CN107121001A - 结热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管技术领域，提供一种结热管，包括管壳，设在管壳内壁的管芯，以及密封在管壳内的工作液体，管壳包括一体成型的白刚玉段和氮化硼段，白刚玉段占管壳长度的1/2～5/6，氮化硼段占管壳长度的1/6～1/2。本发明还提供了结热管的制备方法。本发明提供的结热管，不易变形，能有效提高结热管的传热性能及使用寿命，同时提供上述结热管的制备方法。

Description

结热管及其制备方法

技术领域

本发明涉及热管技术领域，具体涉及一种结热管及其制备方法。

背景技术

结热管广泛应用于宇航、军事等行业，其充分利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，通过结热管将发热物体的热量迅速传递到热源外；结热管的导热能力超过任何已知金属的导热能力，是一种传热性极好的人工构件；结热管的工作原理为：在结热管的蒸发段，管芯内的工作液受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向结热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。

常用的结热管由三部分组成：管壳、管芯和工作液；管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造，管壳可以是标准圆形，也可以是异型的，如椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等。管芯是一种位于管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维等以衬里形式紧贴管壳内壁以减少接触热阻；工作液是导热介质，结热管主要依靠的就是工作液的气、液相变进行传热的，由于工作液热阻很小，因此具有很好的导热能力。

现有技术中结热管的管壳多为金属无缝钢管，管壳的材料种类也以铜居多。铜是电缆、电子元件中最常见的材料，其导热性也很高，但是由于铜比较柔软，导致现有的管壳硬度较低，容易发生变形，管壳变形，不仅会影响结热管的传热性能，而且会大大降低结热管的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结热管，不易变形，能有效提高结热管的传热性能及使用寿命，同时提供上述结热管的制备方法。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：提供一种结热管，包括管壳，设在管壳内壁的管芯，以及密封在管壳内的工作液体，管壳包括一体成型的白刚玉段和氮化硼段，白刚玉段占管壳长度的1/2～5/6，氮化硼段占管壳长度的1/6～1/2。

上述技术方案的工作原理和有益效果在于：白刚玉是一种主要以三氧化二铝为原料，并含有少量氧化铁、氧化硅等成分的物质，其质地致密、硬度大、强度高、耐高温、耐磨性好、导热性好，且化学稳定性好，不易发生变形；氮化硼是一种超硬材料，硬度仅次于金刚石，可进一步提高结热管的防变形功能，具有良好的导热性，能有效提高结热管的传热性能及使用寿命；且氮化硼与白刚玉的连接强度较大，能提高结热管的整体强度，从而提高结热管抗压能力；本结热管一端为白刚玉段，另一端为氮化硼段，且氮化硼段占管壳整体的长度相对白刚玉段占管壳整体的长度要小，氮化硼的成本较白刚玉较高，但氮化硼的硬度较白刚玉大，不仅能保证结热管的整体抗变形能力，而且成本相对得以控制减少，生产成本少。

优选方案一：作为上述基础方案的优选方案，管壳的外径为65mm～100mm，内径为55mm～90mm，高度为125mm～165mm。本技术方案中的结热管整体尺寸较小，且管壳的外径大小相对管壳的高度大小差异较小，相对于现有技术中高度大小远远大于管壳外径大小的结热管，本结热管承受压力的能力更强，抗变形能力也更强。

优选方案二：作为上述基础方案或者优选方案一的优选方案，氮化硼段的自由端为圆形，白刚玉段的自由端为一凸起。将结热管与其他工件接触挤压时，使本结热管的氮化硼段处于挤压力较强的一面，氮化硼段的自由端为圆形，可以让氮化硼段和工件进行充分接触；白刚玉段的自由端为一凸起，还有利于辨别区分氮化硼段和白刚玉段。

本发明提供的结热管的制备方法，包括如下步骤：

A、备料：将白刚玉和氮化硼分别加热至熔融状态；

B、注塑：先将熔融状态的白刚玉注入冲压模具中，冷却得固态的白刚玉，用压头冲压白刚玉；再将熔融状态的氮化硼注入冲压模具，冷却得固态的氮化硼，用压头冲压氮化硼；制得一端为氮化硼段，另一端为白刚玉段的管壳；

C、管壳准备：清洗步骤B制得的管壳；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：将管壳抽成真空，并向管壳内注入工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

上述技术方案的工作原理和有益效果在于：先将液态的白刚玉注塑到模具中并冷却，形成中空的管状结构，并用压头冲压白刚玉，使得白刚玉内部的结构更加紧致缜密，强度更高；然后再将熔融状态的氮化硼注入白刚玉的顶部，有利于让白刚玉和氮化硼的连接端面进行充分接触，并冷却氮化硼形成中空的管状结构，再用压头冲压氮化硼，不仅能使得氮化硼内部的结构更加紧致缜密，而且也进一步提高了白刚玉和氮化硼的连接强度，制得的结热管结构强度高，抗变形性能好，导热性好，化学稳定性好，不易被环境中的酸或碱等物质腐蚀，使用寿命长。将管壳进行充分清洗有利于后续毛细结构的形成，也有利于提高管壳真空度，保证工作液体浸润管壳和管芯，还有助于防止封口时由于金属不清洁而影响封口质量。优选方案三：作为上述结热管的制备方法的优选方案，步骤A为将白刚玉经电弧加热2200℃～2500℃至熔融状态，将氮化硼经电弧加热2800℃～3200℃至熔融状态。通过电弧加热至本技术方案中的温度的方式熔融白刚玉和氮化硼，不仅环保，而且加热效率高，加热得到的白刚玉和氮化硼成分均匀，有利于提高后续管壳的结构致密性。

优选方案四：作为优选方案三的优选方案，步骤B中白刚玉的冷却温度为30℃～45℃，氮化硼的冷却温度为35℃～80℃。将白刚玉冷却至30℃～45℃，不仅能保证氮化硼和白刚玉的接触端面进行充分的接触，同时也能防止熔融状态的氮化硼进入白刚玉的非端面区域中，使得白刚玉主体的内部结构不变，从而保证白刚玉的性能。

优选方案五：作为上述结热管的制备方法的优选方案，步骤C中清洗管壳的溶液为硝酸和氢氟酸的混酸，且硝酸和氢氟酸的体积比为0.2～0.5:1。通过本技术方案中的体积比制得的混酸，可以充分去除结热管表面的油污、氧化皮及粗糙金属颗粒等杂质，不仅结热管表面光泽度好，更有利于提高后续的管芯制作、充液和封口效果，制得的结热管质量好。

附图说明

图1是本发明结热管的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：氮化硼段1、白刚玉段2。

实施例1

实施例基本如附图1所示：提供一种结热管，包括管壳，紧贴管壳内壁的管芯和密封在管壳内的工作液体，管壳包括氮化硼段1和白刚玉段2，其中氮化硼段1占管壳长度的1/2，白刚玉段2占管壳长度的1/2，管壳的外径为65mm，内径为55mm，高度为125mm；且氮化硼段1的自由端为圆形，白刚玉段2的自由端为一凸起。

本实施例中结热管的制备方法，包括如下步骤：

A、备料：将白刚玉经电弧加热2200℃至熔融状态，将氮化硼经电弧加热2800℃至熔融状态；

B、注塑：先将熔融状态的白刚玉注入冲压模具中，待白刚玉冷却至30℃得固态的白刚玉后，用压头冲压白刚玉；再将熔融状态的氮化硼注入冲压模具，待氮化硼冷却至35℃得固态的氮化硼后，用压头冲压氮化硼，制得一端为氮化硼段1、另一端为白刚玉段2的管壳；

C、管壳准备：充分冷却步骤B制得的管壳至室温1h，并制备体积比为0.2:1的硝酸和氢氟酸混酸，清洗管壳，清洗后用去离子水清洗管壳，同时也可以结合超声波清洗剂倾斜管壳，以进一步提高管壳的清洁效果；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：将管壳抽成真空，并向管壳内注入适量液体作为工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

实施例2

本实施提供的一种结热管，包括管壳，紧贴管壳内壁的管芯和密封在管壳内的工作液体，管壳包括氮化硼段1和白刚玉段2，其中氮化硼段1占管壳长度的1/3，白刚玉段2占管壳长度的2/3，管壳的外径为80mm，内径为70mm，高度为140mm；且氮化硼段1的自由端为圆形，白刚玉段2的自由端为一凸起。

本实施例中结热管的制备方法，包括如下步骤：

A、备料：将白刚玉经电弧加热2350℃至熔融状态，将氮化硼经电弧加热2900℃至熔融状态；

B、注塑：先将熔融状态的白刚玉注入冲压模具中，待白刚玉冷却至35℃得固态的白刚玉后，用压头冲压白刚玉；再将熔融状态的氮化硼注入冲压模具，待氮化硼冷却至60℃得固态的氮化硼后，用压头冲压氮化硼，制得一端为氮化硼段1、另一端为白刚玉段2的管壳；

C、管壳准备：充分冷却步骤B制得的管壳至室温1.5h，并制备体积比为0.3:1的硝酸和氢氟酸混酸，清洗管壳，清洗后用去离子水清洗管壳，同时也可以结合超声波清洗剂倾斜管壳，以进一步提高管壳的清洁效果；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：将管壳抽成真空，并向管壳内注入适量液体作为工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

实施例3

本实施提供的一种结热管，包括管壳，紧贴管壳内壁的管芯和密封在管壳内的工作液体，管壳包括氮化硼段1和白刚玉段2，其中氮化硼段1占管壳长度的1/6，白刚玉段2占管壳长度的5/6，管壳的外径为100mm，内径为90mm，高度为165mm；且氮化硼段1的自由端为圆形，白刚玉段2的自由端为一凸起。

本实施例中结热管的制备方法，包括如下步骤：

A、备料：将白刚玉经电弧加热2500℃至熔融状态，将氮化硼经电弧加热3200℃至熔融状态；

B、注塑：先将熔融状态的白刚玉注入冲压模具中，待白刚玉冷却至45℃得固态的白刚玉后，用压头冲压白刚玉；再将熔融状态的氮化硼注入冲压模具，待氮化硼冷却至80℃得固态的氮化硼后，用压头冲压氮化硼，制得一端为氮化硼段1、另一端为白刚玉段2的管壳；

C、管壳准备：充分冷却步骤B制得的管壳至室温2.5h，并制备体积比为0.5:1的硝酸和氢氟酸混酸，清洗管壳，清洗后用去离子水清洗管壳，同时也可以结合超声波清洗剂倾斜管壳，以进一步提高管壳的清洁效果；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：将管壳抽成真空，并向管壳内注入适量液体作为工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

对比例1

本对比例提供的一种结热管，包括管壳，紧贴管壳内壁的管芯和密封在管壳内的工作液体，管壳为铜管，且铜管的外径为65mm，内径为55mm，高度为125mm。

本实施例中结热管的制备方法，包括如下步骤：

A、备料：将铜加热1000℃至熔融状态；

B、注塑：将熔融状态的铜注入模具得铜管管壳；

C、管壳准备：用水清洗管壳；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：向管壳内注入适量液体作为工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

分别选取十个实施例1、实施例2、实施例3以及对比例1制得的结热管作为试验样本，进行理化试验测试和可靠性寿命试验，测得平均值，结果统计如表1所示：

表1

从上表可以看出，通过本发明制得的结热管弯曲强度比现有技术中的铜管的弯曲强度大很多，导热系数也相对较大，平均寿命也长很多，说明本技术方案中制得的结热管硬度大，抗变形能力强，使用寿命也得到了提升，传热性能好。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

《《《结尾》》》

Claims (7)

1.结热管，包括管壳，设在管壳内壁的管芯，以及密封在管壳内的工作液体，其特征在于，所述管壳包括一体成型的白刚玉段和氮化硼段，所述白刚玉段占管壳长度的1/2～5/6，所述氮化硼段占管壳长度的1/6～1/2。

2.根据权利要求1所述的结热管，其特征在于，所述管壳的外径为65mm～100mm，内径为55mm～90mm，高度为125mm～165mm。

3.根据权利要求1或2所述的结热管，其特征在于，所述氮化硼段的自由端为圆形，所述白刚玉段的自由端为一凸起。

4.结热管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、备料：将白刚玉和氮化硼分别加热至熔融状态；

B、注塑：先将熔融状态的白刚玉注入冲压模具中，冷却得固态的白刚玉，用压头冲压白刚玉；再将熔融状态的氮化硼注入冲压模具，冷却得固态的氮化硼，用压头冲压氮化硼；制得一端为氮化硼段，另一端为白刚玉段的管壳；

C、管壳准备：清洗步骤B制得的管壳；

D、管芯制作：在管壳内壁形成毛细结构作为管芯；

E、充液：将管壳抽成真空，并向管壳内注入工作液体；

F、封口：将管壳的两端封口。

5.根据权利要求4所述的结热管的制备方法，其特征在于，步骤A为将白刚玉经电弧加热2200℃～2500℃至熔融状态，将氮化硼经电弧加热2800℃～3200℃至熔融状态。

6.根据权利要求5所述的结热管的制备方法，其特征在于，步骤B中白刚玉的冷却温度为30℃～45℃，氮化硼的冷却温度为35℃～80℃。

7.根据权利要求4所述的结热管的制备方法，其特征在于，步骤C中清洗管壳的溶液为硝酸和氢氟酸的混酸，且硝酸和氢氟酸的体积比为0.2～0.5:1。