本發(fā)明涉及一種熔點(diǎn)為300±5℃的金屬，該金屬的溫度較低，可廣泛用于航天熱控、先進(jìn)能源、信息電子等需降低接觸熱阻或電阻的導(dǎo)熱、導(dǎo)電及散熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在一些電子設(shè)備散熱系統(tǒng)中，多數(shù)使用相變材料散熱的方法，但由于傳統(tǒng)相變材料為非金屬材料，材料密度較小，單位體積的相變潛熱較小。又由于其導(dǎo)熱系數(shù)低，相變材料的體積過大會導(dǎo)致系統(tǒng)熱阻過大。因此，在電子設(shè)備散熱系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的相變材料的相變潛熱往往不足以滿足系統(tǒng)工作時間內(nèi)散熱需求，相變材料的加入多為平衡系統(tǒng)不同工作狀態(tài)時的芯片溫度，而對散熱系統(tǒng)功耗和體積的優(yōu)化效果不大。因此，人們繼而研究出一種熱導(dǎo)率高、熔點(diǎn)較低的金屬、利用電磁泵的循環(huán)來對電子設(shè)備進(jìn)行散熱。

低熔點(diǎn)合金，是指熔點(diǎn)低于232℃(Sn的熔點(diǎn))的易熔合金；通常由B i、Sn、Pb、In等金屬元素組成。低熔點(diǎn)合金常被廣泛地用做焊料，以及電器、蒸汽、消防、火災(zāi)報警等裝置中的保險絲、熔斷器等熱敏組件，是一類頗具發(fā)展?jié)摿Φ牡腿埸c(diǎn)合金新型材料。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對于低溫控制方面需求越來越精細(xì)，例如電子設(shè)備在某些特定溫度下才能發(fā)揮更好的特性，因此需要將電子設(shè)備溫度控制在該特定溫度以下；或者通過在特定溫度上進(jìn)行金屬熔斷，將環(huán)境溫度控制在預(yù)定溫度之下。因此人們對特定熔點(diǎn)金屬，尤其是低熔點(diǎn)金屬存在長期需求。

然而，對于那些需求散熱溫度不高也不低(如500℃左右)的電子設(shè)備來說，金屬循環(huán)散熱需要花費(fèi)的電量等成本過高，且人們在熔點(diǎn)范圍為232-1000℃的金屬合金的研究上非常少，而在這個范圍內(nèi)的純金屬，公知的有鉍(熔點(diǎn)271.5℃)、鉈(熔點(diǎn)304℃)、鎘(熔點(diǎn)321.1℃)、鎘(熔點(diǎn)327.5℃)、鋅(熔點(diǎn)419.5℃)等，但是，這些純金屬，要么是公知的具有很大的毒性(鉈、鎘、鎘、鉍)，要么受到金屬表面氧化的影響，金屬的熔點(diǎn)變化大及熔化的速度也會有所降低。因此，人們急需一種價格低廉、無毒并且具有抗氧化性的熔點(diǎn)在不太高的金屬來用于電子設(shè)備等的散熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種熔點(diǎn)為300±5℃的金屬及其制備方法和應(yīng)用。該金屬合金用于循環(huán)散熱系統(tǒng)時，既能在電子設(shè)備散熱溫度較低時，采用相變吸熱來給金屬散熱，又能在電子設(shè)備散熱溫度較高時，采用金屬液體循環(huán)進(jìn)行散熱。

本發(fā)明的發(fā)明者考慮到本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)需求，經(jīng)過反復(fù)試驗，提出并制備了根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種熔點(diǎn)居中的金屬，其包含銦和銅，所述銦和銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為：銦83％～86％、銅14％～17％。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種循環(huán)散熱系統(tǒng)，其包含散熱器以及其中儲存有根據(jù)本發(fā)明所制備的金屬的腔體，所述腔體鑲嵌在散熱器基板中。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其中所述腔體為封閉曲線管道。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其還包含有電磁泵，所述電磁泵安裝在散熱器和熱源之間的回路上，并僅在所述金屬全部變成液態(tài)之后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其還含有布置在距離熱源最遠(yuǎn)處的溫度傳感器，該溫度傳感器在檢測到金屬的溫度高于其熔點(diǎn)時，發(fā)出啟動信號以便啟動所述電磁泵的運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其還含有布置在距離熱源最遠(yuǎn)處的流動傳感器，該傳感器在檢測到金屬的流動時，發(fā)出啟動信號以便啟動所述電磁泵的運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其中所述腔體的截面為帶倒角的長方形、圓形或橢圓形。

根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)，其中所述截面的當(dāng)量直徑范圍為1mm～20mm的常規(guī)尺寸或為0.1mm～1mm的微通道尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了制備根據(jù)本發(fā)明的金屬的方法，其包含以下步驟：在隔絕空氣條件下，將預(yù)定分量的金屬銦熔化；往熔化的銦中加入預(yù)定分量的金屬銅，對兩者持續(xù)加熱并攪拌成熔融狀態(tài)；將熔融合金保持在500～550℃溫度范圍內(nèi)并對其持續(xù)攪拌2-3h，以確保兩種金屬充分熔合；以及在隔絕空氣的條件下，使熔融的合金自然冷卻。

根據(jù)本發(fā)明的的金屬制備方法，還包含：在緊接著金屬銦和銅被持續(xù)加熱并攪拌成熔融狀態(tài)之后，再添加預(yù)定分量的金屬鋅，并加熱攪拌，直至合金成熔融狀態(tài)

根據(jù)本發(fā)明所制備的金屬熔點(diǎn)為300±3℃。通過將所述金屬封閉在循環(huán)散熱系統(tǒng)的封閉腔體中可以實現(xiàn)相變儲能循環(huán)散熱。通過溫度控制器或檢測金屬的相變情況的傳感器，監(jiān)測金屬的溫度或相態(tài)來判斷系統(tǒng)的散熱性能，從而調(diào)整電磁泵供電電源的開關(guān)和功率大小來控制金屬的工作狀態(tài)，進(jìn)而控制系統(tǒng)所應(yīng)用的環(huán)境的溫度。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。

圖1所示為使用根據(jù)本發(fā)明的金屬的一種循環(huán)散熱系統(tǒng)的實施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為使用根據(jù)本發(fā)明的金屬的一種循環(huán)散熱系統(tǒng)的實施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1-熱源，2-金屬腔體，3-電磁泵，4-散熱器，5-溫度控制器，6-散熱風(fēng)扇。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本公開相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本公開的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

在本公開使用的術(shù)語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本開。在本公開和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”是指并包含一個或多個相關(guān)聯(lián)的列出項目的任何或所有可能組合。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本公開可能采用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應(yīng)限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本公開范圍的情況下，第一可以被稱為第二，類似地，第二也可以被稱為第一。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當(dāng)……時”或“響應(yīng)于確定”。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本公開，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本公開作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

為了獲得熔點(diǎn)在300±3℃的金屬，發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)試驗，采用下述方法最終獲得一種主要含有銦銅點(diǎn)合金。具體制備過程如下：

首先，在隔絕空氣條件下，將預(yù)定量(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍83％～86％)的金屬銦加熱熔化。隨后，向熔化的銦中加入預(yù)定量(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍14％～17％)金屬銅，同時對兩者持續(xù)加熱并攪拌成熔融狀態(tài)。接著，將熔融合金保持在500～550℃溫度范圍內(nèi)并對其持續(xù)攪拌2-3h，以確保兩種金屬充分熔合，最后，在隔絕空氣的條件下，使熔融的合金自然冷卻，從而獲得熔點(diǎn)在300±3℃附近的合金。所述銦銅合金中可添加少量的鋅元素，所述鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1％～3％。如果需要加入鋅，則在銦銅充分熔合后，緊接著金屬鋅，邊加熱邊攪拌，直至合金成熔融狀態(tài)，將熔融合金保持在500～550℃溫度范圍內(nèi)并對其持續(xù)攪拌2-3h，以確保三種金屬充分熔合，最后，在隔絕空氣的條件下，使熔融的合金自然冷卻，從而獲得熔點(diǎn)在300±3℃附近的合金。

在上面提到了這些合金中各個金屬分量的范圍，這些分量可以在一定范圍內(nèi)變動，由此使得合金的熔點(diǎn)也在上述300±3℃的范圍內(nèi)變化。

該合金可以用于各種用途。由于該合金體現(xiàn)出的較高的相變儲能特性，因此可以應(yīng)用于各種適合于進(jìn)行相變儲能的應(yīng)用中。為此，本發(fā)明提出了一種金屬相變儲能循環(huán)散熱系統(tǒng)。

圖1所示為使用根據(jù)本發(fā)明的金屬的一種相變儲能循環(huán)散熱系統(tǒng)的實施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為使用根據(jù)本發(fā)明的金屬的一種循環(huán)散熱系統(tǒng)的實施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和2所示，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)散熱系統(tǒng)包括：熱源1，金屬腔體2，電磁泵3，散熱器4，溫度控制器5，散熱風(fēng)扇6。所述金屬腔體2鑲嵌在散熱器4基板中，其中填充熔點(diǎn)為300±3℃的金屬。所述金屬腔體2的軌跡為任意形狀的封閉曲線，且整體密封，形成所述金屬在液相狀態(tài)下的流通管路。

所述金屬在環(huán)境溫度低于其熔點(diǎn)時，保持其固體狀態(tài)，并在環(huán)境溫度上升時，吸收環(huán)境內(nèi)的熱量，使得環(huán)境溫度保持不超過其熔點(diǎn)。在環(huán)境溫度不劇烈變化的情況下，僅僅通過容納在腔體2內(nèi)的一定量的金屬的相變儲熱能力即可以防止環(huán)境溫度的上升。

所述電磁泵3安裝在散熱器4基板上熱源1與散熱器4之間的液態(tài)金屬流通管路2，用于在被通電運(yùn)行時驅(qū)動腔體2中的液態(tài)金屬。從而在環(huán)境溫度劇烈上升時，通過液態(tài)金屬的快速熱交換特性迅速吸收熱源處產(chǎn)生的熱量，并迅速將所吸收的熱量在散熱器4處傳遞給散熱器4，以便加速環(huán)境熱量的排出，從而降低環(huán)境溫度。

為此，在該散熱系統(tǒng)中設(shè)置有溫度傳感器5或流量或粘稠度檢測器5，以便感測腔體2中金屬是否已經(jīng)完全處于液相。該傳感器5或檢測器5通常設(shè)置在流通管道2中距離熱源1最遠(yuǎn)的位置，并且在檢測到該位置處的金屬的溫度高于其熔點(diǎn)或者該位置處的金屬的粘稠度低于其可流動粘稠度時，向電磁泵3發(fā)出啟動信號，使得電磁泵進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。所述溫度傳感器5或流量或粘稠度檢測器5還根據(jù)實時檢測到的溫度或流量或粘稠度，調(diào)節(jié)所述電磁泵3的施加電流大小，從而控制其運(yùn)行狀態(tài)。舉例而言，溫度傳感器5通過監(jiān)測金屬的溫度來判斷系統(tǒng)的散熱性能，從而調(diào)整電磁泵供電電源的開關(guān)和功率大小來控制金屬的工作狀態(tài)，進(jìn)而控制系統(tǒng)的溫度。

由于金屬在流動過程中需要通電，因此為了防止漏電，需要所述金屬腔體或管路2內(nèi)壁涂覆一層絕緣材料。所述金屬腔體或管路2本身的材質(zhì)可以為金屬。所述金屬腔體或管道2的截面為帶倒角的長方形、圓形或橢圓形。所述截面的當(dāng)量直徑范圍為1mm-20mm的常規(guī)尺寸或為0.1mm-1mm的微通道尺寸。根據(jù)散熱系統(tǒng)的應(yīng)用場合不同，例如在需要大功率散熱的場合，所述金屬腔體或管道2的截面的當(dāng)量直徑可為15mm、20mm。在一些微小的應(yīng)用場合，例如芯片散熱領(lǐng)域，該所述金屬腔體或管道2的截面為圓形或橢圓形，其截面的當(dāng)量直徑為0.1mm、0.5mm、1mm。

所述散熱器4從上到下依次由基板、散熱翅片和散熱風(fēng)扇6組成。所述散熱翅片布滿整個散熱器基板上。所述散熱翅片布置在所述散熱風(fēng)扇6的作用范圍內(nèi)，或者說，散熱翅片正對著散熱風(fēng)扇6的出風(fēng)口。

通過上述結(jié)構(gòu)的散熱系統(tǒng)使用根據(jù)本發(fā)明的金屬作為傳熱介質(zhì)，在使用時，當(dāng)熱源發(fā)熱量較小或環(huán)境溫度較低時，發(fā)熱時間較短時，金屬從熱源處或環(huán)境中吸收的熱量不足以使其融化，溫度傳感器檢測出溫度未達(dá)到金屬的熔點(diǎn)，從而不會觸發(fā)其向電磁泵發(fā)出啟動信號，因此電池泵處于斷電不工作狀態(tài)，此時，滿足低功率熱源的散熱。當(dāng)熱源發(fā)熱量增大，發(fā)熱時間延長時，金屬吸收足夠的熱量即發(fā)生相變，變?yōu)楣桃夯旌衔锘蛞簯B(tài)，溫度控制器檢測出溫度達(dá)到金屬的熔點(diǎn)，即給電磁泵通電，電磁泵處于工作狀態(tài)，此時，滿足高功率熱源的散熱。

根據(jù)本發(fā)明所述的金屬，具有如下優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)為300±3℃的金屬作為相變儲熱及散熱材料使用，其相變潛熱大、導(dǎo)熱系數(shù)高，應(yīng)用在短時間工作的系統(tǒng)中，可以大大降低發(fā)熱器件的溫度沖擊，同時可使散熱系統(tǒng)的體積減小、功耗降低。

根據(jù)本發(fā)明的金屬在循環(huán)散熱系統(tǒng)中應(yīng)用時，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)熱量較大，發(fā)熱時間較長時，金屬吸熱變?yōu)橐簯B(tài)，從而通過循環(huán)流動來散熱，系統(tǒng)散熱能力大大提高。

以上對本發(fā)明具體實施方式的描述，僅僅為了幫助理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，這并不意味著本發(fā)明所有應(yīng)用只能局限在這些特定的具體實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以上所述的具體實施方式，只是多種優(yōu)選實施方式中的一些示例。任何體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的具體實施方式，均應(yīng)在本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ι衔母骶唧w實施方式中所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以上結(jié)合具體實施例描述了本公開的基本原理，但是，需要指出的是，上述具體實施方式，并不構(gòu)成對本公開保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，取決于設(shè)計要求和其他因素，可以發(fā)生各種各樣的修改、組合、子組合和替代。任何在本公開的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開保護(hù)范圍之內(nèi)。