一种即时固化的液态金属复合热界面材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种即时固化的液态金属复合热界面材料及制备方法，该即时固化热界面材料包括：液态金属、偶联剂、增韧剂、环氧树脂及固化剂。本发明专利技术通过将表面处理过的液态金属微纳液滴、增韧剂填充入环氧树脂基体中制成导热膏，最后加入固化剂，制成一种即时固化的液态金属导热垫片，能够防止金属液滴在使用过程中可能发生的泄露，保证热界面材料的稳定性与可靠性。该即时固化的液态金属复合热界面材料的热导率高且粘接性强，固化后形成一个完整的垫片，不发生分离或脱落，能够满足液体环境中大功率电子设备超高的散热需求。功率电子设备超高的散热需求。功率电子设备超高的散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种即时固化的液态金属复合热界面材料及制备方法


[0001]本专利技术属于电子设备散热
，尤其涉及一种在液体环境中工作的散热设备适用的即时固化液态金属复合热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超大型数据中心在工作过程中会产生大量的热量，浸没式液冷通过将电子设备及元器件浸泡在绝缘性液体环境中来进行散热，绝缘冷却液的导热率是空气6倍，电子元件产生的热量直接高效地传递到流动的液体中，能够帮助改进其散热设计并有效传递热量，从而减少了对散热器和风扇等主动冷却组件的需求。浸没式液冷设备中发热元件与散热元件无法采用传统的导热硅脂和导热垫片，是由于液体环境冲刷下导热硅脂可能发生破碎并脱落，会对液体环境造成污染，同时普通的导热垫片热导率较低，无法高效地散发热量。目前，浸没式液冷设备中发热元件与散热元件之间的热界面材料大多采用固体金属薄片，一方面由于金属的热导率较高，另一方面是由于固体材料在液体环境的冲刷下不会分离或脱落，防止对液体环境造成污染。然而选用固体金属薄片作为热界面材料会导致与发热及散热器件之间的接触热阻较大，尽管材料本身的热导率较高，仍不能有效帮助散发热量。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种即时固化的液态金属复合热界面材料及其制备方法，该即时固化的液态金属热界面材料热导率较高，同时能够与发热、散热元器件紧密粘合在一起，大大降低了接触热阻，能够有效提升整个系统的散热效率，并且在液体环境的冲刷下也不发生分离或脱落，能够保证系统的稳定运行。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种即时固化的液态金属复合热界面材料，原料包括：液态金属、偶联剂、增韧剂、环氧树脂和固化剂；所述液态金属为镓基N元合金或铋基N元合金，N为大于等于2的整数；所述偶联剂选自KH
‑
550、KH
‑
560、KH
‑
570、KH
‑
792、KH
‑
580、KH
‑
590、DL
‑
602、DL
‑
171、Span
‑
80、Span
‑
85、1
‑
十二硫醇或巯基
‑
十一胺盐酸盐中的一种或几种；所述增韧剂选自聚酰胺、聚乙烯醇缩醛、玻璃纤维、石棉纤维、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种。
[0005]所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的一种或几种；所述固化剂选自乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺中的一种或几种。
[0006]进一步地，所述镓基N元合金选自镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金或镓铟锡锌银中的一种或几种。
[0007]进一步地，所述铋基N元合金选自铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金或铋铟锡锌银合金中的一种或几种。
[0008]进一步地，所述液态金属的熔点小于100℃，热导率大于15W/m
•
K。
[0009]进一步地，所述热界面材料，原料以质量分数计包括：液态金属85%
‑
97%，环氧树脂和固化剂之和为3%
‑
15%，三者的质量分数之和为100%，固化剂和环氧树脂的质量比为0.1
‑
1:1；偶联剂的用量为液态金属质量的0.1%
‑
5%，增韧剂的用量为液态金属质量的0.1%
‑
10%。
[0010]进一步地，所述液态金属的液滴大小为100nm
‑
500μm。
[0011]上述热界面材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将液态金属和偶联剂加入分散液中进行分散，形成表面处理后的微纳米金属液滴悬浮液；步骤2，将悬浮液离心，稳定后去除上清液，得到沉淀物并放入干燥箱中进行干燥；步骤3，在干燥后的金属液滴中加入环氧树脂和增韧剂，在抽真空的情况下进行高速搅拌，得到混合均匀的膏状物复合材料；步骤4，使用时，将固化剂加入膏状物复合材料中搅拌均匀，在未固化之前涂抹在发热元件与散热元件之间，固化后即可形成热界面材料。
[0012]该热界面材料为热导率较高且力学性能较好的导热垫片材料，能够有效帮助发热元件与散热元件之间的热量散发，应用于在流动的液体环境中工作的散热设备，液体环境的冲刷不会造成热界面材料的分离或脱落。
[0013]在本专利技术中，通过对材料的种类、填充量等参数进行设计，可进一步提高热界面材料的热导率及稳定性。
[0014]有益效果：本专利技术对材料的类型进行创造性设计，通过加入偶联剂对金属液滴表面进行处理，再加入环氧树脂和增韧剂得到混合均匀的膏状物复合材料，使用时将固化剂加入膏状物中搅拌均匀，涂抹在发热元件与散热元件之间，固化后得到了热导率高且粘接性能好的导热垫片材料，大大降低了热界面材料与芯片或散热器之间的接触热阻，散热效果远高于固体金属薄片，能够满足浸没式液冷环境中大功率电子设备超高的散热需求。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例的即时固化液态金属复合热界面材料的结构图；其中：1
‑
金属液滴，2
‑
偶联剂，3
‑
增韧剂，4
‑
环氧树脂及固化剂。
[0016]图2为本专利技术实施例的即时固化液态金属复合热界面材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0017]为了有效提升浸没式液冷环境中电子元器件的散热效率，本专利技术提出了一种即时固化的液态金属复合热界面材料，使用时将复合材料涂抹在发热、散热器件表面，安装固定后待材料完全固化方可置于浸没式液冷环境中进行工作。该即时固化的液态金属复合热界面材料热导率较高，同时能够与发热、散热元器件紧密粘合在一起，大大降低了接触热阻，能够有效提升整个系统的散热效率，并且在液体环境的冲刷下也不发生分离或脱落，能够保证系统的稳定运行。
[0018]以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细
节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0019]基于现有技术存在的问题，本专利技术实施例基于液体导热材料及固体导热材料，设计了一种即时固化的液态金属复合热界面材料，以克服现有浸没式液冷环境中电子设备所使用的固体金属薄片导热材料接触热阻高的缺陷，下面以具体的实施例进行介绍。
[0020]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的即时固化液态金属复合热界面材料的结构图。
[0021]如图1所示，本实施例提供的即时固化液态金属复合热界面材料可以包括：液态金属1、偶联剂2、增韧剂3、环氧树脂和固化剂4。
[0022]在本专利技术实施例中，液态金属例如可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种即时固化的液态金属复合热界面材料，其特征在于：原料包括：液态金属、偶联剂、增韧剂、环氧树脂和固化剂；所述液态金属为镓基N元合金或铋基N元合金，N为大于等于2的整数；所述偶联剂选自KH
‑
550、KH
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560、KH
‑
570、KH
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792、KH
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580、KH
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590、DL
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602、DL
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171、Span
‑
80、Span
‑
85、1
‑
十二硫醇或巯基
‑
十一胺盐酸盐中的一种或几种；所述增韧剂选自聚酰胺、聚乙烯醇缩醛、玻璃纤维、石棉纤维、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种；所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的一种或几种；所述固化剂选自乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的热界面材料，其特征在于：所述镓基N元合金选自镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金或镓铟锡锌银中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的热界面材料，其特征在于：所述铋基N元合金选自铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金或铋...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾潇，李石琨，刘斌，淮秀兰，周敬之，周国辉，
申请(专利权)人：中科院工程热物理研究所南京未来能源系统研究院，
类型：发明
国别省市：