CN103940274A - 一种超薄热管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄热管，包括经压制形成扁状的管体，管体具有压缩段和平整段；管体两端密封，形成一密闭内腔；密闭内腔中填充工作液，管体的密闭内腔内形成有第一沟槽部及第二沟槽部，第二沟槽部上附着有粉末烧结部；并且第一沟槽部的沟槽密度小于第二沟槽部的沟槽密度，第二沟槽部上附着有金属网，且该金属网与第二沟槽部经烧结而结合在一起。本发明还提供了该超薄热管的制造方法；本发明提供的超薄热管，尺寸能够做的足够小，同时亦能够保证良好的导热效率及稳定性的超薄热管，并提供了其配套的制造方法；其能够适用于各种需要良好散热但尺寸受限的领域。

Description

一种超薄热管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热管，特别是涉及一种超薄热管及其制造方法。

背景技术

热管因其超高的导热效率，被广泛应用于各种需要良好散热的领域。常规的热管结构，主要为一密闭的金属管，在管内设置有毛细结构，并注有适量的工作液，在配合蒸发端使用时，蒸发端热量传递于热管一端，管内工作液吸热而汽化，蒸汽在压差作用下，高速流向另一端，向冷凝端放出热量而凝结，凝结液体在毛细作用下，利用毛细构造从冷凝端返回至蒸发端，如此循环，就把热量高效迅速的从蒸发端传至冷凝端，达到快速热交换的目的。

由于过去使用的铜管+铜丝网的效果不佳, 铜丝网不易紧贴在铜管管壁, 因此多以弹簧圈强迫铜丝网贴住铜管管壁上(如JP2012-2417)或者以铜管(含沟槽)+铜丝网+铜粉烧结(如CN1815131A或US2006/0196641A), 由于都是铜丝网贴满铜管管壁, 因此不容易形成高功率的超薄热管, 而使用铜粉烧结形成超薄热管的前案(如CN101581548A及CN102538528A)其所形成的热管在现在的平板计算机极其严格的规格要求下(热管的厚度0.6-1.0mm,并且传导功率不得减小), 过去的规格适用的超薄热管都已经无法适用, 因此必须使用新的结构及制程才能达成越来越严苛的客户要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在保证或提高散热效果的前提下，厚度更薄的超薄热管。

本发明还提供一种该超薄热管的制造工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

包括一扁状管体，该扁状管体具有对称于左、右侧的两压缩部及对称于上、下侧的两平整部；所述管体两端密封，该密封的两端配合管体的壁面形成一密闭内腔，密闭内腔内填充有工作液；所述密闭内腔内压缩部内表面沿管体轴向设置有复数个沟槽，形成两组对称的第一沟槽部；所述密闭内腔内平整部内表面沿管体轴向设置有复数个沟槽，形成两组对称的第二沟槽部；并且所述第一沟槽部的沟槽密度小于第二沟槽部的沟槽密度；其特征在于:所述第二沟槽部上附着有金属网，且该金属网与第二沟槽部的尖端经烧结而结合在一起。

作为进一步的改进，所述金属网上分布有金属颗粒，且该金属颗粒与金属网烧结在一起。

作为另一实例的结构，所述扁状管体包括蒸发端及冷凝端，所述第一沟槽部及第二沟槽部均位于冷凝端，所述平整部位于蒸发端的部分的内表面设有粉末烧结部。

作为上述的改进，金属网延伸至所述蒸发端形成一延伸段，所述粉末烧结部与该延伸段烧结在一起。

一种超薄热管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：材料准备：准备具有预定尺寸和规格的金属圆管及金属网；

步骤2：拉伸沟槽：采用模具，在金属圆管内壁拉出轴向延伸的第二沟槽部，该第二沟槽部分两组并以圆管轴心呈相互对称；

步骤3：探伤及测厚：检查金属管壁是否存在伤痕，并检测金属管壁厚度是否合格，剔除不良品；

步骤4：裁切：将金属圆管裁切为预定长度；

步骤5：清洗金属圆管；

步骤6：缩口一：对金属圆管的第一端进行缩口：

步骤7：塞网，将裁切到预定尺寸并清洗后的金属网使用第一中心棒辅助塞入金属圆管内，且金属网的位置要与第二沟槽部分位置对应；

步骤8：插棒，从金属圆管的第二端插入第二中心棒，以将金属网压附于第二沟槽部上；

步骤9：烧结：对金属圆管进行烧结以使金属网与第二沟槽部结合在一起，之后拔出第一中心棒和第二中心棒，烧结温度为900℃-950℃，烧结时间为4-6小时；

步骤10：缩口二：对金属圆管的第二端进行缩口：

步骤11：密封一：对金属圆管的第二端进行密封；

步骤12：退火：将金属圆管放入退火炉中进行退火；

步骤13：注液真空：从金属圆管的第一端向金属圆管内注入工作液，并对管内抽真空；

步骤14：密封二：对金属圆管的第一端进行密封：

步骤15：压扁：将金属圆管压扁，使金属圆管形成具有分别对称的压缩部和平整部的扁状管，并保证平整部的位置对应于管内的第二沟槽部；

步骤16：测试，对成品的超薄热管进行测试。

所述第一中心棒包括两弧形棒，该弧形棒包括一圆弧面，所述金属网通过该圆弧面的挤压能够完全紧密贴附于第二沟槽部上；所述第二中心棒为一扁平棒。

所述步骤12具体包括以下步骤:

步骤12.1，将金属圆管放入退火炉中，在退火炉的炉温达到600℃之前，于退火炉中充入氮气，持续时间为40-45分钟；

步骤12.2，在退火炉的炉温达到600℃-750℃时，于退火炉中充入氮气和氢气的混合气，持续时间为40-45分钟；

步骤12.3，退火炉的炉温再冷却到室温，冷却的同时充入氮气。

其中所述步骤2的拉伸沟槽中，还采用模具在金属圆管内壁拉出轴向延伸的第一沟槽部，该第一沟槽部分两组并以圆管轴心呈相互对称，其中该第一沟槽部的沟槽密度小于第二沟槽部的沟槽密度。

所述步骤7还包括一金属圆管的内部显示过程：塞网前，在金属圆管的缩口端处打一个光源，在金属圆管的另一端设置摄像头，从而将金属圆管的内部结构显示于显示器上。

在步骤2与步骤7间还有步骤A：打磨，将位于金属圆管的蒸发端的内表面上的第二沟槽部磨平；

在步骤8与步骤9间还有步骤B：填粉，于金属圆管的蒸发端的内表面与第一中心棒间填入金属粉末。

所述金属粉末所含的金属颗粒的直径要大于第二沟槽部中沟槽的宽度。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种尺寸能够做的足够小，总厚度为0.6-1.0mm的超薄热管，而且在厚度减小的同时亦能够保证良好的导热效率及稳定性，其功率能够控制在25瓦以上，并提供了其配套的制造方法；其能够适用于各种需要良好散热但尺寸受限的领域的更高要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是超薄热管的结构示意图；

图2是超薄热管的纵剖面示意图；

图3是超薄热管的横截面示意图；

图4是本发明的优选实施例之二中超薄热管的蒸发端的横截面示意图；

图5是本发明的优选实施例之二中超薄热管的蒸发端更进一步的改进结构的横截面示意图；

图6是金属圆管通过模具开设沟槽，构成第二沟槽部后的横截面结构示意。

图7是金属圆管通过模具开设沟槽，构成第二沟槽部及第一沟槽部后的横截面结构示意。

图8是于金属圆管中开设沟槽所需的模具立体视图。

图9是金属圆管通过模具开设沟槽并塞入金属网后的横截面结构示意。

图10是金属圆管的立体示意图

图11是第一中心棒及第二中心棒的立体示意图

图12是第一中心棒及第二中心棒的另一结构的立体示意图

具体实施方式

参照图1至图3，上述图示所展示的是本发明的优选实施例之一，该实施例中超薄热管主要包括扁状管体1，该扁状管体1由一铜圆管经压制形成扁状，从而形成对称于左、右侧的两压缩部11及对称于上、下侧的两平整部12；管体两端密封，该密封的两端配合管体的壁面形成一密闭内腔，密闭内腔内填充有工作液，如水，酒精，冷却剂或其他液体。

此外，在密闭内腔内还设有第一沟槽部13和第二沟槽部14，其中有第一沟槽部13位置对应于扁状管体1外部的压缩部11处，并由沿扁状管体1的轴向延伸的复数个沟槽构成，在铜圆管被压扁时，第一沟槽部13可以对管壁起到支撑作用，并且能够吸收部分管壁应变，从而能够防止管壁太薄而在受压时产生畸变，而第二沟槽部14位置对应扁装管体外部的平整部12处，并由沿扁装管体的轴向延伸的复数个沟槽构成(约30-80个)，第二沟槽部14上附着有长条型片状金属网2，而第一沟槽部13上则不布任何丝网，该金属网2采用了铜网，且该金属网2与第二沟槽部14的尖端经烧结而结合在一起，从而在保证毛细力不降低的情况下，金属网2占用的空间更小，不仅能够使超薄热管的总厚度降至0.6-1.0mm，而且能够保证密闭内腔中的蒸汽通道的空间不减小甚至增加，提高了蒸汽通道内蒸汽的通过力，而第二沟槽部14有助于工作液的回流。

本实例中，该第一沟槽部13的沟槽密度小于第二沟槽部14的沟槽密度，如此在第一沟槽部13配合于压缩部11部位的情况下，不会造成沟槽之间的相互挤压或空隙过小。在超薄热管的总厚度降至0.6-1.0mm时，为了能够使超薄热管内的结构更合理，不影响超薄热管的散热效率，第二沟槽部14的沟槽宽度小于或等于0.1mm，而沟槽高度为0.05-0.15mm，且为了使沟槽的毛细力达到最佳，第二沟槽部14的沟槽宽度与所述第二沟槽部14的沟槽高度比值为0.5-2.0。

为了使金属网2的毛细力达到最佳且超薄热管的总厚度能够控制在0.6-1.0mm，金属网2网目数优选为250-500，金属网2中的金属丝的直径优选为0.02-0.05mm，金属网2厚度优选为0.05-0.13mm, 对称的第二沟槽部14的尖端上附着的金属网2优选1-4层，为了使超薄热管的总厚度能够控制在0.6-1.0mm且兼具一定的强度，扁状管体1的壁厚(不含沟槽高度)为0.1-0.3mm。

本发明的超薄热管的工作原理为，用于将发热元件的热量快速传递，其应用时，扁状管体1的外壁某处，通常是平整部12处接触发热元件，接触发热元件的一端通常视为蒸发端，其余部分为冷凝端，扁状管体1的密闭内腔内的工作液受热气化，并在气化的压差下流通到密闭内腔的另一端，冷凝成液体并释放出热量，冷凝的液体在通过毛细力作用流回蒸发端。

如图4及图5所示，本发明的优选实施例之二，该实例与实施例之一大部分结构相同，不同之处在于：第一沟槽部13及第二沟槽部14均位于扁状管体1的冷凝端，而扁状管体1的蒸发端则没有第一沟槽部13及第二沟槽部14，因而也没有附具金属网2，而是在平整部12位于蒸发端处的内表面设置了粉末烧结部，该粉末烧结部的端部与金属网2及第二沟槽部14烧结连接，该粉末烧结部采用铜粉烧结而成，因而，不仅增加了蒸发端对工作液的吸附力，而且蒸发端含水量更大，从而更有利于蒸发端对热量的吸收，从而有利于提高热传递效率。作为本实例更进一步的改进，金属网2延伸至蒸发端形成一延伸段，粉末烧结部与该延伸段烧结在一起，因而，不仅增加了蒸发端对工作液的吸附力使蒸发端含水量更大，而且金属网2所形成的毛细结构连续到蒸发端，有利于工作液的回流，从而更提高热传递效率。

如图6至图12所示，为得到本发明实施例之一的超薄热管，可采用制造工艺一制成：

步骤1：材料准备：准备具有预定尺寸和规格的金属圆管3及金属网2；保证该金属圆管3的直径及壁厚和最终的超薄热管适配；金属网2的目数及厚度、金属网2中的金属丝的直径符合要求，

步骤2：拉伸沟槽：采用如图8所示的模具4，该模具4沿轴向开设有若干刀槽，通过模具4的刀槽41，在金属圆管3内壁拉出轴向延伸的第二沟槽部14，该第二沟槽部14分两组并以金属圆管3轴心呈相互对称，其结构如图6所示；此外如图7所示，在优选方案中，可以加入第一沟槽部13，其同样采用模具4上对应的刀槽42拉出，且同样有沿轴向延伸的沟槽组成，并且其同样分两组并以金属圆管3轴心呈相互对称，需要保证的是，该第一沟槽部13的沟槽密度小于第二沟槽部14的沟槽密度；

步骤3：探伤及测厚：检查金属管壁是否存在伤痕，并检测金属管壁厚度是否合格，剔除不良品；

步骤4：裁切：将金属圆管3裁切为预定长度；

步骤5：清洗金属圆管3；

步骤6：缩口一：对金属圆管3的第一端进行缩口：

步骤7：塞网，将裁切到预定尺寸的并清洗后的金属网2使用弧形棒5辅助塞入金属圆管3内，本例中，金属网2宽3mm，且金属网2的位置要与第二沟槽部14分位置对应，保证金属网2能够完全覆盖在第二沟槽部14分上，作为优选步骤，步骤7还包括一金属圆管3的内部显示过程：塞网前，在金属圆管3的缩口端处打一个光源，在金属圆管3的另一端设置摄像头，从而将金属圆管3的内部结构显示于显示器上，通过该过程，塞网的人员能够通过显示器看到金属圆管3的内部结构及金属网2位于金属圆管3内的第二沟槽部上的位置，从而在塞网时可以对金属网2的位置纠正，使其位于准确的位置处，不仅提高了准确率，还节省了操作时间，为了得到较好的毛细结构，金属网2优选1-4层，金属网2网目数优选为250-500，金属网2中的金属丝的直径优选为0.02-0.05mm，金属网2厚度优选为0.05-0.13mm,；

步骤8：插棒，从金属圆管3的第二端插入扁平棒6，以将金属网2压附于第二沟槽部14上；如图11或图12所示，该弧形棒5包括一圆弧面和一平面，该扁平棒6两面磨平的，先插入两弧形棒5分别将两金属网2定位好，然后再将扁平棒6插入两弧形棒5间，通过扁平棒6的平面挤压弧形棒5的平面，从而金属网2通过该圆弧面的挤压能够完全紧密贴附于第二沟槽部14上，从而使金属网2本身或与第二沟槽部14的尖端能够很好烧结在一起，构成良好的毛细结构，具有较高的毛细力，弧形棒5仅是一优选结构，本实例也可采用其它具有圆弧面的棒状结构。

步骤9：烧结：对金属圆管3进行烧结以使金属网2与第二沟槽部14结合在一起形成毛细结构，之后拔出两弧形棒5和扁平棒6，烧结温度为900℃-950℃，烧结时间为4-6小时，在此条件下能够获得较好的烧结效果，有助于形成较好的毛细结构；

步骤10：缩口二：对金属圆管3的第二端进行缩口，以便于抽真空或注液：

步骤11：密封一：对金属圆管3的第二端进行密封，优选采用点焊密封；

步骤12：退火：将金属圆管3放入退火炉中进行退火，以消除内应力；该步骤于本实例中的优选过程为，

步骤12.1，将金属圆放入退火炉中，在退火炉的炉温达到600℃之前，持续时间为40-45分钟，充入的气体保护金属圆管3，防止在加热过程中金属圆管3被氧化；

步骤12.2，在退火炉的炉温达到600℃-750℃时，于退火炉中充入氮气和氢气的混合气，持续时间为40-45分钟，通过氢气将在密封一时被氧化的金属还原；

步骤12.3，退火炉的炉温再冷却到室温，冷却的同时充入氮气，充入的气体保护金属圆管3，防止在在冷却过程中中被氧化，进一步，在此冷却过程中采用了风冷以加速冷却，

经步骤12.1-步骤12.3后金属圆管3的内应力得以消除，并且改善了金属圆管3自身的各项力学性能而达到最佳。

步骤13：注液真空：从金属圆管3的第一端向金属圆管3内注入工作液，并对管内抽真空，以防混入气体；

步骤14：密封二：对金属圆管3的第一端进行密封，优选采用点焊密封：

步骤15：压扁：将金属圆管3压扁，使金属圆管3形成具有分别对称的压缩部11和平整部12的扁状管，并保证平整部12的位置对应于管内的第二沟槽部14；

步骤16：测试，对成品的超薄热管进行测试。

为得到本发明实施例之二的超薄热管，可采用制造工艺二制成：

制造工艺二与制造工艺一大部分步骤相同，其区别在于：制造工艺二还有步骤A及步骤B；

在前一工艺的步骤2与步骤7间还有步骤A：打磨，将位于金属圆管3的蒸发端的内表面上的第二沟槽部14磨平，当然，为了加工时方便，在将第二沟槽部14磨平的同时也将第一沟槽部13磨平；

在步骤8与步骤9间还有步骤B：填粉，于金属圆管3的蒸发端的内表面与第一中心棒间填入金属粉末，该金属粉末优选铜粉，并且铜粉所含的铜粉颗粒的直径要大于第二沟槽部中沟槽的宽度，能够避免在填粉过程中，铜粉颗粒掉入第二沟槽部中沟槽内，从而堵塞沟槽造成冷凝介质回流障碍；对填粉后的金属圆管3进行烧结，形成毛细结构的粉末烧结部，该粉末烧结部的端部与金属网2及第二沟槽部14烧结连接。因而，增加了蒸发端对工作液的吸附力，使蒸发端含水量更大，从而更有利于蒸发端对热量的吸收，从而有利于提高热传递效率。作为本步骤更进一步的改进，在裁网时，加长金属网2的长度，使金属网2延伸至蒸发端形成一延伸段，粉末烧结部与该延伸段烧结在一起，因而，不仅增加了蒸发端对工作液的吸附力使蒸发端含水量更大，而且金属网2所形成的毛细结构连续到蒸发端，有利于工作液的回流，从而有提高热传递效率。

上述只是对本发明的一些优选实施例进行了图示和描述，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超薄热管，包括一扁状管体，该扁状管体具有对称于左、右侧的两压缩部及对称于上、下侧的两平整部；所述管体两端密封，该密封的两端配合管体的壁面形成一密闭内腔，密闭内腔内填充有工作液；所述密闭内腔内压缩部内表面沿管体轴向设置有复数个沟槽，形成两组对称的第一沟槽部；所述密闭内腔内平整部内表面沿管体轴向设置有复数个沟槽，形成两组对称的第二沟槽部；并且所述第一沟槽部的沟槽密度小于第二沟槽部的沟槽密度，其特征在于:所述第二沟槽部上附着有金属网，且该金属网与第二沟槽部的尖端经烧结而结合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种超薄热管，其特征在于：所述扁状管体包括蒸发端及冷凝端，所述第一沟槽部及第二沟槽部均位于冷凝端，所述平整部位于蒸发端的部分的内表面设有粉末烧结部。

3.根据权利要求2所述的一种超薄热管，其特征在于：所述金属网延伸至所述蒸发端形成一延伸段，所述粉末烧结部与该延伸段烧结在一起。

4.一种超薄热管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：材料准备：准备具有预定尺寸和规格的金属圆管及金属网；

步骤2：拉伸沟槽：采用模具，在金属圆管内壁拉出轴向延伸的第二沟槽部，该第二沟槽部分两组并以圆管轴心呈相互对称；

步骤3：探伤及测厚：检查金属管壁是否存在伤痕，并检测金属管壁厚度是否合格，剔除不良品；

步骤4：裁切：将金属圆管裁切为预定长度；

步骤5：清洗金属圆管；

步骤6：缩口一：对金属圆管的第一端进行缩口：

步骤7：塞网，将裁切到预定尺寸并清洗后的金属网使用第一中心棒辅助塞入金属圆管内，且金属网的位置要与第二沟槽部分位置对应；

步骤8：插棒，从金属圆管的第二端插入第二中心棒，以将金属网压附于第二沟槽部上；

步骤9：烧结：对金属圆管进行烧结以使金属网与第二沟槽部结合在一起，之后拔出第一中心棒和第二中心棒，烧结温度为900℃-950℃，烧结时间为4-6小时；

步骤10：缩口二：对金属圆管的第二端进行缩口：

步骤11：密封一：对金属圆管的第二端进行密封；

步骤12：退火：将金属圆管放入退火炉中进行退火；

步骤13：注液真空：从金属圆管的第一端向金属圆管内注入工作液，并对管内抽真空；

步骤14：密封二：对金属圆管的第一端进行密封：

步骤15：压扁：将金属圆管压扁，使金属圆管形成具有分别对称的压缩部和平整部的扁状管，并保证平整部的位置对应于管内的第二沟槽部；

步骤16：测试，对成品的超薄热管进行测试。

5.根据权利要求4所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：所述第一中心棒包括两弧形棒，该弧形棒包括一圆弧面，所述金属网通过该圆弧面的挤压能够完全紧密贴附于第二沟槽部上；所述第二中心棒为一扁平棒。

6.根据权利要求4所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：所述步骤12具体包括以下步骤:

步骤12.1，将金属圆管放入退火炉中，在退火炉的炉温达到600℃之前，于退火炉中充入氮气，持续时间为40-45分钟；

步骤12.2，在退火炉的炉温达到600℃-750℃时，于退火炉中充入氮气和氢气的混合气，持续时间为40-45分钟；

步骤12.3，退火炉的炉温再冷却到室温，冷却的同时充入氮气。

7.根据权利要求4所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：其中所述步骤2的拉伸沟槽中，还采用模具在金属圆管内壁拉出轴向延伸的第一沟槽部，该第一沟槽部分两组并以圆管轴心呈相互对称，其中该第一沟槽部的沟槽密度小于第二沟槽部的沟槽密度。

8.根据权利要求4所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：所述步骤7还包括一金属圆管的内部显示过程：塞网前，在金属圆管的缩口端处打一个光源，在金属圆管的另一端设置摄像头，从而将金属圆管的内部结构显示于显示器上。

9.根据权利要求4所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：在步骤2与步骤7间还有步骤A：打磨，将位于金属圆管的蒸发端的内表面上的第二沟槽部磨平；

在步骤8与步骤9间还有步骤B：填粉，于金属圆管的蒸发端的内表面与第一中心棒间填入金属粉末。

10.根据权利要求9所述的一种超薄热管的制造方法，其特征在于：所述金属粉末所含的金属颗粒的直径要大于第二沟槽部中沟槽的宽度。