CN106767071A - 一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，包括截面为异形的热管主体，所述热管主体的内壁上设有沟槽，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层，茸状翅纤维为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。本发明还公开了一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的制作方法。本发明所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管有效提高了热管吸液芯的毛细吸力，实现热管内部液、汽分流，有效增强了热管的传热性能，弥补了沟槽式热管极限功率较低的不足，提高了液体渗透率，减小了工质回流的阻力，解决传统沟槽式热管不能弯曲、压扁的不足，热管为异型管，增大了空气流动截面积，有效降低空气阻力，增大冷却空气流量，提高换热性能。

Description

一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种热管，具体涉及一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管及其制作方法。

背景技术

电子设备的小型化、轻量化、高功率化方向发展引起设备内部有效散热空间减小，热流密度增加。散热问题成为电子设备进一步发展的关键。热管作为一种有效的散热器件，从问世起就得到了广泛的应用。沟槽式热管重量轻、体积小，成为普遍使用的散热器件。然而受微沟槽结构毛细极限的影响，沟槽式热管难以满足日益增长的散热需求。同时，弯曲、压扁等工艺会严重破坏微沟槽结构，限制了沟槽式热管的应用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管及其制作方法。本发明采用的技术手段如下：

一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，包括截面为异形的热管主体，所述热管主体的内壁上设有沟槽，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层，所述茸状翅纤维为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。

进一步地，所述茸状翅纤维层烧结于热管主体的内壁上，在茸状翅纤维之间以及茸状翅纤维与热管主体的内壁之间形成烧结颈。

进一步地，所述茸状翅纤维层定向铺设或杂乱铺设于热管主体的内壁上。

进一步地，所述茸状翅纤维层为定向铺设，铺设方向为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度。

进一步地，所述茸状翅纤维层的纤维直径为100～200μm，所述茸状翅纤维层的孔隙率为60％～90％。

进一步地，所述茸状翅纤维层的纤维直径为150μm。

进一步地，所述沟槽为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度的纵向凹槽，所述沟槽的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽的深度为0.2～0.3㎜。

进一步地，所述热管主体的内壁周向上的沟槽数量为30～70。

进一步地，所述沟槽由犁切-挤压成形法制成。

一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的制作方法，包括以下步骤：

①将茸状翅纤维层烧结于圆形沟槽式热管的内壁上，烧结温度为850～900℃；

②将烧结后的热管在250～300℃下加工至所需的形状；

③将步骤②所得的热管放入胀管模具，在250～300℃下加热，得到茸状翅纤维复合沟槽式异形热管。

与现有技术比较，本发明所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管具有以下优点：

1、茸状翅纤维层与设有沟槽的热管主体内壁烧结，在茸状翅纤维之间、茸状翅纤维与热管主体的内壁之间形成烧结颈，形成多孔结构，做为液态工质回流的通道，同时热管内部空腔作为气态工质流动通道，有效提高了热管吸液芯的毛细吸力，实现热管内部液、汽分流，有效增强了热管的传热性能，弥补了沟槽式热管极限功率较低的不足；同时克服了铜粉烧结式吸液芯重量较重、使用过程中铜粉会因振动出现脱落现象，提高了产品可靠性。

2、茸状翅纤维排列方向与沟槽均为纵向设置，有效提高了液体渗透率，减小了液体工质回流的阻力；

3、茸状翅纤维层通过烧结和沟槽结构结合在一起，使得热管在弯曲、压扁过程中也可以保持完整的多孔结构，解决传统沟槽式热管不能弯曲、压扁的不足，热管为异型管，并且可以根据实际需求进行调整，能够更好的适应不同空间的散热需求。

4、异型管由圆管压扁而成，增大了空气流动截面积，可有效降低空气阻力，增大冷却空气流量，提高换热性能。

本发明所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的制作方法采用先烧结茸状翅纤维层，再挤压、弯曲至异型管的工艺，茸状翅纤维层通过烧结和沟槽结构结合在一起，使得热管在弯曲、压扁过程中也可以保持完整的多孔结构，制造工艺简单，可以实现工业化生产，便于实际生产中的大规模应用。

附图说明

图1是本发明实施例所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的结构示意图。

图2是本发明实施例所述的茸状翅纤维的扫描电镜图。

图3是图2的A处放大5倍的扫描电镜图。

图4是本发明实施例所述的异形热管的制作方法过程示意图。

图5是本发明实施例所述的胀管模具的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，包括截面为异形的热管主体1，所述热管主体的内壁上设有沟槽2，相邻沟槽2之间形成凸起，所述热管主体1的内壁上铺设有茸状翅纤维层3。所述异形热管是指截面不为圆形的热管，具体可以为椭圆形、矩形或扁圆形等形状，扁圆形即为两个弧形和两个线段对接成的类似跑道的形状，也可以根据需要加工为其他规则或不规则的形状。

所述茸状翅纤维是用特制多齿刀具经切削法制成的表面粗糙的细丝状体，因刀具前刀面与成型面的挤压、摩擦，在纤维表面形成不规则的凸起或缺陷，以及大量的微小茸状翅片结构，丝体细长连续且具有较高强度和一定韧性，其翅片结构高度为纤维当量直径的5％～25％，如图2和图3所示。所述茸状翅纤维层3烧结于热管主体1的内壁上，通过烧结过程，茸状翅纤维之间、茸状翅纤维与微沟槽结构的凸起之间形成烧结颈，共同组成多孔结构4，将热管冷凝段的液体工质运送回蒸发段。所述茸状翅纤维层3定向铺设或杂乱铺设于热管主体1的内壁上。本实施例中，所述茸状翅纤维层3为定向铺设，铺设方向为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度，有效提高了茸状翅纤维层3的渗透率，减小液体工质回流的阻力。所述茸状翅纤维层3的纤维直径为100～200μm，根据不同的散热要求，所述茸状翅纤维层3的孔隙率为60％～90％。实验测试验证表面茸状翅纤维的直径为150um时毛细性能最佳，因此优选茸状翅纤维层3的纤维直径为150μm。茸状翅纤维层3的长度与沟槽的长度保持基本一致，定向铺设、烧结在微沟槽的表面，形成茸状翅纤维复合沟槽式吸液芯。如图2所示，多齿刀具切削形成的茸状翅纤维，由于切削过程中的挤压、变形作用，在纤维表现形成了微小的翅片结构和粗糙的表面，对于提高茸状翅纤维层的毛细吸力有极大的促进作用。

所述沟槽2为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度的纵向凹槽，所述沟槽2的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽2的深度为0.2～0.3㎜，本实施例中，所述沟槽2的截面为“V”形。所述热管主体1的内壁周向上的沟槽2数量为30～70，具体根据需要进行设置。茸状翅纤维层3的长度与沟槽2的长度保持基本一致，定向铺设、烧结在沟槽2的表面，形成茸状翅纤维复合沟槽式吸液芯，沟槽2的宽度优选和茸状翅纤维直径保持基本一致，或者小于茸状翅纤维直径，以避免茸状翅纤维进入微沟槽内部造成堵塞。所述沟槽由犁切-挤压成形法制成。

本实施例所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管由圆形茸状翅纤维复合沟槽式热管进一步加工得到。

如图4和图5所示，一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的制作方法，包括以下步骤：

①将茸状翅纤维层3烧结于圆形沟槽式热管5的内壁上，烧结温度为850～900℃，以保持茸状翅纤维表面的微小翅片结构和粗糙表面。

②将烧结后的热管在250～300℃下加工至所需的形状，通过热压将圆形热管压扁成为扁管6，温度优选为260℃，并保温3min后进行加工，保温是为了使热管内部工质汽化，管体处于膨胀状态，避免热管在压扁过程产生凹陷。

③将步骤②所得的扁管6在250～300℃下放入模具7加热进行胀管，得到茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，加热过程中，热管内部工质汽化，热管管体向外膨胀，受到胀管模具的限制，得到最终的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管。

胀管采用的模具由两个具有相同结构的模具组合构成，如图4所示，模具内轮廓8与最终的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的外部轮廓相同。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，包括截面为异形的热管主体，其特征在于：所述热管主体的内壁上设有沟槽，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层，所述茸状翅纤维为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。

2.根据权利要求1所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述茸状翅纤维层烧结于热管主体的内壁上，在茸状翅纤维之间以及茸状翅纤维与热管主体的内壁之间形成烧结颈。

3.根据权利要求2所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述茸状翅纤维层定向铺设或杂乱铺设于热管主体的内壁上。

4.根据权利要求3所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述茸状翅纤维层为定向铺设，铺设方向为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度。

5.根据权利要求3或4所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述茸状翅纤维层的纤维直径为100～200μm，所述茸状翅纤维层的孔隙率为60％～90％。

6.根据权利要求5所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述茸状翅纤维层的纤维直径为150μm。

7.根据权利要求6所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述沟槽为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度的纵向凹槽，所述沟槽的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽的深度为0.2～0.3㎜。

8.根据权利要求7所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述热管主体的内壁周向上的沟槽数量为30～70。

9.根据权利要求8所述的茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，其特征在于：所述沟槽由犁切-挤压成形法制成。

10.一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管的制作方法，包括以下步骤：

①将茸状翅纤维层烧结于圆形沟槽式热管的内壁上，烧结温度为850～900℃；

②将烧结后的热管在250～300℃下加工至所需的形状；

③将步骤②所得的热管放入胀管模具，在250～300℃下加热，得到茸状翅纤维复合沟槽式异形热管。