一種復(fù)合陶瓷散熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合陶瓷散熱材料及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：1)按照重量百分比將60～80份氧化鋁陶瓷粉、10～30份金屬鋁粉和2～10份黏土均勻混合；2)將混合后的原料通過模具采用壓力成型的方法制成材料生坯；3)將材料生胚放入預(yù)熱箱中進(jìn)行分兩段預(yù)熱；4)將預(yù)熱后的材料生坯在700～900℃的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)2.5～3小時(shí)；5)將燒結(jié)后的散熱材料進(jìn)行分兩段降溫退火。本發(fā)明提供的復(fù)合陶瓷散熱材料具有較高的導(dǎo)熱率，同時(shí)散熱材料的表面具有良好的絕緣性能。
【專利說明】一種復(fù)合陶瓷散熱材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種復(fù)合陶瓷散熱材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微電子技術(shù)的發(fā)展使得電子產(chǎn)品的功率逐漸增大，隨之而來的便是電子產(chǎn)品的散熱問題，散熱性能的優(yōu)劣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和硬件的壽命，以LED為例，如果溫度上升2°C則芯片的性能會(huì)下降5%，使用壽命也會(huì)下降10%。
[0003]現(xiàn)有的LED散熱材料主要有金屬鋁及鋁合金、氧化鋁陶瓷、導(dǎo)熱塑料等。鋁及鋁合金導(dǎo)熱率高，但散熱性能不如氧化鋁陶瓷和導(dǎo)熱塑料，而且鋁及鋁合金是電的良導(dǎo)體，作為L(zhǎng)ED散熱器有一定的安全隱患；而陶瓷和導(dǎo)熱塑料散熱性能良好，絕緣不導(dǎo)電，但導(dǎo)熱率又太低，無法滿足大功率LED的散熱要求，同時(shí)無論純陶瓷材料還是鋁合金材料，在散熱器制備過程中能耗均較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述問題，本發(fā)明目的是提供一種復(fù)合陶瓷散熱材料，該散熱材料為陶瓷和鋁的復(fù)合材料，具有較高的導(dǎo)熱率同時(shí)還具有良好的絕緣性能和散熱性能。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法。
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0007]一種復(fù)合陶瓷散熱材料，所述散熱材料為陶瓷和鋁的復(fù)合材料，所述散熱材料燒結(jié)前原料按重量百分比由60?80份氧化鋁陶瓷粉、10?30份金屬鋁粉及2?10份黏土組成；所述散熱材料燒結(jié)后分為材料主體和材料表面兩個(gè)部分，所述材料主體為氧化鋁陶瓷顆粒和金屬鋁顆粒的混合體，所述材料表面為氧化鋁陶瓷和氧化鋁復(fù)合層。
[0008]作為總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0009](I)原料粉末混合，按照重量百分比將60?80份氧化鋁陶瓷粉、10?30份金屬鋁粉和2?10份黏土均勻混合；
[0010](2)材料成型，通過模具采用壓力成型的方法制成材料生坯，所述材料生胚為具有內(nèi)腔的散熱器形狀；
[0011](3)預(yù)熱，將材料生胚放入預(yù)熱箱中在材料生胚內(nèi)腔用細(xì)陶瓷粉填充，而在材料生胚的外部覆蓋陶瓷顆粒，進(jìn)行分段預(yù)熱至450?550°C，第一階段從室溫預(yù)熱至260°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，第二階段加熱至最終溫度，預(yù)熱時(shí)間為0.5?I小時(shí)；
[0012](4)燒結(jié)，將預(yù)熱后的材料生坯在700?900°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為2.5?3小時(shí)；
[0013](5)退火，將燒結(jié)后的散熱材料進(jìn)行分段降溫，第一階段降溫至500°C，退火時(shí)間為2小時(shí)，第二階段將至室溫，退火時(shí)間為I?3小時(shí)。
[0014]上述的制備方法中，所述步驟(2)中散熱材料的形狀為板狀、筒狀、多孔狀、柵欄狀、鰭片狀或太陽花狀中的一種。
[0015]上述的制備方法中，所述步驟(3)中分段預(yù)熱的最終溫度為500°C。
[0016]上述的制備方法中，所述步驟⑷中燒結(jié)溫度為800°C。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]采用本發(fā)明的技術(shù)方案，該散熱材料主體為氧化鋁陶瓷和金屬鋁的混合體，金屬鋁的存在使得其具有較高的導(dǎo)熱率，同時(shí)散熱材料的表面為氧化鋁陶瓷和氧化鋁復(fù)合層，使得散熱材料具有良好的導(dǎo)熱率和絕緣性能；將本發(fā)明的散熱材料用于大功率LED、CPU及電子產(chǎn)品，可提高大功率LED、CPU及電子產(chǎn)品的工作性能和使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明一種復(fù)合陶瓷散熱材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]其中，1、金屬鋁顆粒；2、氧化鋁陶瓷顆粒；3、氧化鋁陶瓷和氧化鋁復(fù)合層。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0023]實(shí)施例1
[0024]按照重量百分比將原料60份氧化鋁陶瓷粉、30份金屬鋁粉和10份黏土均勻混合；根據(jù)實(shí)際使用需要選用模具，將混合后的原料放置在模具中采用壓力成型的方法制成材料生胚，該材料生胚為具有內(nèi)腔的散熱器形狀，其形狀可為板狀、筒狀、多孔狀、柵欄狀、鰭片狀或太陽花狀，本實(shí)施例選用板狀；將材料生胚放入預(yù)熱箱中，在材料生胚內(nèi)腔用細(xì)陶瓷粉填充而在材料生胚的外部覆蓋陶瓷顆粒，內(nèi)腔用細(xì)陶瓷粉填充可一定程度上防止氧化，夕卜部用陶瓷顆粒填充可保證表面有效氧化。
[0025]分兩段進(jìn)行預(yù)熱，第一階段從室溫預(yù)熱到260°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，第二階段從260°C預(yù)熱到450°C，預(yù)熱時(shí)間0.5小時(shí)；然后將預(yù)熱后的材料生胚在700°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)2.5小時(shí)，將散熱材料表面的金屬鋁氧化為氧化鋁，那么散熱材料表面即為氧化鋁陶瓷和氧化鋁的復(fù)合層，具有良好的絕緣性能，最后將燒結(jié)后的散熱材料分兩段退火，第一階段降溫至500°C，退火時(shí)間為2小時(shí)，第二階段從500°C降至室溫，退火時(shí)間為I小時(shí)。
[0026]參見圖1，上述退火后的散熱材料在結(jié)構(gòu)上分為材料主體和材料表面，材料主體為氧化鋁陶瓷顆粒2和金屬鋁顆粒I的混合體，金屬鋁顆粒I摻雜在氧化鋁陶瓷顆粒2中使得氧化鋁陶瓷具有更高的導(dǎo)熱性能，而材料表面為氧化鋁陶瓷和氧化鋁復(fù)合層3，其使得散熱材料的表面具有良好的絕緣性能和散熱性能。
[0027]測(cè)試實(shí)驗(yàn)，將散熱材料放置在80°C的恒溫槽中，經(jīng)測(cè)試散熱材料由30°C加熱到80°C需要約25秒；然后將散熱材料放置在30°C的恒溫槽中，經(jīng)測(cè)試該散熱材料由80°C下降到30°C需要約25秒。經(jīng)測(cè)試此散熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)約為55W/m.K,散熱材料的表面電阻值大于1M Ω。
[0028]實(shí)施例2
[0029]本實(shí)施例與實(shí)施例1相近，不同之處在于，原料為75份氧化鋁陶瓷粉、20份金屬鋁粉和5份黏土，分段預(yù)熱第二階段從260°C預(yù)熱到500°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，然后將預(yù)熱后的材料生胚在800°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)2.5小時(shí)，退火階段的第二階段的退火時(shí)間為3小時(shí)。本實(shí)施例中散熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)約為35W/m.K，散熱材料的表面電阻值大于1M Ω。
[0030]實(shí)施例3
[0031 ] 本實(shí)施例與實(shí)施例1相近，不同之處在于，原料為80份氧化鋁陶瓷粉、10份金屬鋁粉和10份黏土，分段預(yù)熱第二階段從260°C預(yù)熱到550°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，然后將預(yù)熱后的材料生胚在900°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)3小時(shí)，退火階段的第二階段的退火時(shí)間為2小時(shí)。本實(shí)施例中散熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)約為25W/m.K，散熱材料的表面電阻值大于1M Ω。
[0032]實(shí)施例4
[0033]本實(shí)施例與實(shí)施例1相近，不同之處在于，原料為78份氧化鋁陶瓷粉、20份金屬鋁粉和2份黏土，分段預(yù)熱第二階段從260°C預(yù)熱到550°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，然后將預(yù)熱后的材料生胚在800°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)2.5小時(shí)，退火階段的第二階段的退火時(shí)間為I小時(shí)。本實(shí)施例中散熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)約為35W/m.K，散熱材料的表面電阻值大于1M Ω。
[0034]由上述實(shí)施例可知，本發(fā)明的散熱材料具有較高的導(dǎo)熱率，同時(shí)散熱材料的表面具有良好的絕緣性能，可提高大功率LED、CPU及電子產(chǎn)品的工作性能和使用壽命，也可避免作為大功率電子器件散熱組件時(shí)的安全隱患。
[0035]上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合陶瓷散熱材料，其特征在于:所述散熱材料為陶瓷和鋁的復(fù)合材料，所述散熱材料燒結(jié)前原料按重量百分比由60?80份氧化鋁陶瓷粉、10?30份金屬鋁粉及2?10份黏土組成；所述散熱材料燒結(jié)后分為材料主體和材料表面兩個(gè)部分，所述材料主體為氧化鋁陶瓷顆粒和金屬鋁顆粒的混合體，所述材料表面為氧化鋁陶瓷和氧化鋁復(fù)合層。
2.一種復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)原料粉末混合，按照重量百分比將原料60?80份氧化鋁陶瓷粉、10?30份金屬鋁粉和2?10份黏土均勻混合； (2)材料成型，將混合后的原料通過模具采用壓力成型的方法制成材料生坯，所述材料生胚為具有內(nèi)腔的散熱器形狀； (3)預(yù)熱，將材料生胚放入預(yù)熱箱中在材料生胚內(nèi)腔用細(xì)陶瓷粉填充，而在材料生胚的外部覆蓋陶瓷顆粒，進(jìn)行分段預(yù)熱至450?550°C，第一階段從室溫預(yù)熱至260°C，預(yù)熱時(shí)間為I小時(shí)，第二階段加熱至最終溫度，預(yù)熱時(shí)間為0.5?I小時(shí)； (4)燒結(jié)，將預(yù)熱后的材料生坯在700?900°C的大氣環(huán)境條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為2.5?3小時(shí)； (5)退火，將燒結(jié)后的散熱材料進(jìn)行分段降溫，第一階段降溫至500°C，退火時(shí)間為2小時(shí)，第二階段將至室溫，退火時(shí)間為I?3小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中散熱材料的形狀為板狀、筒狀、多孔狀、柵欄狀、鰭片狀或太陽花狀中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中分段預(yù)熱的最終溫度為500°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合陶瓷散熱材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中燒結(jié)溫度為800°C。
【文檔編號(hào)】C22C29/12GK104148645SQ201410403282
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】高輝, 劉平 申請(qǐng)人:蘇州天澤新能源科技有限公司