CN102466422B - 扁平热导管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种扁平热导管，包括中空的扁平管体及设置于管体内的第一毛细结构与第二毛细结构，所述第一毛细结构由多空隙的钢网弯折层叠形成，所述第二毛细结构由金属粉末烧结形成，所述第一毛细结构与第二毛细结构相互贴合，所述管体内于第一毛细结构与第二毛细结构以外的区域形成蒸气通道。上述热导管中，工作介质可于所述第一、第二毛细结构间相互渗透，既具有较大的毛细力，又具有较高的渗透率，从而使该热导管具有良好的传热性能。本发明还公开一种热导管的制造方法。

Description

扁平热导管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种热导管，特别涉及一种应用于电子元件散热领域的扁平热导管及其制造方法。
背景技术
现阶段，热导管因其具有较高传热量的优点，已被广泛应用于具较大发热量的电子元件中。该热导管工作时，利用管体内部填充的低沸点工作介质在其蒸发部吸收发热电子元件产生的热量后蒸发汽化，蒸气带着热量运动至冷凝部，并在冷凝部液化凝结将热量释放出去，从而对电子元件进行散热。该液化后的工作介质在热导管壁部毛细结构的作用下回流至蒸发部，继续蒸发汽化及液化凝结，使工作介质在热导管内部循环运动，将电子元件产生的热量源源不断的散发出去。
现有热导管的毛细结构一般可分为沟槽型、烧结型、纤维型及丝网型等，这些毛细结构的特点单一，沟槽型、纤维型、丝网型毛细结构的渗透率高、热阻小，但其毛细力弱，打扁后的最大传热量损失大；烧结型毛细结构的毛细力强、抗重力效果好，打扁后的最大传热量损失较小，但其渗透率低、热阻大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种提高热管性能的扁平热导管及其制造方法。
一种扁平热导管，包括中空的扁平管体及设置于管体内的第一毛细结构与第二毛细结构，所述第一毛细结构由多空隙的钢网弯折层叠形成，所述第二毛细结构由金属粉末烧结形成，所述第一毛细结构与第二毛细结构相互贴合，所述管体内于第一毛细结构与第二毛细结构以外的区域形成蒸气通道。
一种扁平热导管的制造方法，包括以下步骤：
提供杆体，所述杆体呈圆柱状，其外圆周面上开设有开口及缺口；
提供第一毛细结构；
提供圆管，所述圆管呈中空状，所述圆管的内径等于所述杆体的外径，将所述杆体、第一毛细结构插入所述圆管中，使所述第一毛细结构位于所述杆体的开口与圆管的管壁之间；
提供若干金属粉末，并将金属粉末填入位于所述圆管内的杆体的缺口中，将金属粉末高温烧结形成第二毛细结构；
取出杆体，所述第一、第二毛细结构留置于所述圆管中且分别贴附于所述圆管的部分内壁上；及
将圆管打扁形成扁平热导管，使所述第二毛细结构贴合于所述第一毛细结构上，所述扁平热导管内于第一毛细结构与第二毛细结构以外的区域形成蒸气通道。
上述扁平热导管及其制造方法中，所述第一毛细结构设于该管体内的一侧上，而所述第二毛细结构设于该管体内的另一侧上，并且所述第一、第二毛细结构相互贴合，当所述热导管工作时，工作介质可于所述第一、第二毛细结构间相互渗透，既具有较大的毛细力，又具有较高的渗透率及较小的热阻力，从而使该热导管具有良好的传热性能。
附图说明
图1为本发明第一实施例的扁平热导管侧面示意图。
图2为图1所示扁平热导管沿II-II线的横向剖面示意图。
图3为图1所示扁平热导管的一制造方法的流程图。
图4为图3所示制造方法中杆体及圆管的立体示意图。
图5为图4所示制造方法中杆体沿V-V线的横向剖面示意图。
图6为图3所示制造方法中圆形热导管的横向剖面示意图。
图7为本发明第二实施例的扁平热导管的横向剖面示意图。
图8为本发明第三实施例的扁平热导管的横向剖面示意图。
图9为图8所示制造方法中圆形热导管的横向剖面示意图。
图10为图9所示扁平热导管的另一制造方法中杆体的横向剖面示意图。
图11为本发明第四实施例的扁平热导管的横向剖面示意图。
主要元件符号说明
扁平热导管    10、20、30、40
蒸发段        101
冷凝段        102
管体            11
内部空间        110
顶板            111
底板            112
侧板            113、114
蒸气通道        118
第一毛细结构    12、22、32、42、15
第二毛细结构    13、23、33、43、17、17a
杆体            14、14a
开口            141
缺口            142、142a
圆管            16
平直边          171
弧形边          172
圆形热导管      18、18a
具体实施方式
图1与图2所示为本发明第一实施例中的扁平热导管10，该热导管10包括一纵长的扁平管体11、纵向设于该管体11内的一第一毛细结构12与一第二毛细结构13、及注入该管体11内的适量工作介质(图未示)。该热导管10沿长度方向具有一蒸发段101及一冷凝段102，该蒸发段101与冷凝段102分别设于该管体11的两端。
该管体11由铜等导热性良好的材料制成，其可将外部的热量传递至内部。该管体11呈中空密封状，其内形成一内部空间110，该管体11由一中空圆管压扁而成。该管体11包括一顶板111、一底板112及两侧板113、114。该顶板111与底板112相互平行且上下相对，该两侧板113、114呈弧形，其分别位于该管体11的两侧并与该顶板111、底板112相连，以使该管体11在与纵向垂直的横向的截面上形成类似跑道型的轮廓。
该第一毛细结构12呈一纵长结构，其被该第二毛细结构13压扁成扁平实心状，该第一毛细结构12上形成若干细小的孔隙(图未示)。本实施例中，该第一毛细结构12是由具有若干孔隙的钢网多层堆叠形成。该第一毛细结构12的孔隙率大，因此渗透率高、热阻小，有利于工作介质于其中顺利流动。当然，该第一毛细结构12也可为单层的钢网。
该第一毛细结构12设于该管体11内的中部的一侧上。在本实施例中，该第一毛细结构12的底面紧密贴合于该管体11的底板112的内表面上，而其顶面则结合于该第二毛细结构13上。
该第二毛细结构13与第一毛细结构12的构造不同，其为由铜等金属粉末烧结形成的多孔性结构。该第二毛细结构13内部空隙小，蒸发表面积大，毛细力强，抗重力效果好，且打扁后的最大传热量损失较小，有助于工作介质的蒸发吸热，从而有效的传递热导管10的蒸发段101的热量。该第二毛细结构13设于该管体11内的中部与该第一毛细结构12正对的另一侧上，即该第二毛细结构13正对该第一毛细结构12。该第二毛细结构13贴合于该第一毛细结构12的一侧的尺寸小于该第二毛细结构13远离该第一毛细结构12的一侧的尺寸。在本实施例中，该第二毛细结构13大致呈三棱柱状，其尺寸较大的顶端面通过高温烧结紧密贴合于该管体11的顶板111的内表面上，而尺寸较大的底端形成一尖端并贴合于该第一毛细结构12的中部。
该第一、第二毛细结构12、13上下层叠贴合，并沿纵向将该管体11的内部空间110一分为二，从而于该第一、第二毛细结构12、13的两侧各形成一蒸气通道118，这些蒸气通道118可供蒸气通过。
该工作介质为水、蜡、酒精、甲醇等具较低沸点的物质。当该热导管10的蒸发段101与一热源(图未示)接触时，该工作介质从蒸发段101处吸热蒸发，并通过蒸气通道118向冷凝段102移动，在冷凝段102放热后凝结成液体，将热量释放出去，完成对热源的散热。该第一、第二毛细结构12、13提供毛细力使在管体11的冷凝段102凝结形成的工作介质回流至蒸发段101，实现工作介质在管体11内的循环运动，以完成对热源的持续散热。
上述热导管10中，该第一毛细结构12为多孔的钢网，其设于该管体11内的一侧(底板112的内表面)上，而该第二毛细结构13由金属粉末烧结形成的烧结结构，其设于该管体11内的另一侧(顶板111的内表面)上，并且该第一、第二毛细结构12、13均位于管体11内的中部且相互上下层叠贴合，当该热导管10工作时，该工作介质于该第一、第二毛细结构12、13间相互渗透，既因烧结的第二毛细结构13而具有较大的毛细力，又因第一毛细结构12而具有较高的渗透率及较小的热阻力，从而使该热导管10具有良好的传热性能。上述热导管10的厚度可达到2mm以下，甚至当热导管10的厚度为1.5mm时，该热导管10仍能保证良好的性能，适用于内部空间狭小的电子设备如笔记本电脑等。
下面以具体实验数据说明本发明热导管10比传统型热导管的传热性能强。以下测试均在相同条件下进行，同一表中的热导管的规格及参数均相同，其中，Qmax为热导管操作温度在50℃时的最大传热量，平均热阻值Rth＝(蒸发段平均温度-冷凝段平均温度)/Qmax。
表1规格为直径φ＝6mm、长度L＝200mm、厚度T＝2.0mm的传统热导管与相同规格的热导管10的性能对比
如表1中所示，在被压扁至相同规格(厚度T＝2.0mm)的情况下，本发明的热导管10的平均最大传热量较传统烧结型热导管提升约16.7％，同时平均热阻值较传统烧结型热导管减小约10.8％，因此，本发明的热导管10打扁后的最大传热量损失较小，平均热阻值也较小，其综合性能明显提高。
表2规格为直径φ＝6mm、长度L＝200mm、厚度T＝1.5mm的传统热导管与相同规格的热导管10的性能对比
如表2中所示，在被压扁至相同规格(厚度T＝1.5mm)的情况下，本发明的热导管10的平均最大传热量较传统烧结型热导管提升约43.6％，同时平均热阻值较传统烧结型热导管减小约28.9％，因此，本发明的热导管10打扁后的最大传热量损失较小，平均热阻值也较小，其综合性能明显提高。
图3至图6所示为上述热导管10的一制造方法，其包括如下步骤：
提供一杆体14，如图4与图5所示，该杆体14呈圆柱状，其外圆周面上的底部沿周向开设一弧形的开口141，该杆体14于外圆周面上的顶部正对该开口141处平直地切除一小部分，从而于该杆体14的外圆周面上的顶部形成一平直的缺口142，该缺口142与开口141不连通；
提供一中空的金属圆管16，该圆管16的内径约等于该杆体14的外径，将该杆体14插入该圆管16中；
提供一由多孔的钢网弯折而多层堆叠形成的第一毛细结构15(请参照图6)，将该第一毛细结构15置入该圆管16与杆体14的开口141之间的空隙；
提供若干金属粉末，并将金属粉末填入位于该圆管16与杆体14的缺口142之间的空隙中，填充金属粉末时，可先填入粒径较细的金属粉末，后逐步填入粒径较粗的金属粉末，振动该圆管16，使金属粉末因重力因素按粒径大小沿圆管16纵向分布，填满后将金属粉末高温烧结形成一第二毛细结构17，该第二毛细结构17的横截面具有一平直边171及与该平直边171相连的一弧形边172，其中该弧形边172粘贴在圆管16的内表面上；
取出杆体14，如图6所示，该第一、第二毛细结构15、17留置于该圆管16中，该第一、第二毛细结构15、17正对设置，且分别贴附于该圆管16的部分内壁上；
向该圆管16内填充工作介质，抽真空并封闭该圆管16的纵向两端以形成圆形热导管18；
将该第一、第二毛细结构15、17正对打扁该圆形热导管18即形成第一实施例中的热导管10，其中，该圆管16压扁后形成扁平状的管体11，该第二毛细结构17压扁后形成大致呈三棱柱状的第二毛细结构13，该第二毛细结构13尺寸较小的一侧即底侧贴合于该第一毛细结构17的顶面上，该第一毛细结构15受该第二毛细结构17的挤压形成一横截面大致呈长方形的第一毛细结构12。
上述制造方法中，该杆体14的缺口142为平直状，其可通过铣床直接铣出，成本低，便于量产。
图7所示为本发明第二实施例中的热导管20，该热导管20与第一实施例中的热导管10类似，其不同之处在于：该第一毛细结构22设于该管体11内的中间靠左的位置，该第二毛细结构23设于该管体11内的中间靠右的位置且与该第一毛细结构22斜向对准，该第二毛细结构23未与该管体11的顶板111贴合的一侧面(图中为左侧面)紧密贴合于该第一毛细结构22的顶面的右侧。当然，该第一毛细结构22也可设于该管体11内的中间靠右的位置，该第二毛细结构23未与该管体11的顶板111贴合的一侧面(即右侧面)紧密贴合于该第一毛细结构22的顶面的左侧。
制造该热导管20时，只需将图6中的第一毛细结构15与第二毛细结构17斜向对准打扁圆形热导管18即可。
图8所示为本发明第三实施例中的热导管30，该热导管30与第一实施例中的热导管10类似，其不同之处在于：该第二毛细结构33呈长方体状，其顶面紧密贴合于该管体11的顶板111的内表面上，而其底面的中央则贴合于该第一毛细结构32的凸起321的顶面上。
图9与图10所示为上述热导管30的一制造方法，其与图3至图6所示的热导管10的制造方法类似，不同之处在于：该杆体14a的顶部的缺口142a的横截面为弧形，该圆形热导管18a内对应形成的第二毛细结构17a的横截面也为弧形，该第二毛细结构17a压扁后形成大致呈长方体状的第二毛细结构33。
图11所示为本发明第四实施例中的热导管40，该热导管40与第三实施例中的热导管30类似，其不同之处在于：该第一毛细结构42设于该管体11内的中部靠左的位置，该第二毛细结构43与该第一毛细结构42斜向对准，该第二毛细结构43未与该管体11的顶板111贴合的一侧面(图中为左侧面)紧密贴合于该第一毛细结构42的顶面的右侧。当然，该第一毛细结构42也可设于该管体11内的中间靠右的位置，该第二毛细结构43未与该管体11的顶板111贴合的一侧面(即右侧面)紧密贴合于该第一毛细结构42的顶面的左侧。
制造该热导管40时，只需将图9中的第一毛细结构15第二毛细结构17a向对准打扁圆形热导管18a即可。

Claims (11)

1.一种扁平热导管，包括中空的扁平管体及设置于管体内的第一毛细结构与第二毛细结构，其特征在于：所述第一毛细结构由多空隙的钢网弯折层叠形成，所述第二毛细结构由金属粉末烧结形成，所述第一毛细结构与第二毛细结构相互贴合并沿纵向将管体的内部空间一分为二，从而于所述管体内、第一毛细结构与第二毛细结构的两侧形成二间隔的蒸气通道，所述第一毛细结构与第二毛细结构斜向对准设置，所述第二毛细结构贴合于所述第一毛细结构的一侧或所述第二毛细结构的一侧贴合于所述第一毛细结构上。
2.如权利要求1所述的扁平热导管，其特征在于：所述第一毛细结构结合于所述管体内的一侧上，所述第二毛细结构结合于所述管体内的另一侧上。
3.如权利要求2所述的扁平热导管，其特征在于：所述管体包括顶板及与所述顶板相对的底板，所述第一毛细结构的一侧结合于所述管体的底板上，所述第二毛细结构的一侧结合于所述管体的顶板上，所述第一毛细结构未结合于管体的底板上的另一侧与所述第二毛细结构未结合于管体的顶板上的另一侧相互贴合。
4.如权利要求1所述的扁平热导管，其特征在于：所述第二毛细结构与所述第一毛细结构贴合的一侧的尺寸小于所述第二毛细结构远离所述第一毛细结构的一侧的尺寸，所述第二毛细结构贴合于所述第一毛细结构的一侧上。
5.如权利要求1所述的扁平热导管，其特征在于：所述第二毛细结构为长方体状，所述第二毛细结构的一侧端贴合于所述第一毛细结构上。
6.如权利要求1所述的扁平热导管，其特征在于：所述第二毛细结构为三棱柱形或长方体状，所述第二毛细结构未与所述管体结合的另一侧贴合于所述第一毛细结构上。
7.一种扁平热导管的制造方法，包括以下步骤：
提供杆体，所述杆体呈圆柱状，其外圆周面上开设有开口及缺口；
提供第一毛细结构；
提供圆管，所述圆管呈中空状，所述圆管的内径等于所述杆体的外径，将所述杆体、第一毛细结构插入所述圆管中，使所述第一毛细结构位于所述杆体的开口与圆管的管壁之间；
提供若干金属粉末，并将金属粉末填入位于所述圆管内的杆体的缺口中，将金属粉末高温烧结形成第二毛细结构；
取出杆体，所述第一、第二毛细结构留置于所述圆管中且分别贴附于所述圆管的部分内壁上；及
将圆管打扁形成扁平热导管，使所述第二毛细结构贴合于所述第一毛细结构上，打扁所述圆管时，将所述第一毛细结构与所述第二毛细结构斜向对准，所述第一毛细结构与所述第二毛细结构沿纵向将管体的内部空间一分为二，从而于所述扁平热导管内、第一毛细结构与第二毛细结构的两侧形成二间隔的蒸气通道。
8.如权利要求7所述的扁平热导管的制造方法，其特征在于：所述缺口为平直状，取出所述杆体后打扁所述圆管前，所述第二毛细结构具有平直边及与所述平直边相连的弧形边，所述弧形边结合于所述圆管的内表面上。
9.如权利要求8所述的扁平热导管的制造方法，其特征在于：打扁所述圆管后，所述第二毛细结构与所述第一毛细结构贴合的一侧的尺寸小于所述第二毛细结构远离所述第一毛细结构的一侧的尺寸。
10.如权利要求7所述的扁平热导管的制造方法，其特征在于：所述开口为弧形，打扁所述圆管前，所述第一毛细结构呈弧形。
11.如权利要求10所述的热导管的制造方法，其特征在于：打扁所述圆管的过程中，所述第一毛细结构受所述第二毛细结构的挤压形成扁平状。
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