備而成：In50-56.5%;Snll .0-16.5% ;Bi31-37%;Zn0-0.5%。所述 的低熔點金屬合金導熱材料的熔點為57-63攝氏度。但是該導熱材料的導熱性能還有待進 一步提尚。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的第一個目的是在于提供一種低熔點金屬合金導熱 材料，該導熱材料具有熔點低、導熱效率好和成本低的特點。
[0005] 本發(fā)明的第二個目的是為了提供一種低熔點金屬合金導熱材料的制備方法。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：
[0007] -種低熔點金屬合金導熱材料，其由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 21-36.5 份 In 10-36.5 份 Sn 21-32 份
[0008] Bi 45-63 份 Zn 0J-1.5 份 Ga 0.01-0.5 汾。
[0009]優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料的熔點為58-68攝氏度，如59攝氏度、60 攝氏度、61攝氏度、62攝氏度、63攝氏度、64攝氏度、65攝氏度、66攝氏度或67攝氏度等。 [0010]優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 22-35 份 In 12-37 份 Sn 22-30 份
[0011] Β? 46-60 份 Zn 0.9-1.3 份 Ga 0.05-0.1 份。
[0012] 優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 25-33 份 In 15-30 份 So 23-28 份
[0013] Bi 50-58 份 Zn 1.0-1.2 份 Ga 0.06-0.09 份。
[0014] 優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 28-32 份 In 18-28 份 Sn 25-28 份
[0015] Bi 52-56 份 Zn 1.0-U 份 Ga 0.07-0.09 份。
[0016] 優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 24 份 In 1:5 份
[0017] Sn 28 份 Bi 50 份 Zn U份
[0018] Ga 0.07 份。
[0019] 優(yōu)選的，所述的低熔點金屬合金導熱材料由按質量份數(shù)計的以下組分制備而成： Pb 29 份 In 25 份 Sn 27 份
[0020] Bi 54 份 Zn 1.1 份 Ga _份。
[0021 ]實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的可以通過采取如下技術方案達到：
[0022] -種低熔點金屬合金導熱材料的制備方法，其依次包括以下工藝步驟：
[0023] 1)混合:選取配方量的Pb、In、Sn、Bi、Zn和Ga的粉末，混合均勻；
[0024] 2)真空加熱爐加熱:將混合均勻后的粉末盛入坩堝中，再放入真空加熱爐中，將加 熱爐抽真空到0.5-2Torr的氣壓;然后將加熱爐升溫到650-750攝氏度;之后保持650-750攝 氏度1個小時；
[0025] 3)冷卻：最后關閉加熱電源，使其自然冷卻到室溫，即得低熔點金屬合金導熱材 料。
[0026] 步驟2)中的氣壓可為0 · 6Torr、0 · 8Torr、1 · OTorr、1 · 2Torr、1 · 4Torr、1 · 5Torr或 1.8Torr等，所述加熱爐升溫的溫度可為670攝氏度、680攝氏度、710攝氏度、720攝氏度或 730攝氏度等。
[0027] 優(yōu)選的，在步驟2)中，加熱爐升溫到650-750攝氏度耗時0.5-1.5個小時，如0.8小 時、0.9小時、1.0小時、1.1小時、1.2小時或1.4小時等。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于：
[0029] 1、本發(fā)明所述的合金的熔點為58-68攝氏度。因此，此合金在常溫下為固態(tài)。為方 便使用，可以乳制成片狀。如將此合金粘附與計算機處理器和散熱風扇之間，在通常工作溫 度(>70攝氏度)下合金將融化為液態(tài)，因此我們稱其為液態(tài)合金。
[0030] 2、本發(fā)明所述的合金在液態(tài)情況下具有較高的熱導率。經過測量，在溫度為80攝 氏度時，其導熱率為90-110W/mK。與常見的導熱硅膠的導熱率l-5W/mK相比，性能有了數(shù)十 倍的提高。
[0031] 3、本發(fā)明的配方是
【申請人】通過長期對材料相圖分析和制備的摸索才最終得到，采 用該配方的合金材料的相關導熱和熱穩(wěn)定性能非常優(yōu)異，通過控制冷卻溫度可以制備成液 態(tài)，膏狀和片狀，工作溫度可以降低到55°C左右。本產品不僅可以用于高性能服務器，臺式 機，筆記本，工控機和通訊基站的芯片熱管理，而且在先進能源領域(工業(yè)余熱利用，太陽能 發(fā)電，聚焦光電池冷卻，燃料電池等），航空熱控領域，電池冷卻，光電器件領域(如投影儀， 功率電子設備等），LED照明領域，微納電子機械系統(tǒng)，生物芯片以及電動汽車等諸多關鍵領 域扮演著不可或缺的角色?？紤]到方興未艾的云計算技術對高端散熱的需求，本產品還可 以拓展出更多的廣闊應用領域。
【具體實施方式】
[0032]下面，結合【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述：
[0033]下述組分按質量份數(shù)計。
[0034] 實施例1:
[0035] -種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù)計的以下組分制備而 成:Pb(鉛)21 份；In(銦）10份;Sn(錫)21 份;Bi (鉍)45份;Zn(鋅)0.8份;Ga(鎵)0.01 份。該合 金材料的熔點為58攝氏度。
[0036] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為92W/mK。
[0037] -種低熔點金屬合金導熱材料的制備方法，其依次包括以下工藝步驟：
[0038] 1)混合:選取配方量的Pb、In、Sn、Bi、Zn和Ga的粉末，混合均勻；
[0039] 2)真空加熱爐加熱:將混合均勻后的粉末盛入坩堝中，再放入真空加熱爐中，將加 熱爐抽真空到0.5-2T〇rr的氣壓;然后將加熱爐升溫到650-750攝氏度，耗時1個小時；之后 保持650-750攝氏度1個小時；
[0040] 3)冷卻:最后關閉加熱電源，使其自然冷卻到室溫，冷卻時間為2.5小時，即得低熔 點金屬合金導熱材料。
[0041 ] 實施例2:
[0042]本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛）36.5份；In(銦）36.5份;Sn(錫）32份;Bi (鉍)63份;Zn(鋅） 1.5份;Ga (鎵)0.5份。該合金材料的熔點為63攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0043] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為90W/mK。
[0044] 實施例3:
[0045]本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)22份;In(銦)37份;Sn(錫)22份;Bi(鉍)60份;Zn(鋅)0.9份； Ga (鎵)0.1份。該合金材料的熔點為61攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0046] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為95W/mK。
[0047] 實施例4:
[0048] 本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)35份;In(銦）12份;Sn(錫)30份;Bi (鉍)46份;Zn(鋅）1.3份； Ga (鎵)0.05份。該合金材料的熔點為60攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0049] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為98W/mK。
[0050] 實施例5:
[0051]本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)25份;In(銦)30份;Sn(錫)23份;Bi (鉍)58份;Zn(鋅）1.0份； Ga (鎵)0.09份。該合金材料的熔點為68攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0052] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為100W/mK。
[0053] 實施例6
[0054]本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)24份;In(銦）15份;Sn(錫)28份;Bi (鉍)50份;Zn(鋅）1.1份； Ga (鎵)0.07份。該合金材料的熔點為65攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0055] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為110W/mK。
[0056] 實施例7
[0057]本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)29份;In(銦)25份;Sn(錫)27份;Bi (鉍)54份;Zn(鋅）1.1份； Ga (鎵)0.08份。該合金材料的熔點為62攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0058] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為105W/mK。
[0059] 實施例8
[0060] 本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)33份;In(銦）15份;Sn(錫)28份;Bi (鉍)50份;Zn(鋅）1.2份； Ga (鎵)0.06份。該合金材料的熔點為65攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0061] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為102W/mK。
[0062] 實施例9
[0063] 本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)28份;In(銦)28份;Sn(錫)25份;Bi (鉍)56份;Zn(鋅）1.0份； Ga (鎵)0.09份。該合金材料的熔點為65攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0064] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為100W/mK。
[0065] 實施例10
[0066] 本實施例的特點是:一種低熔點金屬合金導熱材料，其特征在于其由按質量份數(shù) 計的以下組分制備而成:Pb(鉛)32份;In(銦）18份;Sn(錫)28份;Bi (鉍)52份;Zn(鋅）1.1份； Ga (鎵)0.07份。該合金材料的熔點為58攝氏度。其他與具體實施例1相同。
[0067] 經過測量，在溫度為80攝氏度時，其導熱率為103W/mK。
[0068]溫度測試:1、采用表1所述的測試系統(tǒng)進行溫度測試。
[0069] 表1測試系統(tǒng)配置表
[0070]
[0071]
[0072] 在臺式機的CPU的表面涂覆現(xiàn)有技術中的硅膠，進行溫度測試。在臺式機的CPU的 表面設置本發(fā)明所述實施例1-10中的低熔點金屬合金導熱材料，進行溫度測試，測試結果 見表2。
[0073] 表2CPU測試溫度對比表
[0074]
1234 從表1可以看出，采用本發(fā)明實施例的合金導熱材料，運行IntelBurn Test時CPU 的峰值溫度減低了 17°C以上。 2
[0076] 3、在臺式機的顯卡的表面涂覆現(xiàn)有技術中的硅膠，進行溫度測試。在臺式機的顯 3 卡的表面設置本發(fā)明所述實施例中的低熔點金屬合金導熱材料，進行溫度測試，測試結果 見表3。 4
[0077] 表3顯卡測試溫度對比表
[0078]
123 從表3可以看出，采用本發(fā)明實施例的合金導熱材料，運行FurMark時顯卡的溫度 減低了 15°C以上。 2 對于本領域的技術人員來說，可根據(jù)以上描述的技術方案以及構思，做出其它各 種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范 圍之內。 3
【申請人】聲明，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局 限于此，所屬技術領域的技術人員應該明了，任何屬于本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭 露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內。
【主權項】
1. 一種低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于，所述材料按質量份數(shù)由W下組分制備 而成： 抓 21-36.5 份 ：[打 10-36.5 份 細 別-32份 Bi 45-63 份 Zn 0.8-1.5 份 Ga 0.0 ?-0.5 份。2. 根據(jù)權利要求1所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于:所述的低烙點金屬合 金導熱材料的烙點為58-68攝氏度。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于：由按質量份數(shù)計 的W下組分制備而成： Pb 22-35 份 In 12-37 份 姑 22-30份 巧 46-60份 Zn 化9-1.3 汾 拉a 化05-0.1份。4. 根據(jù)權利要求1-3之一所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于：由按質量份數(shù) 計的W下組分制備而成： Pb 25-巧撥 虹 15-30份 姑 23-28份 執(zhí) 50-58份 Zn 1.0-1.2 份 Ga 0.06-0.09 ?分。5. 根據(jù)權利要求1-4之一所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于：由按質量份數(shù) 計的w下組分制備而成： Pb 28-3:2 粉 In 18-28 份 姑 25-28份 Bi 52-56 Zn 1.0-1.1 份 G貧 化的-0.09份。6. 根據(jù)權利要求1-5之一所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于：由按質量份數(shù) 計的W下組分制備而成： Ph 24 份 In 15 份 Sn 28 份 技1 50份 Zn 1.1 份 頗 0.07份。7. 根據(jù)權利要求1-6之一所述的低烙點金屬合金導熱材料，其特征在于：由按質量份數(shù) 計的W下組分制備而成： 抓 29份 In 25 份 Sn 27 份 Bi 54 份 Zn 1.1 化 說 0.08豁。8. 根據(jù)權利要求1-7之一所述的低烙點金屬合金導熱材料的制備方法，其特征在于，依 次包括W下工藝步驟： 1) 混合:選取配方量的化、In、Sn、Bi、化和Ga的粉末，混合均勻； 2) 真空加熱爐加熱:將混合均勻后的粉末盛入相蝸中，再放入真空加熱爐中，將加熱爐 抽真空到〇.5-2Torr的氣壓;然后將加熱爐升溫到650-750攝氏度;之后保持650-750攝氏度 1個小時； 3)冷卻:最后關閉加熱電源，使其自然冷卻到室溫，即得低烙點金屬合金導熱材料。9.根據(jù)權利要求8所述的低烙點金屬合金導熱材料的制備方法，其特征在于:在步驟2) 中，加熱爐升溫到650-750攝氏度耗時0.5-1.5個小時。
【文檔編號】C22C1/04GK105838919SQ201610299522
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】徐德生
【申請人】無錫市嘉邦電力管道廠