CN106979712A - 一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法。该制备方法将交织好的纤维毛细芯放在长薄的铜片或铝片上，对折、压合后，通过烧结或焊接的方式式将纤维毛细芯紧密固定在对折后的铜片或铝片的内壁，并边缝焊接对折边，形成两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳；将两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳的一端通过缝焊方式密封，在另一端通过真空灌注机抽真空，灌注工质，再用机械夹紧封头，焊接密封，得到所述有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管。本发明制备方法工艺简单，通过对对折边进行有限或无限连续方式边缝焊接，可实现单根或多根连续大批量流水线生产，适用工业化生产。

Description

一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备 方法

技术领域

本发明涉及热管制备领域，尤其涉及一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法。

背景技术

随着微电子机械系统以及大规模的集成电路等技术高速发展，通过微电子设备的热流密度逐步升高，高集成度也决定了电子器件内部的散热空间非常狭小。同时有研究发现，电子器件的工作运行温度对其可靠性有很大的影响，很多电子器件的失效都是由工作温度长期过高引起的。而热管技术是一种新型的相变传热技术，能够快速高效地将热量导出，防止局部热点的产生，因此热管成为微电子领域使用的理想导热元器件。现广泛使用的热管有圆形或半圆矩形铜/铝热管，但其空间需求较大且空间形状受到限制，适用范围比较局限；挤压成形铝扁带热管，虽然满足散热空间狭小的需求，但是其刚性高，对于形状复杂装置而言，不易折弯成适合形状安装上去进行散热。而在众多领域中需要柔性高的热管进行散热，比如内部装置复杂且空间狭小的装置、散热面为圆柱面等曲面的产品等等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，制备出结构紧密，厚度超薄，具有良好的柔韧性和可塑性的特点，可依据形状复杂的散热环境折弯成不同形状进行安装，适用于内部空间狭小的装置，传热性能较高的热管。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，包括如下步骤：

（1）将多根铜纤维或铝纤维有规律交织编织，得到纤维毛细芯；

（2）将纤维毛细芯有序平放在长薄的铜片或铝片上，将铜片或铝片对折、压合，通过烧结或焊接的方式将纤维毛细芯紧密固定在对折后的铜片或铝片的内壁，并边缝焊接对折边，形成两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳；

（3）将两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳的一端通过缝焊方式密封，在另一端通过真空灌注机抽真空，灌注工质，再用机械夹紧封头，焊接密封，得到所述有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管。

进一步地，步骤（1）中，所述纤维毛细芯的形状包括麻花状或辫子状，纤维毛细芯的结构包括由编织或拧结所得的具有一层或多层的编织带结构。

进一步地，步骤（1）中，所述铜纤维和铝纤维的直径均为0.02~0.4mm。

进一步地，步骤（2）中，所述纤维毛细芯采用铜纤维束时，热管管壳的材料为铜，纤维毛细芯采用铝纤维束时，热管管壳的材料为铝；

进一步地，步骤（2）中，所述铜片或铝片的形状均为矩形。

进一步地，步骤（2）中，所述纤维毛细芯为1束以上。

进一步地，步骤（2）中，采用铜片进行对折时，纤维毛细芯的固定方式采用烧结或焊接的方式。

进一步地，步骤（2）中，所述烧结的温度为800~950℃，时间为30~60min。

进一步地，步骤（2）中，采用铝片进行对折时，纤维毛细芯的固定方式采用超声波焊接。

进一步地，步骤（3）中，所述抽真空是抽真空至10~20Pa。

进一步地，步骤（3）中，所述工质为冷媒，包括去离子水、丙酮、乙醇、三氟氯丙烯或四氟乙烷。

进一步地，步骤（3）中，制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的截面厚度为0.2~3mm，管壳的壁厚为0.05~2mm，截面宽度为4~200mm。

进一步地，步骤（2）中以无限制宽度铜或铝片对折后等距离进行边缝焊接封紧对折边，最终得到宽度无限、连续边缝焊接的多根宽度方向依次相连接的柔性软态铜或铝带热管。

更进一步地，所述宽度无限、连续边缝焊接的的多根宽度方向依次相连接的柔性软态铜或铝带热管直接整体使用，或通过包括轴向裁剪或宽度方向裁剪得到单根热管。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管，结构紧密，厚度超薄，具有良好的柔韧性和可塑性的特点，可依据形状复杂的散热环境折弯成不同形状进行安装，适用于内部空间狭小的装置；

（2）本发明制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管，内壁有序阵列分布多束纤维毛细芯，纤维毛细芯与管壳空腔形成多个气（未布置有纤维毛细芯的空间）-液（纤维毛细芯）通道，增加了液体回流和蒸汽通道，加快了循环过程，传热性能较高，具有抗重力特性（抗重力达10-15mm高）；

（3）本发明制备方法工艺简单，通过对对折边进行有限或无限连续方式边缝焊接，可实现单根或多根连续大批量流水线生产，生产效率高，适用工业化生产。

附图说明

图1为实施例1中制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管两端未封头示意图；

图2为实施例1中制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管整体结构示意图；

图3为实施例1中制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管的横截面示意图；

图4为实施例1中制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管灵活折叠应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）将由144根直径为0.04mm铜纤维有规律编织成辫子状铜纤维毛细芯，编织好后的毛细芯宽度为2mm，厚度为0.6mm，长度为200mm；

（2）在尺寸长200mm，宽50mm，厚度0.1mm紫铜片上有序按标定尺寸2mm间隔平放5束已编织好的纤维毛细芯；

（3）在长薄铜片中线处弯折对折，使得上下两片铜片间留有0.6mm厚空腔空腔，构成管壳；

（4）用夹具压紧铜片与纤维毛细芯，并放在800℃真空炉里面通氢气烧结60min，将纤维毛细芯紧密固定在铜片内壁上；

（5）从真空炉中取出内壁已固定纤维毛细芯的热管，通过高频焊边缝焊接将对折边边缘密封；得到如图1所示热管，纤维毛细芯2通过烧结过程形成连接点3同时连接热管管壳1的上下内壁，且对折边通过焊缝4边缝焊接；

（6）对得到的热管开口两端其中一端用高频焊接方式焊紧密封，另一端通过真空灌注机抽真空至10Pa，然后灌注工质去离子水3±0.5mL，再机械压紧封头，并焊接封紧机械封头端，得到有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管。

制造的热管具有尺寸为：热管截面厚度为0.8mm，管壳壁厚为0.1mm，截面宽度为25mm，铜带热管长度为200mm。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管整体结构示意图如图2所示。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管的横截面示意图如图3所示，内壁有序阵列分布多束纤维毛细芯，纤维毛细芯与管壳空腔形成多个气（未布置有纤维毛细芯的空间）-液（纤维毛细芯）通道，气道6和液道5增加了液体回流和蒸汽通道，加快了循环过程，传热性能较高。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管灵活折叠应用示意图如图4所示，由图4可知，制备的热管具有良好的柔韧性和可塑性的特点，可依据形状复杂的散热环境折弯成不同形状进行安装，适用于内部空间狭小的装置。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管的抗重力达到10mm高。

实施例2

（1）将由车削得到的多根直径为0.1mm的铜纤维有规律编织成麻花状铜纤维毛细芯，编织好后的毛细芯宽度为2mm，厚度为1mm，长度为200mm；

（2）在尺寸长200mm，宽30mm，厚度0.1mm紫铜片上有序按标定尺寸2mm间隔平放3束已编织好的纤维毛细芯；

（3）在长薄铜片中线处弯折对折，使得上下两片铜片间留有1mm厚空腔空腔，构成管壳；

（4）用夹具压紧铜片与纤维毛细芯，并放在950℃真空炉里面通氢气烧结30min，将纤维毛细芯紧密固定在铜片内壁上；

（5）从真空炉中取出内壁已固定纤维毛细芯的热管，通过高频焊边缝焊接将对折边边缘密封，得到其主体；

（6）对得到的热管开口两端其中一端用高频焊接方式焊紧密封，另一端通过真空灌注机抽真空至15Pa，然后灌注工质去离子水4±0.5mL，再机械压紧封头，并焊接封紧机械封头端，得到有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管。

制造的热管具有尺寸为：热管截面厚度为1.2mm，管壳壁厚为0.1mm，截面宽度为15mm，铜带热管长度为200mm，整体结构示意图参见图2。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管的抗重力达到12mm高。

实施例3

（1）将288根直径为0.05mm的铜纤维有规律编编织成辫子状铜纤维毛细芯，编织好后的毛细芯宽度为2mm，厚度为1mm，长度为400mm；

（2）在尺寸为长800mm，宽2000mm，厚度为0.1mm长铜片上有序按标定尺寸以20mm为间距依次按照3mm间隔平放3束编织好的纤维毛细芯；

（3）在长薄铜片中线处弯折对折，使得上下两片铜片间留有1mm厚空腔空腔，构成管壳；

（4）用夹具压紧铜片与纤维毛细芯，并放在900℃真空炉里面通氢气烧结45min，将纤维毛细芯紧密固定在铜片内壁上；

（5）从真空炉中取出内壁已固定纤维毛细芯的铜片，并从对折处中线起标定20mm处进行对折边的高频焊接密封，并依次对间隔20mm宽处的相同位置进行高频焊接进行密封，得到50根横向依次连接的热管主体；

（6）根据设计的热管长度进行裁剪，通过在热管轴向间隔200mm进行裁断即可获得4个长度为200mm的50根横向连接的热管主体；

（7）对得到的每一根热管开口两端其中一端用高频边缝焊接密封封头，另一端通过真空灌注机抽真空至20Pa，然后对每一根热管单独灌注工质去离子水4.5±0.5mL，再机械压紧封头，并焊接封紧机械封头端，得到50根横向连续的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管。

具有50根横向连续铜带热管在横向具有较好的柔性，可对大型圆柱体发热器件进行弯曲与包裹，从而传递圆柱轴向热量；此外，通过对横向连接处进行裁剪即可获得200根相互独立的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管，具有生产效率高。

制造的横向连续铜带热管的尺寸为：铜带管截面厚度为1.2mm，管壳壁厚为0.1mm，截面宽度为1000mm，铜带热管长度为200mm。

制造的单根铜带管具有尺寸为：铜带管截面厚度为1.2mm，管壳壁厚为0.1mm，每根截面宽度为20mm，铜带热管长度为200mm。

制备的有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜带热管的抗重力达到10mm高。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何为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 (9)

1.一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将多根铜纤维或铝纤维有规律交织或编织，得到纤维毛细芯；

（2）将纤维毛细芯有序平放在长薄的铜片或铝片上，将铜片或铝片对折、压合，通过烧结或焊接的方式将纤维毛细芯紧密固定在对折后的铜片或铝片的内壁，并边缝焊接对折边，形成两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳；

（3）将两端开口且固定有纤维毛细芯的热管管壳的一端通过缝焊方式密封，在另一端通过真空灌注机抽真空，灌注工质，再用机械夹紧封头，焊接密封，得到所述有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管。

2.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纤维毛细芯的形状包括麻花状或辫子状，纤维毛细芯的结构包括由编织或拧结所得的具有一层或多层的编织带结构；所述铜纤维和铝纤维的直径均为0.02~0.4mm。

3.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述纤维毛细芯采用铜纤维束时，热管管壳的材料为铜，纤维毛细芯采用铝纤维束时，热管管壳的材料为铝；所述铜片或铝片的形状均为矩形；所述纤维毛细芯的数量为1束以上。

4.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，采用铜片进行对折时，铜纤维毛细芯的固定方式采用烧结或焊接的方式；所述烧结的温度为800~950℃，时间为30~60min。

5.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，采用铝片进行对折时，纤维毛细芯的固定方式采用超声波焊接。

6.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述抽真空是抽真空至10~20Pa；所述工质为冷媒，包括去离子水、丙酮、乙醇、三氟氯丙烯或四氟乙烷。

7.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，制备的热管的截面厚度为0.2~3mm，管壳的壁厚为0.05~2mm，截面宽度为4~200mm。

8.根据权利要求1所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中以无限制宽度铜片或铝片对折后等距离进行边缝焊接封紧对折边，最终得到宽度无限、连续边缝焊接的多根宽度方向依次相连接的柔性软态铜或铝带热管。

9.根据权利要求8所述的一种有序阵列分布多束纤维的柔性软态铜/铝带热管的制备方法，其特征在于，所述宽度无限、连续边缝焊接的的多根宽度方向依次相连接的柔性软态铜或铝带热管直接整体使用，或通过包括轴向裁剪或宽度方向裁剪得到单根热管。