CN105115334A - 一种基于内胀外压的方形铜热管及其制造方法 - Google Patents

一种基于内胀外压的方形铜热管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于内胀外压的方形铜热管，所述方形铜热管横向截面的外壁轮廓形状为方形，外壁轮廓的相邻两平面间的圆角半径小于0.3mm，所述方形铜热管的内壁设置有微沟槽或烧结有吸液芯毛细结构。本发明还提供了一种如所述的方形铜热管的制造方法，包括步骤：（1）相变压扁；（2）相变厚度成型；（3）模压高度成型。本发明提供的方形铜热管能很好的与同等尺寸的沟槽匹配安装，减少安装空隙，减少传热热阻，提高传热效率，同时，方形热管的制造方法采用了内胀外压的成型工艺，利用加热相变使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止了外压过程中管体中轴线上屈曲现象的产生，保证热管侧平面的质量。

Description

一种基于内胀外压的方形铜热管及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子元器件冷却的散热装置，尤其涉及一种基于内胀外压的方形铜热管及其制造方法。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展,电子设备的功能和复杂性日益增长，电子元器件的集成度不断提高，而物理尺寸却越来越小，单位体积电子器件的发热量快速增加，散热问题变得越来越突出，目前发热芯片的高热流密度散热问题已成为微电子工业发展的最大瓶颈之一。热管被称为热的“超导体”，由于其利用内部工质的相变潜热进行热传递，导热率为同种金属材料的几十到上百倍，在传热换热领域（如航天航空、大功率LED、太阳能光热板等）上具有极大的应用价值。传统的热管外形多为圆柱形，在实际应用中须与同等尺寸的沟槽匹配装配，安装精度要求较高，且容易与外围零部件间产生间隙，增大了传热热阻，影响热管传热效果。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明一方面提供了一种基于内胀外压的方形铜热管，结构简单，加工方便，解决了传统热管由于圆形外形带来的装配精度较差、热阻较大等问题。
本发明采用如下技术方案：
一种基于内胀外压的方形铜热管，所述方形铜热管横向截面的外壁轮廓形状为方形，外壁轮廓的相邻两平面间的圆角半径小于0.3mm。
本方案提供的方形铜热管能很好的与同等尺寸的沟槽匹配安装，减少安装空隙，减少传热热阻，提高传热效率。
进一步地，所述方形铜热管的内壁设置有微沟槽或烧结有吸液芯毛细结构，进一步提高热管的换热效率。
本方面另一方面提供了一种如所述方形铜热管的制造方法，其采用的技术方案如下：
一种如所述的方形铜热管的制造方法，包括步骤：
（1）相变压扁
通过相变压扁模具对内部填充有液体工质的圆柱形热管加热至180~200℃，然后相变压扁模具挤压圆柱形热管，使圆柱形热管的厚度方向上压缩至所需方形热管厚度的95%~98%；
（2）相变厚度成型
将相变压扁后的热管置于模压成型模具的凹模内，合上模压成型模具的凸模，然后整体置于退火炉中升温至300℃~350℃，保温15~30min；升温和保温过程可将炉膛内部抽真空或充入保护性气体，所述凹模的槽腔宽度值及凸模的凸台宽度值与方形热管的厚度值相一致，高温加热使扁平热管内部液体工质蒸发汽化，相变形成蒸汽，蒸汽的压力迫使铜管膨胀产生塑性变形，从而与模压成型模具的凹模内壁紧密结合，从而使热管厚度恢复至设定的方形热管厚度；
（3）模压高度成型
将步骤（2）处理后的凹模、凸模及热管整体取出，置于已加热至180℃~200℃的模压模具下，保证热管内工质仍然为气态，对管壁有正向压力情况下，施压模压成型模具的凸模至与匹配的凹模贴合，使热管在高度方向上被压扁至设定高度，所述模压温度为180℃~200℃，有效地保证了在高度方向压缩过程中，热管内工质仍然为气态，对管壁产生压力，防止压扁过程中出现局部塌陷。
进一步地，所述保护气体包括氮气、氢气，防止加热时铜管受外界气体的侵蚀。
进一步地，所述步骤（2）中的相变压扁模具包括上模具与下模具，所述上模具和下模具上开设若干个加热棒孔，并在所述加热棒孔内插入用以加热上模具和下模具的加热棒，通过加热棒加热上模具、下模具及圆柱形热管，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生。
进一步地，所述液体工质为去离子水或乙醇。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)基于内胀外压的方形铜热管，管径向截面的外围轮廓形状为方形，每个侧面均为方形平面，易于与电子元器件发热面和散热器冷凝面的贴合，且在实际应用中的安装更为便捷。
(2)方形热管的制造方法采用了内胀外压的成型方法，相变使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止了管体中轴线上屈曲现象的产生，保证热管侧平面的质量。
(3)本发明技术手段简便易行，成本低廉，在电子元器件散热领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为一种基于内胀外压的方形铜热管横截面结构示意图。
图2为方形铜热管制造工艺流程的示意图。
图中，1.上模具，2.下模具，3.加热棒孔，4.圆柱形热管，5.凸模，6.凹模。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1所示，一种基于内胀外压的方形铜热管，所述方形铜热管横向截面的外壁轮廓形状为方形，其厚度为4mm，高度为5mm，长度为280mm，外壁轮廓的相邻两平面间的圆角半径为0.2mm，所述方形铜热管的内壁设置有微沟槽，可进一步提高热管的换热效率。
本实施例提供的方形铜热管在安装使用时能很好的与同等尺寸的沟槽匹配安装，减少安装空隙，减少传热热阻，提高传热效率。
实施例二
如图2所示，一种如所述方形铜热管的制造方法，包括步骤：
（1）相变压扁
通过相变压扁模具对长度为280mm、直径为φ5.4mm、内部填充有去离子水的圆柱形热管4加热至180℃，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生，然后相变压扁模具缓慢挤压热管，使热管厚度大小压扁至3.9mm，相变压扁模具包括上模具1与下模具2，所述上模具1和下模具2上开设若干个加热棒孔，并在所述加热棒孔内插入用以加热上模具和下模具的加热棒，通过加热棒加热上模具1、下模具2及圆柱形热管，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生；
（2）相变厚度成型
将相变压扁后的热管置于模压成型模具的凹模6内，合上模压成型模具的凸模5，然后整体置于退火炉中升温至320℃，保温20min；升温和保温过程可将炉膛内部抽真空或充入氢气作为保护性气体，所述凹模6的槽腔宽度值及凸模5的凸台宽度值与方形热管的厚度均为4mm，高温加热使扁平热管内部液体工质蒸发汽化，相变形成蒸汽，蒸汽的压力迫使铜管膨胀产生塑性变形，从而与模压成型模具的凹模6内壁紧密结合，从而使热管厚度恢复至设定的4mm；
（3）模压高度成型
将步骤（2）处理后的凹模6、凸模5及热管整体取出，置于已加热至180℃的模压模具下，保证热管内工质仍然为气态，对管壁有正向压力情况下，施压模压成型模具的凸模5至与匹配的凹模6贴合，使热管在高度方向上被压扁至设定高度5mm，加热至180℃的模压模具，有效地保证了在高度方向压缩过程中，热管内工质仍然为气态，对管壁产生压力，防止压扁过程中出现局部塌陷。
实施例三
如图2所示，一种如所述方形铜热管的制造方法，包括步骤：
（1）相变压扁
通过相变压扁模具对长度为280mm、直径为φ5.4mm、内部填充有去离子水的圆柱形热管4加热至190℃，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生，然后相变压扁模具缓慢挤压热管，使热管厚度大小压扁至3.9mm，相变压扁模具包括上模具1与下模具2，所述上模具1和下模具2上开设若干个加热棒孔，并在所述加热棒孔内插入用以加热上模具和下模具的加热棒，通过加热棒加热上模具1、下模具2及圆柱形热管，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生；
（2）相变厚度成型
将相变压扁后的热管置于模压成型模具的凹模6内，合上模压成型模具的凸模5，然后整体置于退火炉中升温至300℃，保温15min；升温和保温过程可将炉膛内部抽真空或充入氢气作为保护性气体，所述凹模6的槽腔宽度值及凸模5的凸台宽度值与方形热管的厚度均为4mm，高温加热使扁平热管内部液体工质蒸发汽化，相变形成蒸汽，蒸汽的压力迫使铜管膨胀产生塑性变形，从而与模压成型模具的凹模6内壁紧密结合，从而使热管厚度恢复至设定的4mm；
（3）模压高度成型
将步骤（2）处理后的凹模6、凸模5及热管整体取出，置于已加热至190℃的模压模具下，保证热管内工质仍然为气态，对管壁有正向压力情况下，施压模压成型模具的凸模5至与匹配的凹模6贴合，使热管在高度方向上被压扁至设定高度5mm，加热至190℃的模压模具，有效地保证了在高度方向压缩过程中，热管内工质仍然为气态，对管壁产生压力，防止压扁过程中出现局部塌陷。
实施例四
如图2所示，一种如所述方形铜热管的制造方法，包括步骤：
（1）相变压扁
通过相变压扁模具对长度为280mm、直径为φ5.4mm、内部填充有去离子水的圆柱形热管4加热至200℃(见图2a)，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生，然后相变压扁模具缓慢挤压热管，使热管厚度大小压扁至3.9mm(见图2b)，相变压扁模具包括上模具1与下模具2，所述上模具1和下模具2上开设若干个加热棒孔，并在所述加热棒孔内插入用以加热上模具和下模具的加热棒，通过加热棒加热上模具1、下模具2及圆柱形热管，使热管内部液体工质汽化，对管壁产生压力，防止管体中轴线上屈曲现象的产生；
（2）相变厚度成型
将相变压扁后的热管置于模压成型模具的凹模6内，合上模压成型模具的凸模5（见图2c），然后整体置于退火炉中升温至350℃，保温30min；升温和保温过程可将炉膛内部抽真空或充入氢气作为保护性气体，所述凹模6的槽腔宽度值及凸模5的凸台宽度值与方形热管的厚度均为4mm，高温加热使扁平热管内部液体工质蒸发汽化，相变形成蒸汽，蒸汽的压力迫使铜管膨胀产生塑性变形，从而与模压成型模具的凹模6内壁紧密结合，从而使热管厚度恢复至设定的4mm；
（3）模压高度成型
将步骤（2）处理后的凹模6、凸模5及热管整体取出，置于已加热至200℃的模压模具下，保证热管内工质仍然为气态，对管壁有正向压力情况下，施压模压成型模具的凸模5至与匹配的凹模6贴合，使热管在高度方向上被压扁至设定高度5mm（见图2d），所加热至200℃的模压模具，有效地保证了在高度方向压缩过程中，热管内工质仍然为气态，对管壁产生压力，防止压扁过程中出现局部塌陷。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于内胀外压的方形铜热管，其特征在于：所述方形铜热管横向截面的外壁轮廓形状为方形，外壁轮廓的相邻两平面间的圆角半径小于0.3mm。
2.根据权利要求1所述的基于内胀外压的方形铜热管，其特征在于，所述方形铜热管的内壁设置有微沟槽或烧结有吸液芯毛细结构。
3.一种如权利要求1或2所述的方形铜热管的制造方法，其特征在于，包括步骤：
（1）相变压扁
通过相变压扁模具对圆柱形热管(4)加热至180~200℃，然后相变压扁模具挤压圆柱形热管(4)，使圆柱形热管(4)的厚度方向上压缩至所需方形热管厚度的95%~98%；
相变厚度成型
将相变压扁后的热管置于模压成型模具的凹模(6)内，合上模压成型模具的凸模(5)，然后整体置于退火炉中升温至300℃~350℃，保温15~30min；升温和保温过程可将炉膛内部抽真空或充入保护性气体，所述凹模(6)的槽腔宽度值及凸模(5)的凸台宽度值与方形热管的厚度值相一致；
模压高度成型
将步骤（2）处理后的凹模(6)、凸模(5)及热管整体取出，置于已加热至180℃~200℃的模压模具下，保证热管内工质仍然为气态，对管壁有正向压力情况下，施压模压成型模具的凸模(5)至与匹配的凹模(6)贴合，使热管在高度方向上被压扁至设定高度。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述保护气体包括氮气、氢气。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）中的相变压扁模具包括上模具(1)与下模具(2)，所述上模具(1)和下模具(2)上开设若干个加热棒孔，并在所述加热棒孔内插入用以加热上模具和下模具的加热棒。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述液体工质包括去离子水或乙醇。
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