多孔陶瓷散熱片及制備方法
【專利摘要】一種多孔陶瓷散熱片及制備方法，其將具有高導(dǎo)熱性與高絕緣性且粒徑在20～100μm之間的金屬化合物至少混合有造孔劑與黏結(jié)劑，再經(jīng)由模制成生坯、干燥與燒制成型等工序所制備而成，所制備的多孔陶瓷散熱片的厚度較佳在0.5～2mm之間，該造孔劑乃于制備過程中被耗減消失而致使該多孔陶瓷散熱片形成有半徑在600～8000nm之間的微小孔道，進(jìn)而增大了該多孔陶瓷散熱片與空氣之間的接觸散熱面積，而所形成的微小孔道超過95％為通孔孔道，使得通孔孔道里的冷熱空氣能夠形成熱對流，實時將熱量傳送至該多孔陶瓷散熱片外面，讓該多孔陶瓷散熱片維持在一個較低的溫度下。本發(fā)明具有提升散熱性能及低成本的功效。
【專利說明】多孔陶瓷散熱片及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種多孔陶瓷散熱片及制備方法，尤指一種借由通孔孔道里的冷熱空氣所形成的熱對流進(jìn)而快速散熱的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上主要是以銅、鋁散熱器作為3C產(chǎn)品和LED產(chǎn)品的散熱基體，而欲利用銅、鋁的高熱導(dǎo)率達(dá)到快速散熱的功效；然而，銅、鋁本身為導(dǎo)體，通常必須再利用一絕緣層避免短路，但絕緣層熱導(dǎo)率僅0.2~0.5W/mK，嚴(yán)重影響銅、鋁散熱器的導(dǎo)熱和散熱效果，且有耐熱方面的問題。
[0003]次者，雖然已有一些陶瓷散熱片進(jìn)入市場，如氮化鋁陶瓷散熱片、碳化硅陶瓷散熱片和普通型95%氧化鋁陶瓷等；其中，盡管氮化鋁導(dǎo)熱系數(shù)非常高，可是價格昂貴，且吸潮后容易水解生成Al (OH) 3，致使氮化鋁陶瓷散熱片導(dǎo)熱率偏低，導(dǎo)熱性能得不到發(fā)揮；碳化硅陶瓷散熱片由于燒結(jié)困難，散熱性能無法滿足需求；普通型95%氧化鋁陶瓷可能因結(jié)構(gòu)致密致使散熱面積太低，或因微觀結(jié)構(gòu)不合理而降低了散熱性能，抑或是因為對微觀結(jié)構(gòu)和對流機制不甚了解，造成散熱效果無法達(dá)到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，而提供一種多孔陶瓷散熱片及制備方法，其具 有提升散熱性能及低成本的功效。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種多孔陶瓷散熱片，將粒徑在20~100 μ m之間具有高導(dǎo)熱性與高絕緣性的金屬化合物至少混合有造孔劑與黏結(jié)劑所制備而成，該造孔劑于制備過程中被耗減消失而致使該多孔陶瓷散熱片為層狀結(jié)構(gòu)的型態(tài)且形成有微小孔道，而該微小孔道為交錯連通的通孔孔道。
[0007]此外，該多孔陶瓷散熱片的厚度在0.5~2mm之間，該微小孔道的半徑在600~SOOOnm之間。又，該多孔陶瓷散熱片進(jìn)一步附著有導(dǎo)熱層，該導(dǎo)熱層的厚度在0.02~
0.08mm之間。另，該多孔陶瓷散熱片進(jìn)一步混合有助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑。再者，該金屬化合物選自氧化鋁、氮化鋁、二氧化娃或前述金屬化合物的組合；該造孔劑選自面粉、米粉、石油焦、淀粉、竹炭、木炭、糊精、鋸末、聚乙二醇、PMMA、PS、炭黑、小麥粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂、已發(fā)泡的發(fā)泡樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或前述造孔劑的組合；該黏結(jié)劑選自羥甲基纖維素鈉、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、硅酸鈉或前述黏結(jié)劑的組合；該助熔劑選自鈦酸四丁酯、正硅酸乙酯、氧化鈦或前述助熔劑的組合；該改性劑為聚乙烯醇；該增強劑為甲基纖維素；該分散劑選自聚乙烯醇、酚醛樹脂、發(fā)泡樹脂或前述分散劑的組合；該脫模劑為油酸；該絮凝劑選自硫酸鎂、硫酸銅或前述絮凝劑的組合；該消泡劑選自天然油脂、硅脂或前述消泡劑的組合；該可塑劑為鄰苯二甲酸鹽。[0008]本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片制備方法，包括下列步驟:a.采用金屬化合物為主要成分并與造孔劑混合成初始組合物；b.將黏結(jié)劑攪拌制成漿料；c.將經(jīng)過步驟a混合成的初始組合物與經(jīng)過步驟b攪拌制成的漿料混合攪拌制成漿團(tuán)；d.將經(jīng)過步驟c混合攪拌制成的漿團(tuán)擠壓模制，制成生坯；e.將經(jīng)過步驟d制成的生坯進(jìn)行干燥；以及f.將經(jīng)過步驟e干燥的生坯進(jìn)行燒制成型。
[0009]另者，進(jìn)一步將燒制成型的陶瓷散熱片鍍上一層導(dǎo)熱層。又，步驟b進(jìn)一步將助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑與黏結(jié)劑一起攪拌制成漿料。然而，步驟e是先常溫干燥3~9小時，再加溫至50~90°C干燥I~5小時。再者，步驟f是于300~1500°C的溫度范圍與氧具有6~18%體積的氧化氣氛條件下進(jìn)行，且以5~150°C /小時的速率進(jìn)行升溫，而當(dāng)燒制的氣氛溫度在700~1500°C的范圍內(nèi)，則借由造孔劑添加量進(jìn)一步控制坯體中心溫度與燒制的氣氛溫度的溫度差值在-180~+80°C的范圍內(nèi)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，其具有提升散熱性能及低成本的功效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0012]圖1是本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片的掃描式電子顯微鏡圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片制備方法的工序流程圖。
[0015]圖中標(biāo)號說明:
[0016]10多孔陶瓷散熱片
[0017]11微小孔道
[0018]12導(dǎo)熱層
【具體實施方式】
[0019]首先，請參閱「圖1」、「圖2」所示，本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片10，是將具有高導(dǎo)熱性與高絕緣性且粒徑在20~100 μ m之間的金屬化合物至少混合有造孔劑與黏結(jié)劑，再經(jīng)由模制成生坯、干燥與燒制成型等工序所制備而成，所制備的多孔陶瓷散熱片10的厚度較佳在0.5~2_之間，該造孔劑乃于制備過程中被耗減消失而致使該多孔陶瓷散熱片10形成有半徑在600~8000nm之間的微小孔道11，進(jìn)而增大了該多孔陶瓷散熱片10與空氣之間的接觸散熱面積；其中，所形成的微小孔道11超過95%為通孔孔道，使得通孔孔道里的冷熱空氣能夠形成熱對流，實時將熱量傳送至該多孔陶瓷散熱片10外面，讓該多孔陶瓷散熱片10維持在一個較低的溫度下；另，因金屬化合物間呈頸向(點狀)燒結(jié)的態(tài)樣，故該多孔陶瓷散熱片10為層狀結(jié)構(gòu)的型態(tài)且該微小孔道11為錯流結(jié)構(gòu)；又，該多孔陶瓷散熱片10進(jìn)一步附著有導(dǎo)熱層12，該導(dǎo)熱層12的厚度較佳在0.02~0.08mm之間。
[0020]接著，請參閱「圖3」所示，本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片制備方法，包括下列步驟:a.采用金屬化合物為主要成分并與造孔劑混合成初始組合物；b.將黏結(jié)劑攪拌制成漿料，甚至進(jìn)一步將助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑與黏結(jié)劑一起攪拌 制成漿料；c.將經(jīng)過步驟a混合成的初始組合物與經(jīng)過步驟b攪拌制成的漿料混合攪拌制成漿團(tuán)；d.將經(jīng)過步驟C混合攪拌制成的漿團(tuán)擠壓模制，制成生坯；e.將經(jīng)過步驟d制成的生坯進(jìn)行干燥，而先常溫(27~40°C )干燥3~9小時，再加溫至50~90°C干燥I~5小時，以避免因厚度太薄而產(chǎn)生翹邊與開裂的問題，而干燥方式采用加壓干燥；以及f.將經(jīng)過步驟e干燥的生還于300~1500°C的溫度范圍與氧具有6~18%體積的氧化氣氛條件下進(jìn)行燒制成型，且以5~150°C /小時的速率進(jìn)行升溫，而當(dāng)燒制的氣氛溫度在700~1500°C的范圍內(nèi)，則借由造孔劑添加量進(jìn)一步控制坯體中心溫度與燒制的氣氛溫度的溫度差值在-180~+80°C的范圍內(nèi)，這樣就能夠避免由于燒制氣氛溫度與坯體中心部溫度差過大引起收縮不一致導(dǎo)致坯體開裂的現(xiàn)象發(fā)生，造孔劑乃會全燃燒而形成微小孔道；然而，甚至進(jìn)一步將燒制成型的陶瓷散熱片鍍上一層導(dǎo)熱層。
[0021]此外，該金屬化合物選自具有高導(dǎo)熱性與高絕緣性的氧化鋁、氮化鋁、二氧化硅或前述金屬化合物的組合。又，為了控制該多孔陶瓷散熱片10形成的微小孔道11的孔隙率和孔道大小，該造孔劑選自面粉、米粉、石油焦、淀粉、竹炭、木炭、糊精、鋸末、聚乙二醇、PMMA、PS、炭黑、小麥粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂、已發(fā)泡的發(fā)泡樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或前述造孔劑的組合。另，為了使原料顆粒的混合具有更好地結(jié)合性、降低燒制溫度、提高結(jié)構(gòu)強度以及更易于脫模，乃可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步混合有助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑；該黏結(jié)劑選自羥甲基纖維素鈉、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、硅酸鈉或前述黏結(jié)劑的組合；該助熔劑選自鈦酸四丁酯、正硅酸乙酯、氧化鈦或前述助熔劑的組合；該改性劑為聚乙烯醇；該增強劑為甲基纖維素；該分散劑選自聚乙烯醇、酚醛樹脂、發(fā)泡樹脂或前述分散劑的組合；該脫模劑為油酸；該絮凝劑選自硫酸鎂、硫酸銅或前述絮凝劑的組合；該消泡劑選自天然油脂、硅脂或前述消泡劑的組合；該可塑劑為鄰苯二甲酸鹽。
[0022]基于上述構(gòu)成，本發(fā)明的成型方式?jīng)]有一定的限制，可以根據(jù)現(xiàn)有條件選擇最佳成型方式；例如，混合氧化鋁原料100質(zhì)量份、造孔劑8~24質(zhì)量份、黏結(jié)劑3.2~10.5質(zhì)量份、助溶劑2~8.4質(zhì)量份、改性劑1.5~6.4質(zhì)量份、增強劑2.1~5.6質(zhì)量份、分散劑
2.1~3.3質(zhì)量份、絮凝劑0.8~2.4質(zhì)量份、消泡劑0.3~0.5質(zhì)量份以及可塑劑0.7~
1.3質(zhì)量份后，采用等靜壓或流延成型工藝制造生坯。而在生坯燒制工序中，坯體中心溫度是由造孔劑的添加量來決定的，因為燒制氣氛溫度升高時，并不能夠很快地將熱量傳導(dǎo)至坯體中心，當(dāng)溫度足夠高時，能夠使得造孔劑燃燒釋放熱量，加快坯體中心溫度的上升，減少中心溫度與燒制氣氛溫度的差值；然而，當(dāng)造孔劑的量太少時，一方面導(dǎo)致孔隙率不夠，另一方面導(dǎo)致坯體中心溫度遠(yuǎn)低于燒制氣氛溫度，導(dǎo)致坯體開裂；但當(dāng)造孔劑的量太多時，則可能發(fā)生燒制時坯體坍塌，或者是由于坯體中心溫度遠(yuǎn)高于燒制氣氛溫度引起燒成收縮不一致導(dǎo)致坯體開裂。是以，本發(fā)明的多孔陶瓷散熱片所形成的微小孔道為通孔孔道，遂故可借由通孔孔道里的冷熱空氣所形成的熱對流，進(jìn)而快速散熱，且材料及加工成本皆低，而具有提升散熱性能及低成本的功效。
[0023]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0024]綜上所述，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用實用性及成本效益上，完全符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需，且所揭示的結(jié)構(gòu)亦是具有前所未有的創(chuàng)新構(gòu)造，具有新穎性、創(chuàng)造性、實用性，符合有關(guān)發(fā)明專利要件的規(guī)定 ，故依法提起申請。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔陶瓷散熱片，其特征在于，將粒徑在20~100 μ m之間具有高導(dǎo)熱性與高絕緣性的金屬化合物至少混合有造孔劑與黏結(jié)劑所制備而成，該造孔劑于制備過程中被耗減消失而致使該多孔陶瓷散熱片為層狀結(jié)構(gòu)的型態(tài)且形成有微小孔道，而該微小孔道為交錯連通的通孔孔道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷散熱片，其特征在于，所述多孔陶瓷散熱片的厚度在0.5~2mm之間，該微小孔道的半徑在600~8000nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔陶瓷散熱片，其特征在于，所述多孔陶瓷散熱片進(jìn)一步附著有導(dǎo)熱層，該導(dǎo)熱層的厚度在0.02~0.08mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔陶瓷散熱片，其特征在于，所述多孔陶瓷散熱片進(jìn)一步混合有助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔陶瓷散熱片，其特征在于，所述金屬化合物選自氧化鋁、氮化鋁、二氧化硅或前述金屬化合物的組合；該造孔劑選自面粉、米粉、石油焦、淀粉、竹炭、木炭、糊精、鋸末、聚乙二醇、PMMA、PS、炭黑、小麥粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂、已發(fā)泡的發(fā)泡樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或前述造孔劑的組合；該黏結(jié)劑選自羥甲基纖維素鈉、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、硅酸鈉或前述黏結(jié)劑的組合；該助熔劑選自鈦酸四丁酯、正硅酸乙酯、氧化鈦或前述助熔劑的組合；該改性劑為聚乙烯醇；該增強劑為甲基纖維素；該分散劑選自聚乙烯醇、酚醛樹脂、發(fā)泡樹脂或前述分散劑的組合；該脫模劑為油酸；該絮凝劑選自硫酸鎂、硫酸銅或前述絮凝劑的組合；該消泡劑選自天然油脂、硅脂或前述消泡劑的組合；該可塑劑為鄰苯二甲酸鹽。
6.一種多孔陶瓷散熱片制備方法，其特征在于，包括下列步驟: a.采用金屬化合物為主要成分并與造孔劑混合成初始組合物； b.將黏結(jié)劑攪拌制成漿料； c.將經(jīng)過步驟a混合成的初始組合物與經(jīng)過步驟b攪拌制成的漿料混合攪拌制成漿團(tuán)； d.將經(jīng)過步驟c混合攪拌制成的漿團(tuán)擠壓模制，制成生坯； e.將經(jīng)過步驟d制成的生坯進(jìn)行干燥；以及 f.將經(jīng)過步驟e干燥的生坯進(jìn)行燒制成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多孔陶瓷散熱片制備方法，其特征在于，進(jìn)一步將燒制成型的陶瓷散熱片鍍上一層導(dǎo)熱層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多孔陶瓷散熱片制備方法，其特征在于，所述步驟b進(jìn)一步將助熔劑、改性劑、增強劑、分散劑、脫模劑、絮凝劑，軟化劑、消泡劑或可塑劑等化學(xué)助劑與黏結(jié)劑一起攪拌制成漿料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多孔陶瓷散熱片制備方法，其特征在于，所述步驟e是先常溫干燥3~9小時，再加溫至50~90°C干燥I~5小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多孔陶瓷散熱片制備方法，其特征在于，所述步驟f是于300~1500°C的溫度范圍與氧具有6~18%體積的氧化氣氛條件下進(jìn)行，且以5~150°C /小時的速率進(jìn)行升溫，而當(dāng)燒制的氣氛溫度在700~1500°C的范圍內(nèi)，則借由造孔劑添加量進(jìn)一步控制坯體中心溫度與燒制的氣氛溫度的溫度差值在-180~+80°C的范圍內(nèi)。
【文檔編號】C04B38/06GK103910535SQ201210594569
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】陳宥嘉, 楊曄 申請人:華越科技股份有限公司, 廈門展帆貿(mào)易有限公司