CN107868966A - 铜合金多孔吸液芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种铜合金多孔吸液芯的制备方法，包括如下步骤：a)配制电解液，为包括0.5‑1.8mol/L硫酸和0.1‑0.5mol/L硫酸铜的水溶液液；b)采用表面活性剂和碱性化合物的混合溶液对铜合金基底表面进行清洗，再用稀盐酸活化，然后清洗干净；c)将处理后的基底在所述电解液中电沉积以在所述基底上形成多孔结构；以及d)对步骤c)得到的产物水洗、干燥后，烧结。通过本发明方法可以在基底表面直接获得具有特定排布的、具有优异毛细力和渗透度的多孔结构，有利于工质传输。

Description

铜合金多孔吸液芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及均热板结构吸液芯结构，特别涉及一种通过软模板法制备的通孔均热板吸液芯制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，电子产品逐渐趋于微小化，由于电子产品的功能越来越多，其散热元件越来越集中在更小的范围内。因此电子产品的散热是产品设计和生产组装过程中必须考虑的一个重要议题。
依靠相变散热而发明的热管、均热板等电子产品散热器件也应运而生，并在产品功能中提供了很好的散热保证。也因此，诸如此类的散热器件给制造厂商创造了不菲的价值和利润。均热板等散热器件的散热功率也亟待进一步的提高。CN103542749A公开了一种仿生均热板吸液芯，该吸液芯结构有利于工质的传输，提高了均热板的散热能力，但由于结构较为复杂，需要用到光刻等复杂且昂贵的设备。发明专利CN106435665A通过电化学沉积制备一种具有天然多尺度树枝状微针翅铜表面结构作为热管或均热板的吸液芯结构，但该结构容易造成工质被气流携带，降低传热效率。且通过电化学沉积方法制备的多孔结构与基底结合力弱，力学强度差等问题，对产品的可靠性和寿命方面带来巨大挑战。
发明内容
为克服以上缺点和不足，本发明的目的在于发明一种铜合金多孔吸液芯的制备方法，包括如下步骤：a)配制电解液，为包括0.5-1.8mol/L硫酸和0.1-0.5mol/L硫酸铜的水溶液液；b)采用表面活性剂和碱性化合物的混合溶液对铜合金基底表面进行清洗，再用稀盐酸活化，然后清洗干净；c)将处理后的基底在所述电解液中电沉积以在所述基底上形成多孔结构；以及d)对步骤c)得到的产物水洗、干燥后，烧结。
根据本发明的一实施方式，采用恒定电流密度方式进行电沉积，恒定电流密度为0.5-5A/cm2，沉积时间为20s-10min。
根据本发明的另一实施方式，所述电流密度为0.8-1.5A/cm2，沉积时间为50-90s。
根据本发明的另一实施方式，采用逐渐增大电流密度的方式进行电沉积，起始电流密度为0.01-0.1A/cm2、电流密度增速为0.001-0.05A/cm2·s、沉积时间为10s-10min。
根据本发明的另一实施方式，采用逐渐减小电流密度的方式进行电沉积，起始电流密度为0.5-5A/cm2、电流密度减小速度为0.001-0.05A/cm2·s、沉积时间为10s-10min。
根据本发明的另一实施方式，所述基底为黄铜、锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、镍黄铜或铁黄铜。
根据本发明的另一实施方式，所述烧结是在保护气氛、还原气氛或真空环境、温度450-750℃下烧结。
根据本发明的另一实施方式，所述保护气氛为选自氮气、氩气中的至少一种。所述还原气氛为氮气和氢气的混合气。
本发明还提供一种铜合金多孔吸液芯，由上述方法制成。
本发明采用电沉积和烧结的复合方式制备的多孔吸液芯，电沉积制备的纯铜多孔结构经过高温处理，利用纳米效应将纳米结构进行了重新排布，增强了其结构强度。本发明的方法可以用于各种形状的热管和均热板产品上，多孔结构厚度可在10μm以上任意调节，为产品的个性化设计提供新的方向。通过本发明方法可以在基底表面直接获得具有特定排布的、具有优异毛细力和渗透度的多孔结构，有利于工质传输。
附图说明
图1A是实施例1制备的多孔吸液芯镶嵌截面的扫描电镜照片。
图1B是实施例1制备的多孔吸液芯的Zn元素分布图。
图1C是实施例1制备的多孔吸液芯的Cu元素分布图。
图1D是实施例1制备的多孔吸液芯的成分含量分布图。
图2A和图2B是实施例1制备的多孔吸液芯不同放大倍率的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
称取一定量的硫酸铜，将硫酸铜溶解在去离子水中形成硫酸铜溶液，然后向硫酸铜溶液中加入合适量的浓硫酸，得到0.5mol/L硫酸和0.1mol/L硫酸铜的电解液。
以H70黄铜为基底，采用表面活性剂和碱性化合物的混合溶液对基底进行清洗，再用稀盐酸活化，然后用去离子水清洗干净。
将处理后的基底在配制的溶液中采用恒定电流密度方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，电流密度为0.5A/cm2，时间为10min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
实施例2
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为1.8mol/L，硫酸铜的浓度为0.5mol/L。
以铁黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用恒定电流密度方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为室温，电流密度为0.8A/cm2，时间为90s。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中500℃烧结。
实施例3
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为1.0mol/L，硫酸铜的浓度为0.2mol/L。
以铅黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用恒定电流密度方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，电流密度为1.5A/cm2，时间为50s。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中600℃烧结。
实施例4
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.8mol/L，硫酸铜的浓度为0.2mol/L。
以铝黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用恒定电流密度方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，电流密度为5A/cm2，时间为20s。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中750℃烧结。
实施例5
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.7mol/L，硫酸铜的浓度为0.3mol/L。
以H68黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用恒定电流密度方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，电流密度为1A/cm2，时间为1min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中700℃烧结。
实施例6
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐减小电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为0.5A/cm2，电流密度减速为0.05A/cm2·s，时间为10s。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
实施例7
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐减小电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为2A/cm2，电流密度减速为0.002A/cm2·s，时间为5min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中600℃烧结。
实施例8
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐减小电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为5A/cm2，电流密度减速为0.001A/cm2·s，时间为10min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
实施例9
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐增大电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为0.01A/cm2，电流密度增速为0.05A/cm2·s，时间为10s。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
实施例10
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐增大电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为0.1A/cm2，电流密度增速为0.001A/cm2·s，时间为10min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
实施例11
以与实施例1相同的方法制备电解液，除了硫酸的浓度为0.5mol/L，硫酸铜的浓度为0.1mol/L。
以H70黄铜为基底，以与实施例1相同的方法预处理基底。
将处理后的基底在配制的溶液中采用逐渐增大电流密度的方式进行电沉积，以在基底上形成多孔结构，其中电沉积温度为20℃，起始电流密度为0.2A/cm2，电流密度增速为0.005A/cm2·s，时间为5min。
将基底及其上的多孔结构水洗、干燥后，在真空烧结炉中450℃烧结。
图1A是实施例1制备的多孔吸液芯的扫描电镜照片，从图中可以看出，浅灰色部分为吸液芯主体结构；图1B显示的为元素锌的分布状态，白色斑点代表元素的分布及存在；图1C是元素铜的分布状态，灰色斑点代表元素的分布及存在；图1B和1C说明该多孔吸液芯为铜锌合金形式；图1D是该结构的成分含量，可进一步证明铜锌合金的存在。以上结果证明了经过烧结后基底中的锌元素扩散到多孔结构中形成铜锌合金。图2A和2B分别是实施例1制备的多孔吸液芯表面不同放大倍率的扫描电镜照片，图2A可以看出吸液芯的多孔结构；图2B看出表面出现棱柱结构，这证明烧结后基底中的锌元素扩散导致。由于烧结过程中基底中的锌元素扩散到多孔结构中形成了铜锌合金，因此增加多孔结构的表面亲水性，从而有利于工质在多孔结构中的传输，进而提高散热效率。
对于本发明提供的其它实施例，所得产品结果与实施例1相同或相似，在此不再一一赘述。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)配制电解液，为包括0.5-1.8mol/L硫酸和0.1-0.5mol/L硫酸铜的水溶液液；
b)采用表面活性剂和碱性化合物的混合溶液对铜合金基底表面进行清洗，再用稀盐酸活化，然后清洗干净；
c)将处理后的基底在所述电解液中电沉积以在所述基底上形成多孔结构；以及
d)对步骤c)得到的产物水洗、干燥后，烧结。
2.根据权利要求1所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，采用恒定电流密度方式进行电沉积，恒定电流密度为0.5-5A/cm2，沉积时间为20s-10min。
3.根据权利要求2所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，所述电流密度为0.8-1.5A/cm2，沉积时间为50-90s。
4.根据权利要求1所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，采用逐渐增大电流密度的方式进行电沉积，起始电流密度为0.01-0.1A/cm2、电流密度增速为0.001-0.05A/cm2·s、沉积时间为10s-10min。
5.根据权利要求1所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，采用逐渐减小电流密度的方式进行电沉积，起始电流密度为0.5-5A/cm2、电流密度减小速度为0.001-0.05A/cm2·s、沉积时间为10s-10min。
6.根据权利要求1所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，所述基底为黄铜、锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、镍黄铜或铁黄铜。
7.根据权利要求1所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，所述烧结是在保护气氛、还原气氛或真空环境、温度450-750℃下烧结。
8.根据权利要求7所述的铜合金多孔吸液芯的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为选自氮气、氩气中的至少一种；所述还原气氛为氮气和氢气的混合气。
9.一种铜合金多孔吸液芯，其特征在于，由权利要求1-8所述的任一方法制成。
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