CN100383962C - 热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管及其制备方法。该热管包括一管壳及密封于管壳内的工作流体，其中该管壳内壁形成有多个均匀排列的具有纳米级尺寸的微小凹陷，其具有毛细作用。本发明还提供该热管的制备方法，其包括步骤：提供一基片；在基片一表面上形成多个均匀排列的具有纳米级尺寸的微小凹陷；将基片成型成管状，使形成有微小凹陷的表面为管的内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。

Description

热管及其制备方法

【技术领域】

本发明关于热管及其制备方法。

【背景技术】

热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热元件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。

近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。

请参阅图1，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封在管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b的间设置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13并放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。

热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；

(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；

(3)蒸气14从蒸发段10a流到冷凝段10b；

(4)蒸气14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；

(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；

(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后的工作流体13回流到蒸发段10a。

从上述六个过程看出，吸液芯12在过程(1)与过程(5)中起到重要导热作用，在过程(6)中对冷凝后的工作流体13迅速回流起到决定作用，因此，吸液芯12对于热管10的正常有效地工作非常必要。

现有技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。

丝网型吸液芯较易制作，在市场购置定型网目数的丝网，经过清洗及必要处理后卷制成所需要的形状插入热管即可。该丝网材料一般为铜、不锈钢、铁丝网，可根据热管工作流体的兼容性来选定。但是，丝网依靠其弹力张力贴合热管内壁，易出现弹力不够、吸液芯贴合管壳不严实、不均匀的现象，导致热管局部过热或损坏热管。

沟槽型吸液芯通常指采用机械加工方法在管壳内壁形成的轴向沟槽或环向沟槽。由于加工方法的限制，沟槽型吸液芯毛细能力不够理想。

烧结型吸液芯是将大量填充用金属粉末粒子烧结而成。此种吸液芯与管壳内壁结合紧密，毛细力大，但液体流动阻力也大，因此其总的毛细能力不够理想；另外，其制造相对较为困难，且其较脆而不适合对热管外形施压。

综上所述，现有技术中普通吸液芯存在毛细力不够、贴合管壳不严实不均匀或施压易脆等不足。

【发明内容】

本发明所要解决的第一技术问题是提供一种吸液芯毛细力大、散热面积大、散热均匀且结构牢固的热管。

本发明所要解决的第二技术问题是提供一种上述热管的制备方法。

本发明解决第一技术问题的技术方案是提供一种热管，该热管包括一管壳及密封于管壳内的工作流体，其中该管壳内壁形成有多个均匀排列的具有纳米级尺寸的微小凹陷，其具有毛细作用。

进一步的，该微小凹陷直径、深度及间距均为2～50纳米。

更进一步的，该形成有微小凹陷的管壳内表面上形成有一层纳米粉体材料。

本发明解决第二技术问题的技术方案是提供一种上述热管的制备方法，其包括步骤：提供一基片；在基片一表面上形成多个均匀排列的具有纳米级尺寸的微小凹陷；将基片成型成管状，使形成有多个微小凹陷的表面为管内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。

进一步地，在基片表面上形成微小凹陷的方法包括纳米压印。

更进一步地，于形成有微小凹陷的基片表面上形成一层纳米粉体材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：管壳内壁形成有多个均匀排列的微小凹陷，其直径、深度具有纳米级尺寸，在管壳内壁排布均匀，每相邻两个微小凹陷间距也为纳米级尺寸，因此其具有较好毛细性能，其毛细作用力能使工作流体沿管壳内壁往各个方向扩散，因此散热均匀，并使得热管管壳内表面的传热面积增大，增强热管传热能力。另外，该微小凹陷作为毛细吸液芯结构与管壳为一个整体，结构牢固，毛细性能稳定。进一步地，该形成有微小凹陷的管壳内表面上形成一层纳米粉体材料，能增强管壳内壁的毛细作用。

【附图说明】

图1是现有技术热管工作原理示意图。

图2是表面形成有微小凹陷的基板示意图。

图3是图2中基板局部放大示意图。

图4是将基板卷起并焊接而成的管壳示意图。

图5是图4中管壳局部放大示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图说明本发明所提供的热管的制备方法：

请参阅图2及图3，提供一基板1，并在基板1一表面上形成多个均匀排列的微小凹陷2。该基板1为一金属薄板，如铜板、铝板、铁板、不锈钢板等。微小凹陷2的轴向截面可以为矩形、V形、U形、弧形、梯形等，该微小凹陷2的直径、深度具有纳米级尺寸，在基片1表面排布均匀，且各个方向上每相邻两个微小凹陷2的间距亦为纳米级尺寸。如图2中所示凹陷2为轴向截面为弧形的凹陷，其深度H、直径D以及间距L均为2～50纳米，其中直径D及间距L均优选为10～40纳米。

在基板1表面形成微小凹陷2的方法包括纳米压印技术，其包括步骤制模及压印，其中制模可包括步骤：设计图案，并制备具有该图案的掩模，该图案及图案尺寸与本发明所需蚀刻的微小凹陷2对应；提供一硅基片，在该硅基片上涂覆一光阻层；采用上述掩模覆盖于该硅基片上曝光显影；去除掩模，在显影后的硅基片上形成一层金膜；在金膜上电铸一层镍；用氢氧化钾等碱液溶解去除硅；再用反应性离子蚀刻方法去除残留的光阻层，得到复制有预定图案且表面附有一层金膜的镍模。

压模亦可以通过下列步骤得到：设计图案，并制备具有该图案的掩模，该图案及图案尺寸与本发明所需蚀刻的微小凹陷2对应；提供一镍基片，在该镍基片上涂覆一光阻层；采用上述掩模覆盖于该镍基片上曝光显影；采用反应性离子蚀刻方法去除残留的光阻层，得到复制有预定图案的镍模。

本实施方式采用热压印方法在金属基板1上形成微小凹陷2。

微小凹陷2形成之后，可在该形成有凹陷的基片表面上形成一层纳米粉体材料4(参阅图5)，该纳米粉体材料包括二氧化硅、三氧化二铝或其组合等，厚度为1～20纳米，优选为2～10纳米。

请参阅图4，将表面形成有微小凹陷2的基板1成型成管3，形成有凹陷2的表面为管3的内表面，如图5所示。成型方法包括将基板1卷起成管状并焊接。

将如图4所示的管3内抽成真空，再充入适量热管工作流体，并将其密封于管体中，则制备出热管。其中工作流体包括包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液态工作流体，也可以进一步在液态工作流体中添加悬浮于液态工作流体中的导热材料微粒，增强工作流体的传热性能。其中该导热材料微粒包括铜粉、纳米碳管、纳米碳球或内部填充有纳米级铜粉的纳米碳管、纳米碳球。

本发明所提供的热管，管壳内壁形成有多个均匀排列的微小凹陷，其直径、深度具有纳米级尺寸，并在管壳内壁排布均匀，且各个方向上每相邻两个微小凹陷间距也为纳米级尺寸，因此其具有较好毛细性能，其毛细作用力能使工作流体沿管壳内壁往各个方向扩散，因此散热均匀，纳米级尺寸使得热管管壳内表面的传热面积增大，增强热管传热能力。另外，该微小凹陷作为毛细吸液芯结构与管壳为一个整体，结构牢固，毛细性能稳定。进一步地，该形成有微小凹陷的管壳内表面上形成一层纳米粉体材料，能增强管壳内壁的毛细作用。

Claims (10)

1.一种热管，其包括一中空管壳及密封于管壳内的工作流体，其特征在于该管壳内壁形成有多个均匀排列的具有纳米级尺寸的微小凹陷，其具有毛细作用。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该微小凹陷直径、深度以及相邻两凹陷的间距范围均为2～50纳米。

3.如权利要求1所述的热管，其特征在于该管壳内壁上形成有一层纳米粉体材料。

4.如权利要求3所述的热管，其特征在于该纳米粉体材料包括二氧化硅、三氧化二铝或其组合。

5.如权利要求3所述的热管，其特征在于该纳米粉体材料厚度为1～20纳米。

6.一种热管制备方法，其包括步骤：提供一基片；在基片一表面上形成多个具有纳米级尺寸的微小凹陷；将基片成型成管状，使形成有微小凹陷的表面为管的内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。

7.如权利要求6所述的热管制备方法，其特征在于在基片一表面上形成微小凹陷的方法包括纳米压印。

8.如权利要求6所述的热管制备方法，其特征在于于基片一表面上形成多个微小凹陷后，再在该表面上形成一层纳米粉体材料。

9.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于该纳米粉体材料包括二氧化硅、三氧化二铝或其组合。

10.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于该纳米粉体材料厚度为1～20纳米。

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