一种导热纤维散热器的制备方法

1.本发明属于散热器制备技术领域，具体涉及一种导热纤维散热器的制备方法。


背景技术：

2.随着人们对计算机设备运算能力的需求不断提高，作为计算机核心的cpu也逐渐实现了集成化、高频化发展，而计算机运行频率的提高和能耗的增加也导致cpu运行温度逐渐上升。因此，解决cpu的散热问题已经成为当今计算机领域的普遍需求。而目前市面上的cpu散热器主要存在性能不足、体积过大、价格过高三点不足。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种全新的风冷热传导散热处理方式，在利用热传导进行cpu降温处理的过程当中，首先对计算机cpu运行所产生的热量进行内部接触及传导，并将其热量从cpu表面传导至散热器内部；热量在散热器内部可以迅速通过导热纤维由金属基底部分传导至纤维束自由段，该部分拥有超大散热面积，可由气流迅速带走热量，从而促使cpu热量能够通过热对流的散热方式被顺利排出到计算机设备外部，以实现对cpu的散热处理，确保cpu的运行性能。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
5.一种导热纤维散热器的制备方法，所述散热器由导热纤维与金属材料复合而成，所述方法为：
6.步骤一：对导热纤维进行表面处理，改变其表面活性后，在纤维表面沉积一层基体金属材料或者与基体金属材料相容性很好的导热材料，形成比表面积大的导热纤维；
7.步骤二：采用无氧热熔法制备导热流体，将上述处理好的大比表面积导热纤维以特定图形分布结构浸入导热流体中，导热流体冷却固化形成金属基体，得散热片毛胚；
8.步骤三：对上述散热片毛胚表面的导热纤维束自由段进行打散处理，形成良好的空气对流通道和超大散热面，对其外形进行机械修整，即可得到超大散热面散热片。
9.进一步地，步骤一中，所述导热纤维为不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、银纤维、石墨纤维、碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维或石英纤维中的一种或者组合，优选碳纤维。
10.进一步地，步骤一中，所述表面处理包括化学腐蚀、高能射线辐照、磁控溅射、高温氧化中的一种或者复合。
11.进一步地，步骤一中，所述基体金属材料为金、银、铜、铁、铝、锌、铅、锡、钨、铬、锰、汞、镓、钼、锆、铂、钛金属中的一种或者合金。
12.进一步地，步骤一中，所述导热材料主要指锌银铜钛及其合金等与碳纤维和金属基底相容性都很好的材料。
13.进一步地，步骤二中，所述导热流体为金、银、铜、铁、铝、锌、铅、锡、钨、铬、锰、汞、镓、钼、锆、铂、钛金属中的一种或者合金。
14.进一步地，步骤二中，所述特定图形分布指碳纤维以同心圆形、波浪形、直列形、锯
齿形在金属基体表面分布。
15.相较于传统散热片结构，本发明具备以下明显优势：
16.(1)使用碳纤维作为散热结构，拥有比传统金属散热器更大的导热率和散热面积，可以大幅提高散热效率。空气透过率更高，更契合笔记本电脑主要依靠风冷散热的特点。
17.(2)与液冷碳纤维散热器相比，本发明直接把碳纤维扦插进入液体锌简化了制备步骤降低成本，并且在碳纤维表面又沉积了金属颗粒进一步增加了散热面积。
18.(3)相较于市面上大多数cpu散热器，本发明生产成本较低、工艺简单、容易生产，且产品的质量更轻、占用空间更小，使笔记本更加轻薄便携带。
19.(4)本发明采用表面改性的碳纤维作为散热结构，利用了碳纤维优异的热导率与碳纤维与锌鳞片形成的超大散热面积提高了散热效率。同时本发明制备方法简单，与翅片结构散热器对比，相同散热面积条件下体积更小。
附图说明
20.图1为队列形分布结构散热片示意图；
21.图2为波浪形分布结构散热片示意图；
22.图3为导热纤维表面沉积一层颗粒状金属锌的示意图；
23.图4为导热纤维表面沉积一层鳞片状金属锌的示意图；
24.图5为本发明的碳纤维散热器与金属散热器的热导率对比示意图；
25.图6为实施例1步骤一得到的sem图；
26.图7为实施例2步骤一得到的sem图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
28.实施例1：
29.步骤一：对导热纤维进行高温氧化表面处理，改变其表面活性后，在氮气保护下，采用电泳法对导热碳纤维进行表面沉积处理，使碳纤维表面沉积一层鳞片状金属锌，形成比表面积大的导热纤维，如图3、图4所示；所述沉积的工艺条件为沉积电流5a/dm2，时间120s，温度30℃；沉积所用电解液的组分为2mol/l七水硫酸锌、120g/lkcl和25g/lh3bo3；
30.步骤二：在氩气保护下熔融金属锌制备导热锌流体，将步骤一中处理好的大比表面积导热碳纤维以队列形分布结构植入锌流体中，冷却固化，得散热片毛胚；
31.步骤三：对上述散热片毛胚表面的导热纤维束自由段进行打散处理，形成良好的空气对流通道和超大散热面，对其外形进行机械修整，即可得到超大散热面的碳纤维/锌散热片，如图1所示。
32.本实施例的导热区域主要材料是碳纤维，相比于导热材料是层状结构的石墨烯涂料，纤维状结构的碳纤维丝束，散热面积更大。相比于传统散热器通过增加翅片的方法增加散热面积，本发明是利用碳纤维本身的高比表面积并且用纳米尺寸的金属颗粒提高了散热面积。
33.实施例2：
34.步骤一：对导热纤维进行化学腐蚀表面处理，改变其表面活性后，在氮气保护下，采用电泳法对碳纳米管纤维与不锈钢纤维复合纤维进行表面沉积处理，使纤维表面沉积一层金属锌；随后，采用真空蒸镀的方式对镀锌金属纤维进行二次处理，沉积纳米银层，形成比表面积大的导热纤维；所述沉积的工艺条件为沉积电流10a/dm2，时间240s，温度30℃；沉积所用电解液的组分为2mol/l七水硫酸锌、50g/lpeg和0.1g/l十二烷基硫酸钠；
35.步骤二：在氩气保护下熔融金属锌与铝混合物，制备导热锌-铝合金流体，将步骤一中处理好的大比表面积导热碳纤维以波浪形分布结构植入锌-铝合金流体中，冷却固化，得散热片毛胚；
36.步骤三：对上述散热片毛胚表面的导热纤维束自由段进行打散处理，形成良好的空气对流通道和超大散热面，对其外形进行机械修整，即可得到超大散热面的碳纳米管纤维-不锈钢纤维/锌-铝散热片，如图2所示。
37.实施例1的热导率为4800w/(m
·
k)，基底面积相同的翅片结构的铝散热器的热导率为3200w/(m
·
k)，通过上述结果可知，通过本发明制得的碳纤维散热器相对于铝金属散热器有更高的热导效率，且制备方法简单、成本低、质量轻、体积小，因此更适合作为电脑的cpu散热器。


技术特征：
1.一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：所述散热器由导热纤维与金属材料复合而成，所述方法为：步骤一：对导热纤维进行表面处理，改变其表面活性后，在纤维表面沉积一层基体金属材料或者与基体金属材料相容性很好的导热材料，形成导热纤维；步骤二：采用无氧热熔法制备导热流体，将上述处理好的导热纤维以特定图形分布结构浸入导热流体中，导热流体冷却固化形成金属基体，得散热片毛胚；步骤三：对上述散热片毛胚表面的导热纤维束自由段进行打散处理，对其外形进行机械修整，即可得到超大散热面散热片。2.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述导热纤维为不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、银纤维、石墨纤维、碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维或石英纤维中的一种或者组合。3.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述表面处理包括化学腐蚀、高能射线辐照、磁控溅射、高温氧化中的一种或者复合。4.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述基体金属材料为金、银、铜、铁、铝、锌、铅、锡、钨、铬、锰、汞、镓、钼、锆、铂、钛金属中的一种或者合金。5.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述导热材料主要指锌银铜钛及其合金等与碳纤维和金属基底相容性都很好的材料。6.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述导热流体为金、银、铜、铁、铝、锌、铅、锡、钨、铬、锰、汞、镓、钼、锆、铂、钛金属中的一种或者合金。7.根据权利要求1所述的一种导热纤维散热器的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述特定图形分布指碳纤维以同心圆形、波浪形、直列形、锯齿形在金属基体表面分布。

技术总结
一种导热纤维散热器的制备方法，属于散热器制备技术领域。所述方法为：对导热纤维进行表面处理，改变其表面活性后，在纤维表面沉积一层基体金属材料或者与基体金属材料相容性很好的导热材料，形成比表面积大的导热纤维；采用无氧热熔法制备导热流体，将上述处理好的大比表面积导热纤维以特定图形分布结构浸入导热流体中，导热流体冷却固化形成金属基体，得散热片毛胚；对毛胚表面的导热纤维束自由段进行打散处理，形成良好的空气对流通道和超大散热面，对其外形进行机械修整即可。本发明采用表面改性的碳纤维作为散热结构，利用了碳纤维优异的热导率与碳纤维与锌鳞片形成的超大散热面积提高了散热效率。散热面积提高了散热效率。散热面积提高了散热效率。


技术研发人员：黎俊 温伯阳 刘斯琦 刘丽 黄玉东
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/21