CN100453956C - 烧结式热管 - Google Patents

Abstract

一种烧结式热管，包括导热管体，管体内壁附着有视密度介于3.3g/cm³～4.8g/cm³的球形金属粉以烧结方式制作的毛细结构及工作介质。该烧结式热管缩小毛细结构内部的孔隙，进而增加有效作用孔隙率，有效地解决原料所造成大量残留微孔隙的缺点并能提升热管性能。

Description

烧结式热管

【技术领域】

本发明涉及一种热管结构，特别是指一种具有烧结式毛细结构的热管。

【背景技术】

热管因体积小、利用相变潜热作用快速输送大量热能、温度分布均匀、构造简单、重量轻、无需外加作用力、寿命长、低热阻、远距传输等特性，符合目前计算机散热模块的需求，因此被广泛用来解决散热问题。

而上述热导管的驱动原理是：在蒸发部的毛细结构内的饱和工作介质，吸收外部热源而蒸发，由于蒸汽产生的压差使蒸汽向冷凝部方向快速移动，输送热量。最后在冷凝部重新冷却凝缩、放热。此时，凝缩的工作流体被吸收于冷凝部的毛细结构内，由于冷凝部与蒸发部的毛细管间的压差，而回归于冷凝部，上述驱动工作流体的移动及回归过程循环运作，从而蒸发部不断向冷凝部持续性的传输热量。

请参看图1，目前业界使用水喷不规则铜粉100作为热管的毛细结构主要原料，其主要特征为粉体100型态不规则、粉体100的视密度即粉体100在其可视面积(包括粉体100内部孔洞的面积)下的密度值介于2.5g/cm³～3.3g/cm³之间。粉体100上具有大量孔隙110，而粉体100经过高温烧结后所形成的颗粒内部仍可能残留大量微细孔隙110。由毛细作用力计算公式：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{-4\×\mathrm{\σ}\×\cos \mathrm{\θ}}{d}$ (其中，ΔP为毛细作用力，d为孔隙直径)

得知：当孔隙110直径越小其毛细作用力ΔP越大，所以此颗粒内部的微细孔隙110易箝住工作介质及非凝结性气体。当工作介质或非凝结性气体被吸入进具高毛细作用力的孔隙110中，必需以高于此毛细作用力才能将工作介质由毛细孔中取出。因此在实际量产时经常发现工作介质严重的不足，且其热性能降低，其主要原因是微毛细孔隙110箝住工作介质造成工作介质的含量不足及热传性能的不足。在粉体100中孔隙110体积占粉体100固体体积的百分率相同即孔隙率相同的情况下，比较图2A的高生胚密度、低温烧结的颗粒微观结构与图2B的低生胚密度、高温烧结的颗粒微观结构可知：在低温烧结条件下无法将多孔性粉体100的微孔隙110完全消除，只有在高温烧结状况下才能消除大部分的微孔隙110，所以此类水喷不规则铜粉100经常以高温烧结方式来消除颗粒微毛细孔。然，高温烧结将导致孔隙率的降低，进而影响热管性能。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种烧结式热管。

一种烧结式热管，包括导热管体，管体内壁附着有视密度介于3.3g/cm³～4.8g/cm³的球形金属粉以烧结方式制作的毛细结构及工作介质。

与现有技术相比，该烧结式热管可缩小毛细结构内部的孔隙，进而增加有效作用孔隙率，有效地解决原料所造成大量残留微孔隙的缺点并能提升热管性能。

下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步的描述。

【附图说明】

图1是现有水喷铜粉烧结后扫描式电子显微影像图。

图2A是高生胚密度水喷铜粉低温烧结后扫描式电子显微影像图。

图2B是低生胚密度水喷铜粉高温烧结后扫描式电子显微影像图。

图3是本发明烧结式热管所使用的微细金属粉造粒后的型态。

图4是不同形状金属粉颗粒渗透率随时间的变化的曲线图。

【具体实施方式】

本发明的烧结式热管包括导热管体、经烧结后固着于管体内壁的毛细颗粒、及填充于管体内的工作介质。该烧结式热管通过如下步骤获得：将一芯棒插入管体，且使该芯棒与管体之间留有间隙，在上述间隙内填入视密度介于3.3g/cm³～4.8g/cm³为主体的球形金属粉300，经由烧结制程以形成孔径相近的毛细颗粒，以降低因金属粉体颗粒内部微孔隙高毛细力所造成热传不良的影响，有效提升热管性能。

该烧结式热管的一实施方式中，球形金属粉300是经机械切割、破碎、粉碎等制程而得的高视密度的金属粉。该等球形金属粉300的粒径分布区间介于80μm～300μm，其中又以100μm～250μm为较佳粒径分布。该等球形金属粉300内得混合重量为球形金属粉300重量的1～10％的细粉作为强化毛细结构强度的添加物。

请参看图3，该烧结式热管的第二实施方式中，是以小于10μm的微细金属粉200为原料，该原料使用压力式或离心式造粒机的制程参数控制得到颗粒尺寸一致性高的球形金属粉300，其颗粒尺寸介于30μm～300μm。该球形金属粉300先经过600℃～850℃的预烧结处理，其高表面活化能使得其致密化温度大幅降低，同时使球形金属粉300内部微细孔先致密化，并提升球形金属粉300的流动性，避免球形金属粉300堆积时产生的架桥现象。

是以，采用本实施方式的球形金属粉300的烧结式热管可改善习用技术的关键在于：使用高视密度为主体的粉体，改善微毛细孔有效达到热传输的目的；使用预烧结制程有效降低粉体内部的微毛细结构，同时增加粉体的堆积因子及流动性。

请参看图4，在孔隙率均为47％的条件下，使用球形金属粉(fine spherical)300的渗透率(permeability)优于使用水喷的不规则金属粉(fine irregular)100及羽毛状的电解铜粉(dendritic)的渗透率，因此将粉体制作成球形体将可提升热管的性能。

Claims (7)

1.一种烧结式热管，包括导热管体及工作介质，其特征在于：管体内壁附着有视密度介于3.3g/cm³～4.8g/cm³的球形金属粉以烧结方式制作的毛细结构。

2.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉内混合有重量为球形金属粉重量的1～10％、用以强化毛细结构强度的细粉。

3.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉的粒径分布区间介于80μm～300μm。

4.如权利要求3所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉的粒径分布区间介于100μm～250μm。

5.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉的颗粒尺寸介于30μm～300μm。

6.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉是以小于10μm微细金属粉为原料。

7.如权利要求6所述的烧结式热管，其特征在于：该球形金属粉体经过600℃～850℃的预烧结处理。

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