一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层及其制备方法

本发明涉及散热材料，尤其是涉及一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、电子产品工作过程中会产生热量，由此导致温度升高，需要及时把这些热量散失出去，否则将会影响电子产品工作稳定性和安全性。电子产品的散热通常采用各种类型的散热器来实现。散热器的散热效果与散热器材料的导热率和表面热辐射率。铝因导热率高、价格低和易加工等特性而成为散热器主要制造材料。然而，铝作为金属材料，其表面热辐射率较低，因此在铝表面引入高热辐射率涂层是提高铝散热器性能的重要途经。

2、铝表面高热辐射涂层的成分特征是含有热辐射率高的物质填料。金属氧化物、氮化物、碳化物及碳黑、石墨等物质的发射率较高，是制备高热发射率涂料的主要填料，其中，碳化硅具有良好的导热率和热辐射率，是一种有价值的高热辐射涂料填料。

3、美国哈比森耐火材料公司(hwi)生产了以sic为主填料的高辐射涂料，在1010～1400℃时的法向发射率为0.82～0.92，其主要用于生产面砖的隧道窑中，提高热能利用率，可节能5％～15％。李金凤将sic粉末与水性聚氨酯树脂混合配制成浆料，涂敷在铝箔表面制备了涂层，发现sic添加量为20％时能够明显提高涂层的散热性。聂钰节等制备了一种sic为填料的水性散热降温涂料。研究表明，sic填料粒径为60nm，填料质量分数30％，涂层厚度42μm时，散热降温效果最好。上述研究成果均证实含有sic粉末填料的涂层具有良好的散热性能。

4、另外，目前用于铝合金表面散热涂层一般都采用树脂基体涂料制备的。树脂涂料主要由树脂、填料、溶剂和助剂组成，其中，树脂是主要组成部分，赋予涂层强度和结构完整性。树脂材料内部存在大量界面和缺陷，热导率普遍很低，从而大大限制了涂层的散热效果。采用金属基陶瓷复合材料是提高sic涂层散热性的关键。遗憾地是，由于sic陶瓷与铝金属的性能差异大、冶金相容性差，并且铝的熔点低，不能采用高温烧结，因此在铝表面制备非树脂基sic陶瓷涂层的技术难度很大。

5、zhang采用液相等离子体辅助电泳烧结(lpes)法在铝合金表面制备了一种sic/hbn纳米复合陶瓷涂层。外加电压不低于600v，电解液温度在70～90℃之间。独特的参数促成了等离子体辅助的sic和hbn纳米颗粒协同电泳，然后通过sio2基玻璃相烧结在一起。sic/hbn纳米复合涂层增强了3～20μm波长的红外发射率，特别是在3～8μm波长下，该值高达0.86。然而，这种方法不仅工艺复杂、效率低，而且对铝基板的尺寸和形状有要求，实际应用受到限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层及其制备方法，采用低熔点的铝合金钎料代替树脂，提高涂层的散热效果；且采用钎剂促进sic与铝合金钎料液体的冶金反应，采用机械打磨方法使涂层表面的碳化硅裸露，增大涂层表面的微观粗糙度和散热面积；该工艺简单，生产效率高。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将碳化硅粉、铝合金粉和钎剂粉末按比例混合后并球磨；将球磨后的混合粉末用无水乙醇调成糊状涂料；

4、s2、在铝合金板上切取基板试样，并进行清洗；

5、s3、将s1中的糊状涂料涂敷在清洗后的铝合金基板试样的一侧，然后进行气氛保护炉钎涂；

6、s4、钎涂结束后，进行涂层表面打磨。

7、优选的，所述s1中，碳化硅粉、铝合金粉与钎剂粉末的重量比为(0.5～5)：1：1；铝合金粉为钎料合金hl401粉，化学组成为al-5si-28cu；钎剂粉末为qj201粉，化学组成为kcl-32licl-8zncl2-10naf。

8、优选的，所述s1中，球磨过程在真空球墨罐内进行，采用正反交替模式，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为0.5～2h。

9、优选的，所述s2中，铝合金板的牌号为6061，铝合金基板试样的规格为50mm×50mm。

10、优选的，所述s2中，清洗过程为首先采用碱性清洗液清洗基板试样表面，然后将清洗后的基板试样放入硝酸水溶液中3～4s，取出后用清水冲洗；

11、所述碱性清洗液为na2co3-na2cro4-naoh；清洗温度为80～100℃，清洗时间为3～5min。

12、优选的，所述s3中，涂敷的厚度为0.5～2mm；气氛保护炉钎涂的过程为：

13、1)将铝合金基板试样的涂料层向上、水平放置在带有通气保护的电炉内，依次关闭炉门，通入氩气，通电加热，加热温度为550～600℃，时间为5～10min，然后断电冷却；

14、2)待炉温降低到300℃以下时，打开炉门，取出铝合金基板试样，放入40～60℃的温水中冷却1～5min，取出后冷风吹干。

15、优选的，所述s4中，打磨方式为钢丝刷打磨、砂纸打磨或喷砂打磨。

16、通过上述制备方法制备得到一种增强铝表面散热的陶瓷复合涂层。

17、优选的，所述陶瓷复合涂层的组成为碳化硅陶瓷和铝合金。

18、因此，本发明一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层及其制备方法，采用低熔点的铝合金钎料代替树脂，提高涂层的散热效果；且采用钎剂促进sic与铝合金钎料液体的冶金反应，采用机械打磨方法使涂层表面的碳化硅裸露，增大涂层表面的微观粗糙度和散热面积；该工艺简单，生产效率高。

19、下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中，碳化硅粉、铝合金粉与钎剂粉末的重量比为(0.5～5)：1：1；铝合金粉为钎料合金hl401粉，化学组成为al-5si-28cu；钎剂粉末为qj201粉，化学组成为kcl-32licl-8zncl2-10naf。

3.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中，球磨过程在真空球墨罐内进行，采用正反交替模式，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为0.5～2h。

4.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s2中，铝合金板的牌号为6061，铝合金基板试样的规格为50mm×50mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s2中，清洗过程为首先采用碱性清洗液清洗基板试样表面，然后将清洗后的基板试样放入硝酸水溶液中3～4s，取出后用清水冲洗；

6.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s3中，气氛保护炉钎涂的过程为：

7.根据权利要求1所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述s4中，打磨方式为钢丝刷打磨、砂纸打磨或喷砂打磨。

8.一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层，其特征在于：通过上述权利要求1-7任一项制备得到。

9.根据权利要求8所述的一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层，其特征在于：所述陶瓷复合涂层的组成为碳化硅陶瓷和铝合金。

技术总结本发明公开了一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层的制备方法，属于散热材料技术领域，包括以下步骤：S1、通过碳化硅粉、铝合金粉和钎剂粉末制备糊状涂料；S2、在铝合金板上切取基板试样，并进行清洗；S3、将S1中的糊状涂料涂敷在清洗后的铝合金基板试样的一侧，然后进行气氛保护炉钎涂；S4、钎涂结束后，进行涂层表面打磨；通过该步骤制备一种陶瓷复合涂层。本发明一种用于增强铝表面散热的陶瓷复合涂层及其制备方法，采用低熔点的铝合金钎料代替树脂，提高涂层的散热效果；且采用钎剂促进SiC与铝合金钎料液体的冶金反应，采用机械打磨方法使涂层表面的碳化硅裸露，并增大涂层表面的微观粗糙度和散热面积，该工艺简单，生产效率高。技术研发人员：赵兴科,赵增磊受保护的技术使用者：北京科技大学顺德创新学院技术研发日：技术公布日：2024/8/1