[发明专利]一种具有丰富表面微结构的微齿带材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微齿带材的制备方法，特别是一种具有丰富表面微结构的纯铜微齿带材及其制备方法。

背景技术

由于微电子芯片及其应用系统不断向轻、薄、小的方向发展，芯片集成度不断提高，且芯片的多数应用场合散热空间是封闭或半封闭的，这会导致芯片散热空间狭小及高热流密度等致命问题。高热流密度导致电子产品中的热控制成本急剧上升，产品的热失效越来越严重，占产品失效率的55%以上，且随着温度增加呈几何级数增长。这已成为影响当今电子工业发展的一个瓶颈。因此，具有高散热性能的微齿结构带材的制备有着重要意义。所谓微齿结构是指具有一定高深宽比值的微小拓扑几何形状，并可由此转变元件的光学、机械、物理和化学性质以表现出特定功能的结构。近年来，随着微齿结构散热材料应用领域的不断扩大，对微齿结构散热材料的性能要求也越来越高。然而传统的微齿带材制备方法一般基于塑性加工或切削加工工艺。因此制备的微齿带材表面光滑，相比于切屑成形法制得的微齿带材，比表面积小，难以形成流体的表面湍流，在热交换领域的应用中，散热性能不如切屑成形法制得的具有丰富微沟槽，微褶皱，微裂纹，微分枝等表面微结构的微齿带材。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种具有丰富表面微结构纯铜微齿带材及其制备方法，本发明提出了一种制备工艺简单，对设备要求低，加工效率高，比表面积大，具有丰富微沟槽，微褶皱，微裂纹，微分枝等表面微结构的纯铜微齿带材及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种具有丰富表面微结构的微齿带材制备方法，包括以下步骤：

（1）对纯铜圆管材进行清洗、除油处理后，采用车削法去除纯铜圆管材表面的氧化层；

（2）将步骤（1）中处理后的纯铜圆管材的一端固定在卧式车床上，将多刃切削刀具切削刃垂直于纯铜圆管材轴线安装在车床装刀架上；

（3）利用多刃切削刀具切削步骤（2）中的纯铜圆管材获得具有微齿结构的过渡表面；

（4）利用安装在车床装刀架上的多刃切削刀具在平行于纯铜圆管材轴线方向自动进给连续切削，利用纯铜的切屑厚度压缩比大以及切屑上表面具有丰富表面微结构的特性，一个进给后的切屑将纯铜圆管材过渡表面的微齿结构放大并获得表面微结构，从而获得具有丰富表面微结构的微齿带材。

进一步地，所述的纯铜圆管材的直径为40-110mm，壁厚为5-20mm。

进一步地，所述的多刃切削刀具为大后角多刃切削刀具，名义前角为0-30°，名义后角为5-30°，主切削刃与纯铜圆管材轴线垂直。

进一步地，所述的多刃切削刀具的主切削刃由若干个平行细齿构成，每个所述细齿的截面呈矩形，齿距为0.5-3.0mm，齿宽为0.5-3.0mm，齿高为0.1-1.0mm。

进一步地，所述步骤（3）、（4）中机床主轴转速v为50 – 360r/min，刀具为自动进给，进给量数值大于多刃切削刀具齿高0.01-0.2mm，背吃刀量等于管材壁厚。

进一步地，切削过程中采用切削液进行冷却。

进一步地，切削过程中对具有丰富表面微结构的微齿带材进行牵引收集，防止具有丰富表面微结构的微齿带材随纯铜圆管材的旋转发生缠绕。

应用所述方法制造的具有丰富表面微结构的微齿带材，所述具有丰富表面微结构的微齿带材的齿高为多刃刀具齿高的1-10倍，齿高放大倍数与加工参数有关。

进一步地，所述微齿带材表面分布有表面微结构，所述表面微结构为微沟槽、微褶皱、微裂纹、微分枝。

进一步地，位于所述微齿带材齿顶的表面微结构高度为300-580 μm，宽度10-160 μm，位于所述微齿带材齿底的表面微结构高度为170-390μm，宽度5-60 μm，位于所述微齿带材齿侧的表面微结构高度为70-420 μm，宽度5-170 μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）制备工艺：采用多刃刀具切削切屑成形法制备纯铜微齿带材，利用了切屑厚度压缩比大于1以及切屑上表面具有丰富表面微结构的特性将原本是废料的切屑转变为具有丰富表面微结构的微齿带材。本发明工艺简单，对切削设备要求低，属于等材制造，不产生废料，在减少微齿带材制备成本的同时提高了生产效率。

（2）表面微结构：与塑性加工及切削加工工艺相比，多刃切削切屑成形法制备的纯铜带材具有丰富微沟槽，微褶皱，微裂纹，微分枝等表面微结构。