CN102901391B - 一种热管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管及其制造方法，所述方法具体包括如下步骤：S1：将金属丝填充进金属管内，所述金属丝占据所述金属管容积的30-70%；S2：挤压所述金属管至所述金属管内容积减小，在所述金属丝与所述管的内壁之间以及相邻金属丝之间形成毛细孔；S3：向挤压后的所述金属管内充填工质并将所述金属管两端密封，即得到热管。本发明中管材质为金属，毛细芯结构也是由金属丝构成，通过挤压使得金属丝在管内紧密排列形成均匀致密的毛细孔，可保证提供足够的毛细力，提高热管的换热效率。

Description

一种热管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热管及其制造方法，属于换热技术领域。

背景技术

热管是一种导热性能很高的被动传热元件，一般由管，设置于管内的毛细芯，以及密封所述管的端盖组成，管内部为负压，充满工作介质，简称工质，常用的工质如氟利昂。热管利用相变原理和毛细作用，将大量热量通过其很小的截面积远距离传输，而无需外加动力。具体是热管在蒸发端吸收热量，工质相变为气体，并被传输到冷却端，工质在冷却端冷凝为液体后，通过毛细结构提供的毛细力将工质液体回流到蒸发端，从而在热管内形成传热微循环，毛细结构对热管的传热性能起决定性作用。与常规的换热技术相比，热管传热效率高且节能效果显著，可适用于各种复杂的场合。被广泛用于电子装置芯片的冷却，笔记本电脑CPU的冷却及大功率晶体管的冷却等，其应用领域已经扩展到了各个工业领域。

中国专利文献CN202041110U公开了一种附加毛细芯的超导微循环平板热管，热管的材质为热传导性能好的铝或铜，平板热管的中空壳体内包含有若干铝或铜的支撑结构，垂直连接于平板热管的材质为铝或铜的上壁面和下壁面，贯穿平板热管内部，其中支撑结构与平板热管结构为一体挤压而成，从而使平板热管内部分成若干通孔，并排排列于所述平板热管内，根据通孔宽度，在通孔内设有两根金属毛细芯，优选为多股铜绞线，由0.05-0.08mm的单根线径分多股编制为一条外径约为1.0-1.5mm的铜绞线而成，并在通孔内注有工质，两端密封从而形成整体平板热管。该技术方案理论上是多股铜线作为平板热管的毛细结构，多股铜线可以与通孔壁，每股铜线与铜线之间形成毛细结构，从而很好的为工质提供回流的毛细力。但是实际上由于其通孔大小已经固定，而铜线较细，在填充铜线时难以达到毛细作用所要求的密致程度，这样大大降低了毛细力致使热管的换热效率低；且形成毛细孔的材质均为铜，导致整个热管制造成本较高。另外，该平板热管的长度固定，不能根据实际的需要来进行任意切割，使用不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中通过铜绞线难以达到毛细作用所要求的密致程度，大大降低了热管的换热效率的技术问题；从而提供一种毛细芯填充紧密且换热效率高的热管及其制造方法。

针对现有技术中的铜管在切割之后还需要进行焊接，不能随意切割的技术问题，进一步提供一种根据实际需要随意切割的热管及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种热管的制造方法，依次包括如下步骤：

S1：将金属丝填充进金属管内，所述金属丝占据所述金属管容积的30-70%；

S2：挤压所述金属管至所述金属管内容积减小，在所述金属管的内壁和相邻的所述金属丝之间以及相邻的所述金属丝之间形成毛细孔；

S3：向挤压后的所述金属管内充填工质并将所述金属管两端密封，即得到热管。

步骤S3具体包括：先将所述金属管的一端密封，然后再向挤压后的所述金属管内填充工质，最后再密封所述金属管的另一端。

在步骤S3之后还包括对热管外表面进行氧化处理形成表面保护层的步骤。

步骤S2中，通过轧制实现对所述金属管的挤压；并通过控制轧机上下辊之间的距离获得预定内容积的金属管。

步骤S3中，金属管的密封通过压力封装模具实现，所述封装模具安装在压力加工设备上，将内部装好金属丝的金属管放在模具中间通过加压进行密封。

步骤S3中，工质的充填在封闭空间内进行。

步骤S1中金属丝的长度小于金属管的长度，所述金属丝装入所述金属管后，所述金属管内端部附近无金属丝分布；

步骤S3具体包括如下步骤：

S31：将挤压后的所述金属管两端进行预封装，预封装后在所述金属管的两端分别获得具有小孔的预封装面；

S32：先封堵一个所述预封装面上的小孔，然后通过另一个所述预封装面上的小孔对所述金属管进行抽真空，并在抽真空完成后对该小孔进行密封；

S33：打开封堵的所述小孔，并通过该小孔向所述金属管充入工质，并在所述金属管内压力达到预定值时封装所述小孔。

步骤S31中，通过型芯和中间有缺口的压力封装模具实现，具体是先将型芯从所述金属管的两端插入，然后再用所述压力封装模具进行预封装；预封装面形成后所述型芯位于所述缺口内，并同时封堵预封装面上的小孔。

步骤S33中通过使用带有用于自动打开和封堵的顶杆的充气气嘴进行工质充入。

步骤S3之后还包括通过压力切割并同时密封获得更小长度单位热管的步骤。

所述金属管为圆管，挤压后所述金属管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔。

所述金属为软铝。

同时，提供一种热管，包括金属管，封装于所述金属管内的金属丝，以及填充在所述金属管内的工质，挤压前所述金属丝占据所述金属管容积的30-70%；经挤压后所述金属丝在所述金属管内紧密排列，在所述金属管的内壁和相邻的所述金属丝之间以及相邻的所述金属丝之间形成有毛细孔。

还包括覆盖在所述热管外表面的一层表面保护层。

所述金属管为圆管，挤压后所述金属管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔。

所述金属丝的直径范围在0.1mm－0.5mm之间。

所述金属丝为软金属丝；所述金属管为软金属管。

所述软金属丝为软铝丝；所述软金属管为软铝管。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明中管为金属管，毛细芯结构也是由金属丝构成，通过挤压使得金属丝在金属管内紧密排列，在金属丝和金属管内壁之间以及相邻的金属丝之间形成均匀致密的毛细孔，可保证提供足够的毛细力，提高热管的换热效率。

（2）通过选用软金属管和软金属丝，可通过切割同时密封来获得更小长度单位的热管；充分利用软金属软的特性，可根据实际需要随意切割。

（3）本发明所述热管的外表面经氧化处理形成表面保护层，提高了热管的耐腐蚀性，有效延长了热管的使用寿命。

（4）本发明的金属选用软铝，即可实现切割密封，相比于现有技术中的铜金属，可以大大降低生产成本。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明一个实施例的软铝热管制造方法流程图；

图2a是图1所示方法中使用的填充工质和封装模具的结构示意图;

图2b是图2a的左示图；

图3a是图1所示方法制造的热管的端部结构示意图；

图3b是图3a中的热管沿长度方向的部分剖视图；

图4是本发明第二个实施例的紫铜热管制造方法流程图；

图5a是图4中使用的封装模具的结构示意图；

图5b是图5a的左视图；

图6a是预封装后的端部结构示意图；

图6b是图6a中的热管沿长度方向的部分剖视图。

图中附图标记表示为：1-方箱，2-密封材料，3-上模，31-上模连接模柄，32-上刀，320-第一密封部，4-下模，41-下模连接模柄，42-下刀，420-第二密封部，451-软铝热管，23-预封装上模，3200-第一凹槽，231-预封装上模连接模柄，232-预封装上刀，24-预封装下模，241-预封装下模连接模柄，242-预封装下刀，4200-第二凹槽，61-紫铜热管，7-钢型芯。

具体实施方式

参见图1所示，作为本发明一个实施例的软铝热管的制造方法，依次包括如下步骤：

S11：将软铝丝填充进软铝圆管内，所述软铝丝占据所述软铝圆管容积的30%；本实施例中，所述软铝指纯度大于99%的纯铝；其中，所述软铝丝的直径为0.1mm，所述软铝管的内直径为100mm;

S12：挤压所述软铝圆管至所述软铝圆管内容积减小，在所述软铝圆管的内壁与相邻的所述软铝丝之间以及相邻软铝丝之间形成毛细孔；本实施例中通过轧制实现对所述软铝圆管的挤压；并通过控制轧机上下辊之间的距离获得预定内容积的软铝管，保证挤压后的软铝金属丝在软铝圆管内致密排列，且所述金属丝不变形；参见图3a-3b所示，挤压后所述软铝圆管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔；

S13：先将所述软铝管的一端密封，然后再在封闭空间内向挤压后的所述软铝管内填充工质，最后再密封所述软铝管的另一端，即得到软铝热管；

作为本实施例具体的密封方法，通过压力封装模具实现，所述封装模具采用合金钢或特种高碳钢制造，安装在油压机或冲床或摩擦压力机等压力加工设备上，参见图2a-2b所示，所述封装模具体包括上模3和下模4，其中，所述上模3进一步包括上模连接模柄31和上刀32，所述上模连接模柄31和压力加工设备相连并在其带动下运动，所述上刀32的顶端成型有凸圆弧的第一密封部320；所述下模4包括下模连接模柄41和下刀42，所述下模连接模柄41和压力加工设备相连并在其带动下运动，所述下刀42的顶端成型有凹圆弧的第二密封部420，所述第一密封部320和所述第二密封部420的圆弧半径相等，且所述第一密封部320和所述第二密封部420配合通过挤压热管进而实现密封；所述软铝热管51一端的密封方法如下：将内部装好软铝丝的软铝管放在上述封装模具中间通过加压完成封装；所述软铝热管51另一端的密封需要在密闭空间内进行，具体方法如下：首先，填充工质，本实施例中设置填充工质的空间为一个封闭结构，本实施例中工质为氟利昂，参见图2a-2b所示，本实施例中用于填充工质的密闭结构为方箱1，该方箱1可以上下开合，在开合处安装有密封材料2；方箱1上面有孔可以使所述上模连接模柄31穿入，所述上模连接模柄31与孔之间有密封材料2防止工质气体泄漏；与上模3对应的下模4安装在方箱的下表面；在所述方箱1的侧面开孔使所述软铝圆管穿过且在所述软铝圆管和侧面开孔处同样设置有密封材料2，保证方箱1内空间的密封；向该方箱1通入工质直至达到规定的压力；此时所述铝管内的毛细孔内充满工质，然后在方箱1内通过上模3和下模4的配合实现热管另一端的密封，获得充满工质的热管；密封完成后取出热管前还需要抽空所述方箱1内的氟利昂，避免泄露污染大气。

S14：对密封后的热管外表面进行阳极氧化和水封处理，以形成作为保护层的氧化膜；

S15：通过切割并同时密封获得更小长度单位热管，具体步骤如下：制备上刀和下刀，其中，类似于所述上刀32和下刀42，所述上刀的顶端制成凸圆弧，下刀的顶端制成凹圆弧，其圆弧半径与上刀的凸圆弧半径一致，这样因为上下两把切刀的弧面半径相同且一凹一凸当两刀接触后只能通过挤压将加工件压断，实现切割并同时密封。

本实施例可以通过挤压的方法实现软铝丝在软铝管内紧密排列，形成均匀致密的毛细孔，可保证提供足够的毛细力，提高热管的换热效率；同时使用软铝可以同时实现热管的切割和密封，可以根据需要随意切割。

作为本发明的其它实施例，所述步骤S14和步骤S15的顺序可以调换，即可以先对长软铝热管进行切割密封，然后再对密封后的短软铝热管的外表面进行阳极氧化和水封处理形成氧化膜，其它同上述实施例，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明的其它实施例，充填工质可以在一个大的封闭空间内进行，即相当于上述实施例中的方箱1放大，封装和填充工质用设备都设置在该封闭空间内，可以实现热管的批量密封，同时，因为不存在封装模块和密封空间之间的密封问题，便于工业化生产。

作为上述实施例的一个变形，所述软铝可为现有技术中的纯度较高的纯铝代替，不限于纯度大于99%的纯铝，只要具有相应的软度，方便密封切割即可。

作为上述实施例的变形，填充后软铝丝占据所述软铝圆管容积的也可为30-70%之间的任一值，这样既容易将所述软铝丝填充进所述软铝圆管，操作方便，又能保证挤压后所述软铝丝充满所述软铝圆管形成大量毛细孔，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

参见图4所示，作为本发明的第二个实施例紫铜热管的制造方法，具体包括如下步骤：

S21：将紫铜丝填充进紫铜圆管内，所述紫铜丝占据所述紫铜圆管容积的70%；其中，紫铜就是铜单质，也叫工业纯铜，富有延展性和塑性，本实施例中紫铜丝的直径为0.3mm，所述紫铜圆管的内直径为250mm；紫铜圆管内端部附近无紫铜丝分布，便于后续的预封装；

S22：挤压所述圆管至所述紫铜圆管内容积减小，在所述紫铜圆管的内壁之间和相邻的所述紫铜丝之间以及相邻紫铜丝之间形成毛细孔；本实施例中通过轧制实现对所述紫铜圆管的挤压；并通过控制轧机上下辊之间的距离获得预定内容积的紫铜管；挤压后所述紫铜圆管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔，参见图4所示，使用时，一个所述挤压面可用于与散热片等散热装置相连，另一个所述散热面可用于与热源相连，在热管的配合下，快速散掉热源的热量；

S23：向挤压后的所述紫铜圆管填充工质并进行两端密封，获得紫铜热管，具体包括如下步骤：

S231：先采用型芯和中间有缺口的压力封装模具将挤压后的所述紫铜圆管两端进行预封装，预封装后在所述紫铜圆管的两端分别获得具有小孔的预封装面，封装面的结构参见图6a所示，所述型芯和中间有缺口的压力封装模具的结构参见图5a-5b所示；所述预封装模具具体包括预封装上模23和预封装下模24，其中，所述预封装上模23进一步包括预封装上模连接模柄231和预封装上刀232，所述预封装上模连接模柄231和压力加工设备相连并在其带动下运动，所述预封装上刀232的顶端成型有第一密封部；所述预封装下模24包括预封装下模连接模柄241和预封装下刀242，所述预封装下模连接模柄241和压力加工设备相连并在其带动下运动，所述预封装下刀242的顶端成型有第二密封部；所述第一密封部和第二密封部的中间对应部位均成型有第一凹槽3200和第二凹槽4200，密封所述紫铜圆管时，先将两个钢型芯7分别从所述紫铜圆管的两端插入，顶杆顶到紫铜丝，所述预封装上刀232和预封装下刀242对向运动，挤压形成中间留有一个小孔的两个预封装面，预封装面形成后所述钢型芯7位于所述第一凹槽3200和第二凹槽4200内，并同时封堵预封装面上的小孔；

S232：通过拔掉一个所述预封装面上小孔内的钢型芯7，通过该小孔对所述紫铜圆管进行抽真空，并在抽真空完成后对该小孔进行密封，封装小孔的方法和装置均可使用实施例一中的封装方法和装置，在此不再赘述；

S233：拔出钢型芯7，利用充气气嘴，通过该小孔向所述紫铜圆管充入工质，并在所述紫铜圆管内压力达到预定值时封装所述小孔，获得紫铜热管61，封装小孔的方法和装置均可使用实施例一中的封装方法和装置，在此不再赘述。

S24，对密封后的紫铜热管61的外表面进行钝化，形成致密的氧化膜保护层；S25，通过切割并同时密封获得更小长度单位紫铜热管61，具体步骤如下：制备上刀和下刀，其中，上刀的顶端沿着所述热管的长度方向制成波浪形，下刀的顶端制成与所述上刀波浪形咬合的对应波浪形。而且，沿着远离紫铜热管中心的方向，所述上刀和所述下刀到咬合得越来越紧，这样当两刀接触后只能通过挤压将加工件密封，进而在紫铜热管的端部形成多个密封部，实现更好的密封。

本实施例中填充工质不需要在密闭的空间内进行，操作简单；可以通过挤压的方法实现紫铜丝在紫铜圆管内紧密排列，形成均匀致密的毛细孔，保证提供足够的毛细力，提高热管的换热效率；可以同时实现热管的切割和密封，根据需要随意切割。但是紫铜价格高，因而采用紫铜做热管成本太高，而且相对重量大。

作为本发明的其它实施例，所述步骤S24和步骤S25的顺序可以调换，即可以先对长热管进行切割密封，然后再对密封后的短热管的管外表面进行氧化处理形成氧化膜保护护层，其它同上述实施例，同样能实现本方发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为第二个实施例的变形，预封装也可以仅在一个端部进行，即先将所述紫铜金属管的一端密封；然后对另一端先进行预封装，形成带有一个小孔的预封装面，随后的抽真空和填充工质通过同一个预封装面上的同一个小孔进行，最后再对所述紫铜金属管的进行了预封装的端部进行密封即可，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明的第三个实施例热管的制造方法，具体包括如下步骤：

S31，将铜丝填充进铜圆管内，所述铜丝占据所述铜圆管容积的30%；本实施例中，所述铜指硬铜，所谓硬铜指铜镍硅铬的合金铜,因合金铜本身具备良好的抗腐蚀性和耐氧化性，因此可省去后处理获取表面保护层的步骤；本实施例中所述铜丝的直径为0.5mm，所述铜圆管的内直径为200mm；

S32，挤压所述铜圆管至所述铜圆管内容积减小，在所述铜圆管的内壁与相邻的所述铜丝之间以及相邻所述铜丝之间形成毛细孔；本实施例中通过轧制实现对所述铜圆管的挤压；并通过控制轧机上下辊之间的距离获得预定内容积的铜管；挤压后所述铜圆管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔；S33，先将所述铜圆管的一端进行焊接密封，然后再在封闭空间内向挤压后的所述铜圆管内填充工质，最后再焊接密封所述铜圆管的另一端，即得到铜热管；作为本实施例具体的充填工质的方法：填充工质的空间为一个封闭结构，例如可以与实施例一中的软铝热管的相同，即是个方箱，该方箱可以上下开合，在开合处安装有密封材料；方箱上面有孔可以使上模具的连接模柄穿入，模柄与孔之间有密封材料防止工质气体泄漏；与上模对应的下模安装在封闭空间的下表面；与模具竖直运动及垂直于模具平面成直角的平面上开孔使所述铜管穿过且铜管必须通过密封与该空间连接；向该封闭空间通入工质直至达到规定的压力；

本实施例中所用的铜为硬铜，不方便通过压力封装模具进行密封，而且不方便实现随意切割。

作为本发明的其它实施例，所述上刀上第一密封部和下刀上第二密封部的具体形状可根据实际需要设定，只要通过上刀和下刀的配合能实现热管端部的密封即可；而且可以根据需要在热管的端部形成基本平行的多道密封线，可保证更好的密封效果，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

上述实施例中，所述热管的内直径可选2mm-200mm之间的任何一个值，也可根据实际需要选得更大，主要根据与所述热管相连的散热片的底面的大小确定；为保证形成毛细孔，所述金属丝的直径可选0.1-0.5mm之间的任何一个值，因为不同工质的分子大小不同，因此其需要的范德华力也不同，需要的毛细孔的尺寸也略有差别。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种热管的制造方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

S1：将金属丝填充进金属管内，所述金属丝占据所述金属管容积的30-70%；

S2：挤压所述金属管至所述金属管内容积减小，在所述金属管的内壁和相邻的所述金属丝之间以及相邻的所述金属丝之间形成毛细孔；

S3：向挤压后的所述金属管内充填工质并将所述金属管两端密封，即得到热管；

步骤S3具体包括如下步骤：

S31：将挤压后的所述金属管两端进行预封装，预封装后在所述金属管的两端分别获得具有小孔的预封装面；

S32：先封堵一个所述预封装面上的小孔，然后通过另一个所述预封装面上的小孔对所述金属管进行抽真空，并在抽真空完成后对该小孔进行密封；

S33：打开封堵的所述小孔，并通过该小孔向所述金属管充入工质，并在所述金属管内压力达到预定值时封装所述小孔。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤S3之后还包括对热管外表面进行氧化处理形成表面保护层的步骤。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中，通过轧制实现对所述金属管的挤压；并通过控制轧机上下辊之间的距离获得预定内容积的金属管。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中，金属管的密封通过压力封装模具实现，所述封装模具安装在压力加工设备上，将内部装好金属丝的金属管放在模具中间通过加压进行密封。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中，工质的充填在封闭空间内进行。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，

步骤S1中金属丝的长度小于金属管的长度，所述金属丝装入所述金属管后，所述金属管内端部附近无金属丝分布。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤S31中，通过型芯和中间有缺口的压力封装模具实现，具体是先将型芯从所述金属管的两端插入，然后再用所述压力封装模具进行预封装；预封装面形成后所述型芯位于所述缺口内，并同时封堵预封装面上的小孔。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤S33中通过使用带有用于自动打开和封堵的顶杆的充气气嘴进行工质充入。

9.根据权利要求1-8任一所述的制造方法，其特征在于，步骤S3之后还包括通过压力切割并同时密封获得更小长度单位热管的步骤。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述金属管为圆管，挤压后所述金属管内腔变成一个由上下两个平行的挤压面和挤压面之间的圆弧连接面围成的扁平内腔。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述金属为软铝。

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