[發明專利]一種鋁基相變儲熱合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111680178.1
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114525431B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 黃樹暉;郭宏;解浩峰;彭麗軍;米緒軍;馮雪;黃國杰;李增德
• 申請（專利權）人: 有研科技集團有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C12/00;B22D17/00;C23C2/12;C09K5/06
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青

本發明涉及一種鋁基相變儲熱合金復合材料及其制備方法。該復合材料由鋁合金和相變儲熱合金復合構成，其中，鋁合金作為連續的基體，承擔結構材料和封裝材料的功能，以及承擔導熱通道的功能；鉍基合金呈不連續的顆粒狀，承擔儲熱的功能。該復合材料按照體積百分比計的組成：鋁合金占比為40～70％，鉍基相變儲熱合金占比為30～60％，所述復合材料外層整體包覆有鋁合金層。采用半固態壓鑄的方式制備出該復合材料，采用表面浸潤的方式獲得的表面鋁合金層本發明的鋁基相變儲熱合金復合材料實現了結構功能和儲熱功能一體化的設計，特別適合封裝空間有較高限制的散熱場合，熱響應速率快，對空間要求小，利于裝備的整體設計。

技術領域

本發明涉及一種鋁基相變儲熱合金復合材料及其制備方法，屬于相變儲熱材料技術領域。

背景技術

電子設備的散熱問題已經成為制約其發展的主要技術瓶頸，有統計數據表明電子器件的溫度每升高10℃，其失效率將增大1倍，溫度每升高25℃，失效率將增大10倍。55％的電子器件失效都是因溫度而引起，因此高功率電子設備散熱問題亟待解決。當前，解決電子設備散熱的主要思路是把熱量快速從熱源導離，這主要依賴高導熱低膨脹的熱沉材料和低熱阻熱界面材料來實現。但是在某些封裝空間受限的應用場合，無法提供容納和消耗從熱源導離的熱量的空間。相變儲熱材料為此種工況下的散熱提供了解決方案，相變儲熱材料是利用材料的物相轉變的物理過程吸收環境的熱量，將設備滿負荷或超負荷狀態下產生的熱量就近存儲起來，待設備低負荷運行時再緩慢釋放，從而實現系統熱量的“移峰填谷”，保證設備的正常運行。

目前用于相變儲熱的材料主要包括有機類和合金類。與有機物相變儲熱材料和非金屬無機物相變儲熱材料相比，合金類相變儲熱材料的體積潛熱大，導熱率高，熱響應速率快，相變體積變化率較低，物化性質穩定。合金類相變儲熱材料特別適合受體積限制較強、瞬時發熱較大的應用場景。同等儲熱量條件下，合金類相變儲熱材料的熱響應更快，空間占用更小。此外，合金類相變儲熱材料的穩定性和封裝可靠性較好，利于長期儲存。在實際使用中，任何相變儲熱材料都無法同時擔當結構材料的角色，因為相變材料在儲熱時會由固態轉變為液態，從而失去基本的強度。因此，相變材料需要整體被封裝起來，依附于結構材料，這不僅增加了設備的復雜性，還占用了封裝空間。并且，因為儲熱合金的導熱率往往不高，整體封裝也限制了儲熱合金熱響應速率。

為了解決合金相變儲熱材料應用的封裝問題、空間占用問題、熱響應速率問題，針對實際使用工況，開發結構功能和儲熱功能一體化的設計和制備加工技術方案，具有重大的實踐意義。

發明內容

為了填補當前的技術空白，解決受空間限制的高功率電子元器件的瞬時散熱問題，本發明提供了一種鋁基相變儲熱合金復合材料，該復合材料能夠實現結構功能和儲熱功能一體化，適合封裝空間有較高限制的散熱場合，熱響應速率快，對空間要求小。

本發明的另一目的在于提供一種所述鋁基相變儲熱合金復合材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋁基相變儲熱合金復合材料，該材料由鋁合金和相變儲熱合金復合構成，其中，鋁合金作為連續的基體，承擔結構材料和封裝材料的功能，以及承擔導熱通道的功能；鉍基合金呈不連續的顆粒狀，承擔儲熱的功能。

作為一種具體的實施方案，所述復合材料外層整體包覆有鋁合金層，該鋁合金層的厚度為1mm-10mm，以保證對鉍基合金的密封。

作為一種具體的實施方案，所述鉍基合金的等效粒徑為10-100μm。鉍基合金的顆粒度過大會造成鉍基合金顆粒之間連續，降低復合材料的儲熱功能，鉍基合金過小，工藝上難以實現。本發明中，所述鉍基合金的等效粒徑更優選為10-30μm。

作為一種具體的實施方案，所述鋁基相變儲熱合金復合材料按照體積百分比計的組成：鋁合金占比為40～70％，鉍基相變儲熱合金占比為30～60％。