[發明專利]一種光纖激光器用相變導熱材料、制備方法及應用方法

有效

• 申請號: 201810872045.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108997980B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 戴曉軍;蔡華強;何亭;潘忠奔;張衍;蓋景剛
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所;四川省新材料研究中心
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C09K5/14;H01S3/042;H01S3/067
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 吳瑞芳

本發明公開了一種光纖激光器用相變導熱材料、制備方法及應用方法，該相變導熱材料由如下質量百分比的組分制備而成：銦55～58％wt％，錫17～20％wt％，鉍20～25％wt％，鋁1～2％wt％，鎵0.5～5％wt％，石蠟1～2％wt％，應用過程中，首先在熱沉凹槽底部投放少量該導熱材料，將雙包層光纖放入凹槽，然后在光纖與凹槽空隙處填滿該導熱材料，使光纖完全包裹在其中，導熱材料厚度不大于凹槽深度。最后，使用導熱密封膠涂覆在光纖凹槽頂部和熱沉表面，將光纖和導熱材料密封于凹槽內。該材料熔點低、導熱系數高，可以實現對高功率光纖激光器工作時所產生熱量的高效傳導，保證高功率光纖激光器的正常穩定運行。

技術領域

本發明涉及導熱材料技術領域，具體涉及一種光纖激光器用相變導熱材料、制備方法及應用方法。

背景技術

目前，光纖激光器已廣泛應用于通訊、醫療、精密加工、科研和國防等眾多領域。隨著光纖激光器功率的不斷提升，特別是對于輸出千瓦甚至上萬瓦的單根光纖，熱效應就會積累，如果僅通過光纖包層與空氣的自然對流換熱和輻射換熱，在很多情況下并不足以解決熱效應問題，這時光纖較大的表面積和體積比已經不能滿足激光器的散熱要求。因此必須采取高效的熱管理手段，確保光纖激光器具有良好的熱流通道，實現萬瓦級以上高功率的連續激光輸出。

在高功率光纖激光器中，增益光纖盤繞在金屬熱沉上，為了提高散熱效果，熱沉上刻有和增益光纖外徑相當的凹槽，然而光纖和凹槽之間不可能完全貼合，會存在很多空隙。由于熱量的接觸傳導要比自由空間的熱對流更加有效，因此需要使用導熱介質填充這些空隙以減小熱阻，提高導熱效果。常用的導熱介質有導熱膠、導熱膏、導熱硅脂等，然而這類導熱高分子材料普遍存在導熱系數不高的情況，并且容易老化，無法滿足高功率光纖激光器的散熱需求。

相變導熱材料是一類利用物質在熔化或蒸發時的相變潛熱吸收來進行熱量存儲和傳導的材料，目前已廣泛應用于化工、制冷、能源利用、電力電子器件熱管理等領域。低熔點金屬是指熔點低于232℃的易熔金屬，是一類重要的相變導熱材料，通常被用于電器、消防、蒸汽等裝置中的保險絲、熔斷器等熱敏組件。相反，其作為導熱材料的應用研究卻鮮見報道。

發明內容

為了克服上述技術缺陷，本發明提供了一種用于高功率光纖激光器的相變導熱材料及其制備方法和應用方法，該材料熔點低、導熱系數高，可以實現對高功率光纖激光器工作時所產生熱量的高效傳導，保證高功率光纖激光器的正常穩定運行。

為了達到上述技術效果，本發明提供了一種光纖激光器用相變導熱材料，所述相變導熱材料由如下質量百分比的組分制備而成：

進一步的，所述相變導熱材料的熔點為50～80℃。

進一步的，所述相變導熱材料在80℃時的導熱系數為65～90W/m·K。

本發明還提供了一種光纖激光器用相變導熱材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將配方量的銦、錫、鉍、鋁、鎵低熔點金屬原料混合均勻，得到原料混合物；(2)將所述原料混合物在真空或惰性氣體氣氛下在一定溫度下加熱一定時間至原料混合物充分熔化混合，然后在真空或惰性氣體氛圍下將其冷卻到室溫，得到低熔點金屬合金；(3)采用惰性氣體霧化法對所述低熔點金屬合金加工，得到低熔點金屬合金粉末，加入配方量的石蠟混合均勻后得到相變導熱材料。

進一步的，所述步驟(2)中加熱溫度為650～700℃，升溫速率為5～10℃/min，加熱時間為1～2小時，冷卻過程中降溫速率為3～5℃/min。