專利名稱：：結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明整體涉及結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。更具體地講，本發(fā)明涉及成形的多孔金屬制品以及所述制品的制造和使用方法。
背景技術(shù)：
：一種用于散熱元件的冷卻系統(tǒng)包括蒸發(fā)或沸騰的流體。然后使用外部裝置冷凝產(chǎn)生的蒸汽并且將其送回鍋爐。為了改善鍋爐處流體的熱傳遞，可使用多孔沸騰表面。可使用多種多孔沸騰表面，包括，例如，通過火焰或等離子噴涂制成的涂層。但使用這些工藝可能難于控制孔隙度和均勻地涂布三維基底。其它已知的涂層包括與有機粘結(jié)劑結(jié)合的傳導顆粒。這些涂層通常具有低劣的體積熱導率，因此需要精確的厚度控制，這在具有三維表面的基底上是困難。隨著集成電路和其它散熱電子器件變得更加強大和緊湊，就需要提高從這些散熱元件傳遞熱的速率。因此，對于高熱傳遞系數(shù)的多孔鍋爐的開發(fā)存在著持續(xù)的需求。此外，對于可方便地用于制造工藝的便宜的多孔鍋爐存在著持續(xù)的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明整體涉及結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。更具體地講，本發(fā)明涉及多孔金屬制品以及制造和使用所述制品的方法。此類制品可用作用于諸如制冷系統(tǒng)和電子冷卻系統(tǒng)之類冷卻器件的蒸發(fā)器。此類結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品同時用于單相或雙相熱傳遞系統(tǒng)中。在一些實施例中，該制品被用作熱虹吸器中的蒸發(fā)器，所述熱虹吸器用來冷卻集成電路，例如微處理器。在一個方面，本公開提供了一種結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，所述制品包括多個金屬體和多個間隙元件，所述間隙元件設置在多個金屬體之間并使它們相互連接。金屬體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含選自由下列金屬組成的組的第一金屬鋁、銅、銀、以及它們的合金；所述外部部分包含合金，所述合金包含第一金屬和選自由下列金屬組成的組的第二金屬銅、銀、和鎂。間隙元件包括外部部分的A仝n五o在一些實施例中，第一金屬包含銅，第二金屬包含銀，并且間隙元件包含銀和銅的合金。在其它實施例中，第一金屬包含鋁，第二金屬包含鎂，并且間隙元件包含鋁和鎂的合金。在一個方面，本公開提供了一種結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，所述制品包括多個金屬體和多個間隙元件，所述間隙元件設置在多個金屬體之間并使它們相互連接。金屬體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含選自由下列金屬組成的組的第一金屬鋁、銅、銀、以及它們的合金；所述外部部分包含合金，所述合金包含第一金屬和選自由下列金屬組成的組的第二金屬銅、銀、和鎂。金屬體在它們的內(nèi)部部分中包括金剛石。除了第一金屬之外，還可利用中間涂層涂布這些金剛石，所述中間涂層包含選自由下列元素組成的組鉻、鈷、錳、鉬、鎳、硅、鉭、鈦、鎢、釩、鋯、以及它們的合金的碳化物形成物。間隙元件包括外部部分的合金。在另一方面，本公開提供了用于形成結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的方法。這些方法包括提供具有預定排列的模具腔體的生產(chǎn)工具、以及將包括粘結(jié)劑和多個金屬體的組合物沉積到該生產(chǎn)工具上。金屬體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含具有熔融溫度為Tmp,的第一金屬；所述外部部分包含具有熔融溫度為Tmp2的第二金屬。然后將組合物加熱至小于Tmpl和Tmp2的溫度，形成包含第一金屬和第二金屬的合金，所述合金使所述多個金屬體相互粘結(jié)并且粘結(jié)到散熱基底上。此工藝被稱為等溫再凝固。在另一方面，提供用于使用本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品冷卻散熱器件的方法。在本公開的上下文中術(shù)語"有效孔隙度"指某個本體中互連的孔體積或空隙空間，促成基體中的流體流或滲透性。有效孔隙度不包括可能存在于基體中的孤立的孔。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的有效孔隙度測量不包括可能是結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品組成部分的無孔基底或其它無孔層。術(shù)語"單元密度"指規(guī)定體積的指定單元數(shù)。例如，如果如本公開所述的多孔基體包括100個金屬體并且占據(jù)1立方厘米的體積，這些金屬體的單元密度就是100個金屬體/立方厘米。術(shù)語"長寬比"指三維體的最長尺寸(即，"總長度")和正交于該總長度尺寸的最長尺寸(即，"總寬度")的比率。術(shù)語"基本球形"指長寬比介于約1和1.5之間的和基本球形形狀的三維體。術(shù)語"精確成形的熱傳遞復合體"指具有模制形狀的熱傳遞復合體，所述模制形狀大約為用于形成該模制形狀的模具腔體的反相。術(shù)語"結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品"指包括多個三維成形的熱傳遞復合體的熱傳遞制品。本公開的上述
發(fā)明內(nèi)容不是旨在描述本發(fā)明公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的每一種具體實施的每個公開實施例的。其后的附圖和具體實施方式提供更具體地說明的示例性實施例。使用端點詳敘述的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)包容的所有數(shù)字(例如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、4、4.80和5)。圖1為本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的透視圖2A為用于制造本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的兩個示例性前體金屬體的側(cè)視圖2B為圖2A所示的兩個示例性前體金屬體的剖視圖2C為在使用本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的方法形成間隙元件，從而將這兩個金屬體連接在一起以后的圖2A所示兩個示例性金屬體的側(cè)視圖3為本公開的示例性結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的一部分的示例性透視圖4為本公開的示例性結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的一部分的示例性橫截面?zhèn)纫晥D5為包括帶涂層的金剛石的示例性前體復合體的剖視圖；圖6為用于制造本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的示例性裝置的示意圖；以及圖7為表示示例性實施例試驗結(jié)果的曲線圖。這些理想化的圖未按比例繪制且僅旨在作為說明本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的示例，并且它們是非限制性的。具體實施例方式圖1為本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品10的透視圖。如圖1所示，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品10包括多個成形的熱傳遞復合體90。熱傳遞復合體包括通過間隙元件相互連接的多個金屬體。圖2A至2C示出形成本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的順序。這些圖為表示結(jié)合在一起的兩個示例性前體金屬體的簡化示圖。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品通常由大量的前體金屬體形成，所述金屬體在三維多孔基體中結(jié)合在一起。圖2A為用于制造本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的兩個示例性前體金屬體的側(cè)視圖。如圖2A所示，前體金屬體200、200'可有大約相同的尺寸。在其它實施例中，這些前體金屬體可有不同的尺寸。如圖2A所示，前體金屬體可基本上為球形的?？捎糜谥圃旄鶕?jù)本公開所述的涂層的前體金屬體通常平均直徑至少1微米。在一些實施例中，前體金屬體的平均直徑至少5微米。在另一些實施例中，前體金屬體的平均直徑至少10微米。可用于制造根據(jù)本公開所述的涂層的前體金屬體通常平均直徑不大于100微米。在一些實施例中，前體金屬體的平均直徑不大于50微米。在另一些實施例中，前體金屬體的平均直徑不大于30微米。一些實施例使用長寬比在1至2范圍內(nèi)的前體金屬體。在其它實施例中，前體金屬體為橢圓形的且長寬比大于1.5。在另一些實施例中，前體金屬體可為多面體(例如，立方八面體)或其它無規(guī)形狀的金屬體，包括，例如，薄片、小片、纖維、板、圓柱體、以及針狀體。如果前體金屬體為非球形的，金屬體的"直徑"就表示每個金屬體的最小軸尺寸，并且"平均直徑"指該組中的各個金屬體直徑(即，每個金屬體的最小軸尺寸)的平均值。圖2B為圖2A所示的兩個示例性前體金屬體200、200'的剖視圖。如圖2B所示，每個前體金屬體均包括內(nèi)部部分250、250'和外部部分240、240'。在一些實施例中，內(nèi)部部分250、250'包含選自由下列金屬組成的組的金屬鋁、銅、銀、以及它們的合金。在一些實施例中，外部部分240、240'包含選自由下列金屬組成的組的金屬銅、銀、鎂、以及它們的合金。在另一些實施例中，內(nèi)部部分包括熔融溫度為Tmp,的金屬，外部部分包括熔融溫度為Tmp2的金屬，并且在加熱至小于Tmpl或Tmp2的溫度時，形成包含內(nèi)部部分和外部部分的金屬的合金。在一些實施例中，前體金屬體的內(nèi)部部分和外部部分中金屬的選擇依據(jù)是它們的熱導率和/或它們的合金形成特性。在一些實施例中，外部部分被均勻地施用到內(nèi)部部分上，從而外部部分具有均勻的厚度。在其它實施例中，外涂層的厚度可不同。在一些優(yōu)選的實施例中，外部部分覆蓋大部分的內(nèi)部部分外表面。在一些實施例中，外部部分覆蓋90%以上的內(nèi)部部分外表面。在另一些實施例中，外部部分完全覆蓋內(nèi)部部分外表面。用來形成外部部分的材料量可用相對重量或厚度表示。例如，在一些實施例中，外部部分按金屬體前體的重量計約占10%。外部部分按金屬體前體的重量計通常占約0.05%至30%。在其它實施例中，外部部分的平均厚度在0.001微米至0.5微米范圍內(nèi)。在一些實施例中，外部部分的平均厚度在0.01微米至0.05微米范圍內(nèi)。一種具有銅內(nèi)部部分和銀外部部分的示例性可用前體金屬體可以商品名"SILVERCOATEDCOPPERPOWDER#107"得自FerroCorp.，(Plainfield,NewJersey)。其它可用的前體金屬體包括，例如，涂布鎂的鋁顆粒。前體金屬體可使用本領(lǐng)域人員已知的任何方法來形成，所述方法，包括，例如物理氣相沉積(例如，參見美國專利申請公布2005/0095189Al(Brey等人))、等離子沉積、化學鍍、電鍍、或浸鍍。圖2C為圖2A和2B所示的結(jié)合在一起，形成結(jié)構(gòu)體260的兩個示例性前體金屬體200、200'的側(cè)視圖。如圖2C所示，使用本公開的方法形成間隙元件270，從而將兩個金屬體連接在一起。通過如下方式形成間隙元件270:使前體金屬體經(jīng)受高溫，使前體金屬體的內(nèi)部部分和外部部分金屬形成將金屬體粘結(jié)在一起的合金。此工藝被稱為等溫再凝固。在一些實施例中，形成共晶體，與形成合金的各個金屬相比，共晶體的熔點較低。因為在等溫再凝固過程期間，擴散可在各種金屬界面的組合物中導致連續(xù)變化，所以形成的共晶體可能是暫時的。在一些實施例中，等溫再凝固過程發(fā)生在，諸如，例如，可得自Hayes，Cranston,RhodeIsland的VCT型真空爐之類的還原爐或真空爐中。圖5為內(nèi)部部分包括帶涂層的金剛石的示例性前體金屬體的剖視圖。如圖5所示，前體金屬體的內(nèi)部部分包括金剛石552、中間涂層554、以及第一金屬550。外部部分540包含第二金屬。涂布金剛石的中間涂層可包含任何已知的碳化物形成物，包括，例如，鉻、鈷、錳、鉬、鎳、硅、鉭、鈦、鎢、釩、鋯、以及它們的合金?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的任何技術(shù)，包括，例如，物理氣相沉積、化學氣相沉積、熔鹽沉積(例如，參見EP0786506Al(Karas等人))、熔鹽中電解、和機械鍍覆，將中間涂層施加到金剛石上。在一些實施例中，涂布金剛石的中間涂層包括多層。雖然不希望受任何理論的約束，但據(jù)信涂層包封的金剛石熱導率可增強結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的性能。在一些實施例中，(涂布的或未涂布的)金剛石可與(帶有或不帶有內(nèi)部金剛石的)多個前體金屬體組合，形成具有通過間隙元件結(jié)合在一起的金屬體和金剛石的混合物的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。其它材料也可被包封或與金屬體組合，包括，例如，多晶金剛石、人造金剛石、多晶金剛石致密物(PDC)、同位素純金剛石、以及它們的組合。如上所述，圖2A至2C為示出兩個結(jié)合在一起的示例性前體金屬體的簡化示圖。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品通常由大量的前體金屬體形成，所述金屬體在三維多孔基體中結(jié)合在一起。每個金屬前體金屬體均可與i，2，3，4，5，或更多個其它金屬前體金屬體結(jié)合，形成三維多孔基體。圖3為本公開的示例性結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的一部分的示例性透視圖。如圖3所示，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品360包括通過間隙元件370相互連接，形成三維多孔基體的多個金屬體300。間隙元件370也可將金屬體300粘結(jié)到基底上。在一些實施例中，本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的金屬體密度在約106至10"個金屬體/立方厘米范圍內(nèi)。在一些實施例中，本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的金屬體密度在約107至109個金屬體/立方厘米范圍內(nèi)。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的孔隙度通常在10%至60%的范圍內(nèi)。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的孔隙度為至少20%。在另一些實施例中，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的孔隙度為至少30%。圖4為本公開的示例性結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品460的一部分的示例性橫截面?zhèn)纫晥D。如圖4所示，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品460包括附連到可選基底480上的各為棱錐形狀的多個精確成形的熱傳遞復合體4卯、495。復合體490的剖視圖局部地擋住了定位在復合體490后面的復合體495下部視圖。然而，應當理解，復合體490和495具有類似的形狀和尺寸。復合體包括通過間隙元件470相互連接的多個金屬體400?？墒褂萌魏我阎募夹g(shù)將前體金屬體布置在基底上，為金屬體定位，制造三維多孔基體，所述技術(shù)包括例如重力、模具、和粘結(jié)劑(例如，可熱移除的粘結(jié)劑)。在一些實施例中，在基本平整的表面上放置并加熱一薄層的前體金屬體，形成結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。在其它實施例中，在等溫再凝固步驟之前和期間，可使用周邊的壁(即，模具)保持前體金屬體。在另一些實施例中，在等溫再凝固步驟之前和期間，可使用臨時粘結(jié)劑為前體金屬體定位。粘結(jié)劑可為任何已知的粘結(jié)劑，在等溫再凝固過程之前和期間它可將前體金屬體充分地粘附在一起。可用的粘結(jié)劑包括礦物油、有機硅油、煤油、以及聚乙烯縮丁醛。在一些優(yōu)選的實施例中，粘結(jié)劑在再凝固過程期間燒盡，因而從所得的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品中大體移除。可選擇粘結(jié)劑，從而形成具有糊狀稠度的漿料。在一些實施例中，可選擇粘結(jié)劑，將前體金屬體設置在三維表面的各種平面，包括，例如，垂直平面上。在一些實施例中，將可以商品名"DOWCORNING704DIFFUSIONPUMPFLUID"得自Dow-CorningCorp.，(Midland,Michigan),的油混合物、以及可以商品名"NOVECENGINEEREDFLUIDHFE-72DE"得自3MCo.，(St.Paul,Minnesota),的流體用作粘結(jié)劑?？墒褂?，例如，畫家噴槍將該混合物噴涂到設施上。在施用了該混合物之后，可將前體金屬體引到潤濕表面上。可重復該過程，直到達到所需厚度。如上所述，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品460描述了利用精確成形的熱傳遞復合體490、495示例性實施例。在其它實施例中，熱傳遞復合體不是精確成形的，而只是三維成形的。這些三維形狀在形狀和/或尺寸上可為無規(guī)的，或在形狀和/或尺寸上可為一致的。在一些實施例中，熱傳遞復合體包括通過將不同大小的位于粘結(jié)劑中的前體金屬體"小滴"滴落到某個表面上的方法，而不是使用模具，形成的無規(guī)形狀和尺寸。該表面可成為結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的整體部分(即，基底)，或可在成形之后從該表面移除結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。在圖4所述的實施例中，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品460具有附連到基底480上的復合體490、495?；?80為可選的。在一些實施例中，基底由與用于形成復合體490、495的相同的金屬體和間隙元件形成。在其它實施例中，基底由金屬形成?？蛇x擇用于形成間隙元件的合金，從而有利于將結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品附連到基底上。在一些實施例中，基底具有金屬表面，所述表面包含至少一種用于形成合金的金屬，所述合金形成間隙元件。例如，在一些實施例中，基底包含銅，前體金屬體的內(nèi)部部分包含銅，前體金屬體的外部部分包含銀，并且形成的間隙元件包括銅和銀的合金，其中至少部分的將一些金屬體粘結(jié)到基底上的間隙元件包含衍生自基底的銅。圖6為用于制造本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的示例性裝置的示意圖。如圖6所示，包括前體金屬體和粘結(jié)劑的漿料600通過壓力或重力從給料槽602流出和流到生產(chǎn)工具604上，填充其中的腔體(未示出)。如果漿料600沒有完全填滿腔體，所得的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品就將在熱傳遞復合體的表面上和/或在熱傳遞復合體的內(nèi)部存在空隙或小缺陷。將槳料引至生產(chǎn)工具的其它方法包括模具涂布和真空鍛模涂布。由于數(shù)種原因，優(yōu)選密切控制漿料的粘度。例如，如果粘度太高，就將難于將漿料施加到生產(chǎn)工具上。生產(chǎn)工具604可為束帶、薄片、涂布輥、安裝在涂布輥上的套管、或模具。在一些優(yōu)選的實施例中，生產(chǎn)工具604為涂布輥。通常，涂布輥的直徑介于25厘米和45厘米之間，并且利用諸如金屬之類的剛性材料制成。一旦安裝在涂布機上，就可由電動馬達為生產(chǎn)工具604提供動力。生產(chǎn)工具604在其表面上具有至少一種特定形狀的預定排列，它是熱傳遞復合體的預定排列的特定形狀的反相。盡管可使用塑料工具，但是也可以利用金屬制備用于此工藝的生產(chǎn)工具。可通過刻蝕、銑切、裝配將機械加工，或其它機械方法，或通過電鑄加工的所需構(gòu)造的一組多個金屬部件制成金屬制生產(chǎn)工具。這些技術(shù)更多地描述于下列文獻中EncyclopediaofPolymerScienceandTechnology,第8巻，JohnWiley&Sons,Inc.(1968)，第651至665頁；以及美國專利3,689,346，第7列，第30至55行，所有文獻均以引用方式并入本文。在某些情況下，可從模型工具復制塑料生產(chǎn)工具。與金屬工具相比，塑料工具的優(yōu)點是成本低廉?？蓪⑷廴跍囟鹊闹T如聚丙烯之類的熱塑性樹脂壓印到金屬工具上并且隨后淬火，生成金屬工具的熱塑性復制品。然后即可將此塑料復制品用作生產(chǎn)工具?；?06從退繞工位108出發(fā)，然后經(jīng)過惰輥610和壓送輥612，獲得適當?shù)膹埩?。壓送?12也將背襯606壓向漿料600，因此使?jié){料潤濕背襯606，形成中間制品。在中間制品離開生產(chǎn)工具604之前，使用能源614干燥漿料。干燥之后，在結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品離開生產(chǎn)工具604之后，熱傳遞復合體的特定形狀基本不改變。因此，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品為生產(chǎn)工具604的反相復制品。結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品616離開生產(chǎn)工具604并且穿過等溫再凝固烘箱618。也可根據(jù)以下方法制造結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。第一步，將包含前體金屬體和粘結(jié)劑的混合物的漿料引入到具有正面和背面的背襯上。漿料潤濕背襯的正面，形成中間制品。第二步，將中間制品引入到生產(chǎn)工具上。第三步，在中間制品離開生產(chǎn)工具的外表面之前，至少部分地干燥槳料。第四步，將中間制品加熱至發(fā)生等溫再凝固的溫度和形成結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品?？梢赃B續(xù)方式執(zhí)行這四個步驟，從而提供用于制備結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的有效方法。第二種方法類似于第一種方法，不同的是在第二種方法中開始時將漿料施加到背襯上，而非生產(chǎn)工具上。熱傳遞復合體可具有多種形狀，包括，例如，立方形、圓柱形、棱柱形、矩形、棱錐形、截棱錐、圓錐形、截圓錐、十字形、具有平坦頂部表面的柱形、半球形、以及它們的組合。熱傳遞復合體也可有不同的尺寸。熱傳遞復合體的平均高度通常在20微米至l，OOO微米范圍內(nèi)。在一些實施例中，熱傳遞復合體的平均高度在50微米至500微米范圍內(nèi)。在一些實施例中，可將熱傳遞復合體制成多種形狀和/或尺寸。在一些優(yōu)選的實施例中，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品包括布置成預定圖案的多個熱傳遞復合體。至少一些復合體可為是精確成形的研磨復合體。在一些實施例中，復合體具有基本相同的高度。結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品通常包括至少約1,200個復合體/平方厘米表面積。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的平均厚度通常在20微米至1,000微米范圍內(nèi)。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品平均厚度在50微米至500微米范圍內(nèi)。本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品可用于諸如，例如，熱虹吸器之類的冷卻系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品可直接用于發(fā)熱器件或與發(fā)熱器件熱量互通的散熱器件。在熱通量為至少10瓦特/平方厘米時，本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的熱傳遞系數(shù)通常為至少3瓦特/平方厘米/攝氏度。在一些實施例中，在熱通量為至少10瓦特/平方厘米時，本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品具有至少6瓦特/平方厘米/攝氏度的熱傳遞系數(shù)。通過以下實施例進一步說明本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的優(yōu)點和其它實施例，但是不應當用這些實例中敘述的特定材料及其用量、以及其它條件和細節(jié)不當限制本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。例如，可用不同的金屬形成前體金屬體。除非另外指明，否則所有部件和百分比都按重量計。實例金屬體前體材料<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>使用下述方法制備結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品并且進行沸騰實驗。測試方法液池沸騰利用直徑5.8cm,厚0.317cm的機械加工銅盤制成用于結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的基底。這些盤的一個表面含有機械加工至深約2毫米且終止于盤中心線處的1毫米熱電偶槽。相對表面的中心直徑2.54cm的區(qū)域為施加多孔結(jié)構(gòu)的表面。首先使金屬體前體與擴散泵油混合，產(chǎn)生粘土狀混合物，然后將所述混合物施加到測試盤的掩蔽表面上。隨后用具有長約l毫米的側(cè)壁的立方角陣列的聚碳酸酯模具模壓該混合物，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化涂層。將該結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品放進真空爐中。將壓力減小至0.001毫米汞柱以下，同時以每分鐘約14攝氏度的速率將爐溫升高至300攝氏度，并且保持300攝氏度15分鐘，移除油。然后以每分鐘約14攝氏度的速率將真空爐加熱至850攝氏度，然后在解除真空并移除該部件之前使其冷卻至接近室溫。構(gòu)建了一種裝置，從而允許快速測試許多試驗結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。該裝置包括帶有31.8毫米乘31.8毫米且高為3毫米和直徑28.5毫米的圓形凸起區(qū)域的正方形銅基座的銅底座加熱器，所述凸起區(qū)域從該正方形基座的一個表面突出3毫米。磨平并拋光圓形突出的平坦表面。使用導熱環(huán)氧樹脂(3MScotch-WeldDP460-EGAll，可得自3MCompany,St.Paul,MN)將25.4毫米乘25.4毫米的Kapton加熱器(MincoHK5318R7.6L24E)連接到正方形殼體的暴露表面上。該加熱器澆鑄在一種硅橡膠化合物中，形成直徑為55毫米且高度為13毫米的盤。該有機硅的頂部表面與加熱器的研磨表面齊平。使用距銅加熱器的外徑2毫米，放置在有機硅頂上的小型熱電偶測量測試盤溫度或壁溫Tw。為了固定測試制品，首先將少量銀脂施加到加熱器表面上。然后將試驗結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品放置在有機硅和涂過銀脂的加熱器表面頂上，從而將該盤貼壓在熱電偶上。將支承有PTFE墊圈的內(nèi)徑28毫米的玻璃管夾緊在測試盤頂上，密封其周邊。然后通過該管的敞開頂部加入約20毫升的3MNOVECENGINEEREDFLUIDHFE-7000(可得自3MCompany,St.Paul,MN)。將水冷冷凝器盤管插進該管的頂部。利用位于銅盤管底部和流體彎液面頂部之間區(qū)域中的熱電偶測量流體飽和溫度Tsat。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為加熱器施加DC電壓，V。此電壓以4VDC開始，并且以每3分鐘2VDC的增量提高，直到電壓超過預定極限值。在將電壓增大至下一個值之前，用取100個溫度測量值的平均值的方法記錄每個數(shù)據(jù)點。記錄的加熱器熱通量，Q"，為平均電壓的平方除以加熱器在其最高溫度時的電阻，R，除以測試盤帶涂層表面的面積然后計算熱傳遞系數(shù)(H)，方法是乙-4如上所述地制備并測試了本發(fā)明使用金屬體前體A的一個實例。將3MNOVECHFE-7000用作工作流體時測量的實例1的熱傳遞系數(shù)對熱通量的關(guān)系曲線見圖7。應當理解，即使在以上描述和實例中結(jié)合結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)一起闡述了本公開的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的眾多特性和優(yōu)點，本公開內(nèi)容也只是示例性的。在利用表示附加權(quán)利要求的條款指示的完整的本公開原理和所述結(jié)構(gòu)與方法的等同物的范圍內(nèi)，可以更改細節(jié)，尤其是與金屬體的形狀和尺寸以及使用方法有關(guān)的更改。權(quán)利要求1.一種結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，包括多個金屬體，所述金屬體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含選自由下列金屬組成的組的第一金屬鋁、銅、銀、以及它們的合金；所述外部部分包括包含第一金屬和第二金屬的合金，所述第二金屬選自由下列金屬組成的組銅、銀、和鎂，其中所述第一金屬和所述第二金屬是不同的；以及多個間隙元件，所述間隙元件設置在所述多個金屬體之間并使它們相互連接，所述間隙元件包含所述外部部分的所述合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬包含銅，所述第二金屬包含銀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬為銅，所述間隙元件包含銀和銅的合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬包含鋁，所述第二金屬包含鎂。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬為鋁，所述間隙元件包含鋁和鎂的合金。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述內(nèi)部部分還包括金剛石。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金剛石包含中間涂層，所述中間涂層包含選自由下列元素組成的組的碳化物形成物鉻、鈷、錳、鉬、鎳、硅、鉭、鈦、鎢、釩、鋯、以及它們的合金，其中所述第一金屬被附連到所述中間涂層上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述多個金屬體的單元密度在107至109個金屬體/立方厘米范圍內(nèi)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體基本上為球形的。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體的平均直徑在5微米至50微米范圍內(nèi)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體的長寬比在1至2范圍內(nèi)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其具有在20毫米至500毫米范圍內(nèi)的厚度。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的有效孔隙度為至少10%。14.一種結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，所述制品包括多個復合體，所述復合體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含金剛石和選自由下列金屬組成的組的第一金屬鋁、銅、銀、以及它們的合金；所述外部部分包括包含第一金屬和第二金屬的合金，所述第二金屬選自由下列金屬組成的組銅、銀、和鎂，其中所述第一金屬和所述第二金屬是不同的；以及多個間隙元件，所述間隙元件設置在所述多個金屬體之間并使它們相互連接，所述間隙元件包含所述外部部分的所述合金。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬包含銅，所述第二金屬包含銀。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬為銅，所述間隙元件包含銀和銅的合金。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬包含鋁，所述第二金屬包含鎂。18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述第一金屬為鋁，所述間隙元件包括鋁和鎂的合金。19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱傳遞涂層，其另外包括附連到所述金剛石上的中間涂層，所述中間涂層包含選自由下列元素組成的組的碳化物形成物鉻、鈷、錳、鉬、鎳、硅、鉭、鈦、鎢、釩、鋯、以及它們的合金，其中所述第一金屬被附連到所述中間涂層上。20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述多個金屬體的單元密度在107至109個金屬體/立方厘米范圍內(nèi)。21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體基本上為球形的。22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體的長寬比在1至2范圍內(nèi)。23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述金屬體的平均直徑在5微米至50微米范圍內(nèi)。24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述涂層的厚度在20微米至1,000微米范圍內(nèi)。25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，其中所述結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的有效孔隙度為至少20%。26.—種冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。27.—種冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品。28.—種形成結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品的方法，包括提供生產(chǎn)工具，所述工具具有預定排列的模具腔體；將包括粘結(jié)劑和多個金屬體的組合物沉積到所述生產(chǎn)工具上，所述金屬體包括內(nèi)部部分和外部部分，所述內(nèi)部部分包含熔融溫度為Tmp1的第一金屬，所述外部部分包含熔融溫度為Tmp2的第二金屬；和將所述組合物加熱至小于Tmpl和Trap2的溫度，形成包含所述第一金屬和所述第二金屬的合金，所述合金使所述多個金屬體相互粘結(jié)，其中所述粘結(jié)形成多孔基體。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第一金屬選自由下列金屬組成的組鋁、銅、銀、以及它們的合金。30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第二金屬選自由下列金屬組成的組銅、銀、鎂、以及它們的合金。31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第一金屬包含銅，所述第二金屬包含銀。32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述粘結(jié)劑選自由下列物質(zhì)組成的組礦物油、有機硅油、煤油、和聚乙烯縮丁醛。33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述金屬體還包括金剛石。34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其進一步包括引入背襯，所述背襯與包含所述第一金屬和所述第二金屬的所述合金形成粘結(jié)。35.—種冷卻散熱器件的方法，包括提供具有外表面的散熱基底；將根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品附連到所述外表面上；使所述結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品接觸冷卻液。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述方法包括單相熱傳遞。37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述方法包括雙相熱傳遞。38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述冷卻液被包含在熱虹吸器內(nèi)。39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進一步包括將所述散熱基底附連到發(fā)熱器件上。全文摘要本發(fā)明公開了結(jié)構(gòu)化熱傳遞制品，該制品包括多個金屬體和多個間隙元件，所述間隙元件設置在多個金屬體之間并使它們相互連接。這些金屬體包括包含第一金屬的內(nèi)部部分和包含合金的外部部分，所述合金包含第一金屬和第二金屬。間隙元件包括外部部分的合金。文檔編號F28F21/08GK101305256SQ200680041610公開日2008年11月12日申請日期2006年10月23日優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日發(fā)明者加里·M·帕爾姆格倫,菲利普·E·圖瑪申請人:3M創(chuàng)新有限公司