[發明專利]一種復雜形狀散熱器元件的制備方法

無效

• 申請號: 200910080986.7
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN101520287A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 尹海清;劉艷平;曲選輝;李平;秦明禮
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F28F21/00
• 分類號: F28F21/00;C04B35/08;C04B35/10;C04B35/565;C04B35/583;B22F3/115
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技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種粉末微注射成形技術。

背景技術

近年來，微系統技術(Microsystems?Technology，簡稱MST)顯示越來越重要的地位，這對于應用于微型工程中的三維微型的復雜元器件提出日益緊迫的要求，這些元器件包括微型模具、用于傳感器和加速器上的微型機械結構、生物傳感器、微型流體元件、微型反應器等。隨著微型結構這一領域的不斷拓展，將有更多的微型結構件的需求，同時要求滿足性能和規模化生產的要求。

然而，微系統技術的發展，受到加工上的制約，傳統加工方式已經遠遠不能勝任，而現有的微型加工技術，如微型切削(micro?cutting)，激光切削(laser?ablation)，硅刻蝕技術(siliconetching)以及LIGA技術等往往受加工材料少的局限，同時無法滿足技術可行性與高的性價比的雙重要求，生產效率低，無法應用于大規模生產。

粉末微注射成形技術(簡稱μ-PIM)，將粉末注射成形技術，有機地運用到外形尺寸是微米級的器件上而形成的一項新的制備技術，是大規模生產微型元器件的最具潛力的技術，性價比高，可加工的材料有各種純金屬、合金以及陶瓷。該技術在工業領域的運用將大大滿足對微型、多樣、復雜元器件的日益迫切的需求。

微注射成形的基本工序是：粘結劑作為粉末成型的載體，與粉末在固態下初步混合，然后在一定溫度下，粉末與粘結劑的混合體在粘結劑的熔融狀態下進一步混合均勻，經冷卻破碎制粒，得到均勻的喂料。喂料在注射機內被加熱熔化后經注射，得到注射生坯，經脫脂，去除作為載體的粘結劑，最后經燒結，得到具有一定性能的微型器件。

微注射成形技術，由于加工的零部件是外觀尺寸僅為微米數量級或特征功能區的尺寸為微米級的零件，導致了該技術與傳統的注射成形方法相比，粉末微注射成形技術使用的原料粉末細，通常粉末的平均粒度小于5μm，需要采用微加工技術制造模腔，而且注射時充型很困難同時注射生坯脫模方式獨特。另外由于使用的粉末較細，燒結工藝應適宜。

發明內容

本發明的目的在于提出一種制備復雜形狀的散熱器元件的方法，以提高材料利用率，無需后續加工，實現批量生產，降低生產周期，降低成本。

一種復雜形狀散熱器元件的粉末冶金制備方法，以金屬或陶瓷粉末為原料，采用粉末微注射成形技術獲得具有微結構的散熱器元器件的預成形坯，通過基于有機物在溶劑中的溶解以及加熱時的熱解機理進行脫脂工序，除去有機物，然后通過燒結作用，得到具有復雜形狀的散熱器元件。

本發明方法的散熱器元件的材料可以是銅及銅合金、可伐合金、鉬及鉬合金、鎢及鎢合金、鐵鎳合金、鎢銅合金、鋁及鋁合金、氧化鈹、氮化硼、氮化鋁、碳化硅陶瓷等，所涉及金屬粉末可以是銅粉、銅合金粉、鐵粉、鎳粉、鐵鎳合金粉、鈷粉、可伐合金粉末、鉬粉、鉬合金粉、鎢粉、鎢合金粉、鋁粉、鋁合金粉等，陶瓷粉末為氧化鈹粉、氮化硼粉、氮化鋁粉、碳化硅粉等，金屬或陶瓷粉末的平均粒度不大于30微米。

本發明的金屬或陶瓷粉末與有機物混合物在固態下按照一定的比例充分混合，其中金屬或陶瓷粉末與有機物的體積比為0.45～3.8，在一定溫度下混煉，使有機物各組元之間，以及金屬或陶瓷粉末與有機物之間充分混合制粒，得到混合均勻的注射喂料。所述的有機物混合物為熱塑性有機混合物體系，包括工業石蠟30～70％wt，高密度聚乙烯10～30％wt，低密度聚丙烯10～30％wt，硬脂酸0～15％wt。混煉的溫度為110～145℃，時間為40～90mins。

本發明的注射模腔，當模腔的微小結構的橫截面最小尺寸不小于0.4mm時，采用微細電火花技術加工模腔，模腔的材料選擇模具鋼；當模腔的微小結構的橫截面最小尺寸小于0.4mm時，采用感應耦合等離子體刻蝕技術加工模腔，模腔的材料為單晶硅。

本發明的注射喂料通過粉末微注射成形技術，在一定的注射溫度、壓力和速度條件下，獲得具有復雜形狀的注射坯體。

所述的注射坯體經三氯乙烯或乙醇溶液的溶劑脫脂，烘干后進行熱脫脂，在溶劑脫脂和熱脫脂的共同作用下，基本去除有機物混合物。

本發明的脫脂坯體的燒結存在兩種方式：

其一、脫脂坯體經低溫燒結，得到多孔的預成形坯體，經燒結致密化處理，獲得致密的燒結體，滿足散熱器的使用要求。