【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于异质材料焊接，具体涉及一种石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺。
技术介绍
1、功率电子器件、航空航天
中，大功率器件的使用性能和寿命与其工作温度息息相关。伴随着大功率器件向高度集成化和轻量化发展，器件内部的功率密度大幅度提升，这将使产生的热量增多。若热量积聚过多且无法及时排散出去，会导致温升过高从而影响设备的安全运行。
2、大功率器件的主要散热措施为通过导热元件将发热器件的热量导至设备的冷端，目前所使用的导热元件为单一的金属扩热板或石墨扩热板，这已不能满足大功率器件的散热需求。因此寻求质量轻且导热好的材料来制备复合扩热板具有重要意义。
3、金属散热材料主要有铜和铝，但铜的密度较大，限制了其在散热
的应用。相较之下，铝的密度小，更符合大功率器件轻量化的目标，但随着器件集成化发展，其散热效果差强人意。一些新型的碳材料，如石墨烯，其热传导主要由声子贡献，得益于其碳原子之间强共价键结合和独特的二维结构，热导率最高可达5300w·m-1·k-1，同时，密度较低，柔韧性好，在热传导和散热方面具有明显的优势。然而，石墨烯在实际应用时容易掉落粉尘而导致器件短路。因此，如何结合铝和石墨烯的优缺点，将二者进行连接制备成复合扩热板，从而应用在大功率器件的散热中，提出了技术可能性。由于石墨烯与铝合金的结构差异很大，使得石墨烯和铝合金的钎焊中存在许多问题，主要体现在钎料在基板上难以润湿。一般而言，金属在石墨烯上的润湿性很差，另外，铝的化学性质活泼，表面生成的致密氧化膜也会阻碍钎焊过程中钎料的润湿铺展，难
4、针对这一现状，国内外学者通过在钎料中添加活性金属，或者通过真空蒸镀、化学镀、磁控溅射等方法在石墨烯和金属表面进行改性，以期实现石墨烯和金属的连接。现有研究大多都采用活性钎焊对石墨烯和金属进行焊接，但活性钎焊的钎焊温度较高，一般高于铝合金的熔点，因此不适用于石墨烯/铝合金复合扩热板的制造。因此仍需开发新的技术，以满足应用需要。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，克服钎焊时钎料在石墨烯和铝合金表面润湿性、铺展性差的问题。制备出的扩热板能够结合石墨烯高导热和铝合金密度小的优点，在保证扩热板轻量的同时，将大功率器件产生的热量及时导出，其热导率在650～800w·m-1·k-1之间，高于银、铜、铝等金属的热导率。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，扩热板由石墨烯板1、铝合金盖板2、槽形铝合金底板3和sn基软钎料4组成，制备工艺包括以下步骤：
4、步骤1，采用磁控溅射方法对石墨烯板1上下表面均依次制备钛镀膜和镍镀膜；
5、步骤2，采用化学镀方法在铝合金盖板2、槽形铝合金底板3表面制备镍镀膜；
6、步骤3，用箔状sn基软钎料4铺满具有镍镀膜的槽形铝合金底板的凹槽内部；
7、步骤4，将镀有钛膜和镍膜的石墨烯板放入凹槽内，然后将箔状sn基软钎料铺满镀有钛膜和镍膜的石墨烯板上表面，接着用镀有镍膜的铝合金盖板进行压合，得到镀有镍膜的铝合金盖板/箔状sn基软钎料/镀有钛膜和镍膜的石墨烯板/箔状sn基软钎料/镀有镍膜的槽形铝合金底板复合结构的预制焊件；
8、步骤5，将装配好的预制焊件放入真空钎焊炉中进行焊接，得到石墨烯/金属复合扩热板。
9、优选的，步骤1所述的磁控溅射包括以下步骤：
10、步骤1-1，将石墨烯板和经超声波清洗、吹干的钛靶材和镍靶材放置于磁控溅射系统样品台和靶材台，在真空条件下对石墨烯基板进行预热，升温至150℃～250℃；
11、步骤1-2，向样品室通入高纯氩气，氩气流量为20ml·min-1～30ml·min-1，工作压强为0.2pa～0.5pa；
12、步骤1-3，向石墨烯板表面溅射钛镀膜：溅射功率80w～100w，溅射时间10min～55min；
13、步骤1-4，将样品台公转到镍靶材，向镀有钛膜的石墨烯板表面溅射镍镀膜：溅射功率100w～120w，溅射时间10min～55min。
14、进一步地，步骤1-1中所述的超声波清洗和吹干处理是将靶材依次浸入丙酮、酒精、去离子水中超声清洗15min～20min，最后吹干。
15、进一步地，步骤1-1中所述的真空条件是真空度为1.5×10-3pa～5×10-4pa。
16、优选的，步骤2所述的化学镀是将铝合金放入铝清洗液中浸泡1min～3min，用去离子水冲洗放入铝沉锌液中浸泡30s～60s，用去离子水冲洗；放入88℃～92℃的铝镀镍液中浸泡20min～30min，用去离子水冲洗并吹干。
17、优选的，步骤5所述的焊接是将装配好的预制焊件放入真空钎焊炉中，在真空条件下，以5℃·min-1～10℃·min-1的升温速率使真空钎焊炉内的温度升至240℃～350℃，保温20min～40min后随炉冷却，将焊件从真空钎焊炉中取出。
18、进一步地，步骤5所述的真空条件是真空度为5×10-3pa。
19、优选的，所述sn基软钎料包括sn63pb37钎料和sn3.0ag0.5cu钎料。
20、本专利技术制备出的石墨烯/金属复合扩热板的热导率在650～800w·m-1·k-1之间。
21、本专利技术具有以下有益效果：
22、将高导热石墨烯板放置于铝合金结构中间，避免了石墨烯板表面易掉粉造成器件短路的缺点。
23、在石墨烯板和铝合金表面制备的镀膜改善了sn基软钎料在其表面的润湿性和铺展性，实现了石墨烯板和铝合金的钎焊连接。
24、本专利技术获得的石墨烯/金属复合扩热板结合了石墨烯高导热和铝合金密度小的优点，在保证扩热板轻量的同时，能够将大功率器件产生的热量及时导出，其热导率到达了650～800w·m-1·k-1，可有效保证设备的安全运行和工作。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，扩热板由石墨烯板(1)、铝合金盖板(2)、槽形铝合金底板(3)和Sn基软钎料(4)组成，具体制备包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1所述的磁控溅射包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1-1中所述的超声波清洗和吹干处理是将靶材依次浸入丙酮、酒精、去离子水中超声清洗15min～20min，最后吹干。
4.根据权利要求2所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1-1中所述的真空条件是真空度为1.5×10-3Pa～5×10-4Pa。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤2所述的化学镀是将铝合金放入铝清洗液中浸泡1min～3min，用去离子水冲洗放入铝沉锌液中浸泡30s～60s，用去离子水冲洗；放入88℃～92℃的铝镀镍液中浸泡20min～30min，用去离子水冲洗并吹干。
6.根据权利要求1所述
7.根据权利要求6所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤5所述的真空条件是真空度为5×10-3Pa。
8.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，所述Sn基软钎料包括Sn63Pb37钎料和Sn3.0Ag0.5Cu钎料。
9.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，所述的石墨烯/金属复合扩热板的热导率在650～800W·m-1·K-1之间。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，扩热板由石墨烯板(1)、铝合金盖板(2)、槽形铝合金底板(3)和sn基软钎料(4)组成，具体制备包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1所述的磁控溅射包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1-1中所述的超声波清洗和吹干处理是将靶材依次浸入丙酮、酒精、去离子水中超声清洗15min～20min，最后吹干。
4.根据权利要求2所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤1-1中所述的真空条件是真空度为1.5×10-3pa～5×10-4pa。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合扩热板的钎焊制备工艺，其特征在于，步骤2所述的化学镀是将铝合金放入铝清洗液中浸泡1min～3min，用去离子水冲洗放入铝沉锌液中浸泡30s～60s，用去...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树海，刘雅佳，王冬，杨健，叶政，黄继华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。