CN108548441B - 超薄热管吸液芯的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超薄热管吸液芯的制造方法，先将金属丝滚直，将透明模具放入定位装置中，然后将金属丝插入到模具中并且定心，然后将金属粉末填入到模具与金属丝之间的空腔中，在规定参数下烧结后取出样品。由于金属丝具有良好的力学性能，本发明的丝状吸液芯不易折断，可以任意角度弯折，可用于各类形状的超薄热管；仅需简单的步骤，就可以改变吸液芯的长度和直径，大大节约了制作成本；丝状吸液芯平行排列在超薄热管内部可实现汽‑液相分离，降低汽‑液摩擦阻力，利于蒸汽和液体的流动，多孔介质增强了冷凝液体回流的能力。本发明的制造方法简易可行，工艺设备简单低廉，可以实现大批量生产，具有较高的商业价值。

Description

超薄热管吸液芯的制造方法

技术领域

本发明属于热管制造技术领域，特别涉及一种超薄热管吸液芯的制造方法。

背景技术

热管作为一种高效的被动式相变传热装置，其本身不需要外在能量就可以实现自驱动，具有体积小、稳定性高、成本低、导热能力强等优点，已广泛应用于各种电子设备，是解决电子设备高热流密度问题的理想散热装置。在市场导向下，电子产品不断朝着高性能化和轻薄化发展，例如笔记本电脑或平板电脑的厚度已降低至10mm，手机的厚度已降低到5mm，燃料电池的散热间隙仅有3mm。目前常用的圆柱形热管或者压扁型热管，已很难满足紧凑型高功率电子设备的散热需求，这促使热管朝着轻薄化方向发展。超薄热管是解决目前高热流密度微型电子设备散热的重要方案。

超薄热管稳定高效的工作依赖于自身吸液芯的性能，吸液芯涉及到液体蒸发、冷凝液体的吸收以及冷凝液体的回流等关键过程，作为热管最关键的部件，其性能的好坏直接影响超薄热管的传热性能。目前，国内外学者对超薄热管吸液芯的研究已经取得了一定的成果，根据其结构的不同，可将其分为沟槽型、丝网型、粉末烧结型以及复合型等。沟槽型吸液芯主要通过化学、激光刻蚀等特殊加工工艺制备而成，其加工工艺复杂、成本很高，并且沟槽型吸液芯毛细力小、易受重力影响；丝网型吸液芯重量轻、成本低，是目前超薄热管最常用的吸液芯结构，但丝网型吸液芯的毛细力普遍偏低，抗重力性能较弱，所能承受的热流密度较低；粉末烧结型吸液芯的毛细力比沟槽型和丝网型的大，并且有利于沸腾和冷凝换热，但粉末烧结型吸液芯很容易产生脱落、裂纹、断裂等问题，粉末的厚度受到热管尺寸的限制；复合型吸液芯融合了多种类型吸液芯的优点，能够解决单一结构吸液芯毛细力小、渗透率低及热阻较大的问题，是目前吸液芯结构方面研究的热点，但复合型吸液芯同样存在着制造工艺复杂、成本相对较高的缺点，不利于商业化生产。传统的以铜丝作为吸液芯的热管，铜丝与管壳之间形成的尖角区提供冷凝液体回流的毛细力，虽然加工制作较为简单，但是尖角区提供的毛细力非常有限。

总而言之，超薄热管内部吸液芯需要具有较大的毛细力、不易损坏，并且要求其制备工艺简单，成本低廉，适合工业化生产，这是目前超薄热管领域的热点。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供了一种超薄热管吸液芯的制造方法。该制造方法工艺简单、工序少、成本低廉，制备出的超薄热管吸液芯具有毛细力大、不易损坏、传热性能优良等优点。

一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，材料准备：准备金属丝11、圆管型模具3和金属粉末4；

步骤二，准备定位装置：加工出定位装置2，其包括下部定位装置21和上部定位装置22，下部定位装置21中包括两个模具定位孔211、底座凹槽212和下部金属丝固定孔213，上部定位装置22能与下部定位装置21稳定组合，包括上部金属丝定位孔221；

步骤三，模具定心：圆管型模具3由上往下依次穿过所述下部定位装置21中的两个模具定位孔211，圆管型模具3的底端固定在下部定位装置21的底座凹槽212中；

步骤四，金属丝定心：将金属丝11插入到所述圆管型模具3中，同时金属丝11的下端插入到下部定位装置21的下部金属丝固定孔213中，然后将上部定位装置22固定在下部定位装置21中，同时金属丝11的上端插入到上部定位装置22中的上部金属丝固定孔221中，最后用上下两个螺栓23固定金属丝11，使金属丝11牢固地固定在定位装置2中；

步骤五，填粉：将金属粉末4装入洁净干燥的注射器中，注射器的针头部位对准所述圆管型模具3与金属丝11之间的空腔31，将金属粉末4均匀地撒入空腔31中，填满整个空腔31；

步骤六，烧结：填好粉以后，将定位装置2中的上下连个螺栓23松开，将插有金属丝11并填满金属粉末4的圆管型模具3从定位装置2装置中取出，封堵住圆管型模具3的两端以免金属粉末4流出，竖直地将其放置到真空烧结炉里的固定支架上进行烧结，烧结完成后，金属粉末4粘结在金属丝11外圆周面，形成多孔介质层12；

步骤七，取样：烧结完成后，将在金属丝11形成有多孔介质层12的多孔介质丝1和圆管型模具3的组合体从烧结炉中的固定支架中取出，最后将多孔介质丝1从圆管型模具3中取出，裁去多孔介质丝1两端未烧结有多孔介质层12的多余金属丝，并根据设计要求，将多孔介质丝1裁剪到规定长度。

步骤一中，将金属丝11置在两块干净且平整的硬金属板之间来回搓动直至滚直，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水对其进行超声清洗，然后对金属丝11进行除氧化膜处理，最后用大量去离子水清洗，氮气吹干后备用。

金属丝11采用力学性能及导热性均良好的金属材质。

步骤一中，依次使用丙酮、乙醇、去离子水对圆管型模具3进行超声清洗，去除内部油污等杂质，最后烘干备用。

步骤三中，圆管型模具3的外径与模具定位孔211的直径以及底座凹槽212的直径相同。

步骤三中，圆管型模具3是一种能耐1000℃以上高温的透明模具。

步骤四中，定位装置2中的金属丝11、圆管型模具3、上下两个模具定位孔211、上部金属丝固定孔221和下部金属丝固定孔213的中心线重合。

步骤五中，注射器针头的内径大于金属粉末4的平均粒径。

金属粉末4为球状、圆柱状的颗粒中的一种或者两者的混合物。

步骤六中，真空烧结炉中有氮氢保护气体，烧结温度为800～850℃，升温速度为4.0～5.0℃/分钟，保温时间为60～90分钟。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所制造的超薄热管吸液芯，是一种多孔介质丝，包括内部的金属丝和在金属丝外圆周面烧结的一层多孔介质，由于金属丝的力学性能好，此种多孔介质丝不易折断，可任意弯曲，可应用于超薄柔性热管，并且具有很强的韧性，可保证超薄热管能够承受一定的外在压力而不影响热管内部结构。

(2)本发明所述的超薄热管吸液芯，其外部烧结有多孔介质层，具有毛细力大、工质流动阻力小的优点，多孔介质丝在热管内部平行排列，既可以起到支撑超薄热管的作用，同时多孔介质丝之间的空腔可作为蒸汽流动的通道，内部可实现汽-液相分离，降低了汽-液摩擦阻力，利于蒸汽和液体的流动，提高了超薄热管的冷凝液体回流的能力，并且对蒸发段的沸腾传热起到强化作用。

(3)本发明所述的超薄热管吸液芯的制造方法，其加工设备简易、成本低廉，不需要复杂的加工设备即可制造，加工工序少，制造周期短。

(4)本发明所述的超薄热管吸液芯的制造方法，可以一次性制造出较长的多孔介质丝，然后根据设计需求裁剪成任意长度的多段，适合大批量生产。

(5)本发明所述的超薄热管吸液芯的制造方法，可根据设计需求，任意改变金属丝直径或金属丝外部多孔介质层的厚度，即使想改变吸液芯的总直径，仅需装载规定内径的透明模具即可，而不需要重新制造定位装置，节省大量成本。

(6)本发明所述的超薄热管吸液芯的制造方法，所采用的圆管型模具3为透明模具，可以很直观的观察到金属粉末4填入金属丝与模具之间的空腔31的状态，以便控制金属粉末4填入的体积，保证金属粉末4均匀分布。

附图说明

图1是超薄热管吸液芯的成型样品图；

图2是下部填粉装置的横截面图；

图3是圆管模具在下部填粉装置中定心的横截面图；

图4是金属丝定心的横截面图；

图5是填粉完毕后的横截面图；

图6是填粉完毕后圆管模具内部横截面图。

标号说明：

1-多孔介质丝；11-金属丝；12-多孔介质层；2-定位装置；21-下部定位装置；211-模具定位孔；212-底座凹槽；213-下部金属丝固定孔；22-上部定位装置；221-上部金属丝固定孔；23-螺栓；3-圆管型透明模具；31-空腔；4-金属粉末。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明提供了一种超薄热管吸液芯的制造方法，先将金属丝11滚直，将透明模具3放入定位装置2中，然后将金属丝11插入到模具3中并且定心，然后将金属粉末4填入到模具3与金属丝之间的空腔31中，在规定参数下烧结后取出样品，制成了多孔介质丝1，如图1所示，多孔介质丝1包括金属丝11和金属丝外圆周面的一层多孔介质层12。

上述超薄热管吸液芯的制造方法，具体实施步骤如下：

步骤一，材料准备：裁剪长度大于200mm的金属丝11，将金属丝11放置在两块干净且平整的硬金属板之间来回搓动，将金属丝11滚直，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水对其进行超声清洗，氮气吹干后备用。金属丝11采用力学性能及导热性均良好的金属材质，可是但不限于铜丝、不锈钢丝、铝丝、铁丝、钛丝，其外径为0.3～0.5mm。用10％wt的稀硫酸进行除氧化膜，最后用大量去离子水清洗并用氮气吹干；准备内径0.5～0.70mm、外径2.0mm、长度大于192mm的圆管型透明模具3，模具3是一种能耐1000℃以上高温的透明模具，其材料可是但不限于石英玻璃、透明陶瓷、耐高温有机透明材料，依次使用丙酮、乙醇、去离子水对其进行超声清洗，去除内部油污等杂质，最后烘干备用；利用标准网筛，筛选出平均粒径为75～106μm的金属粉末4，金属粉末可以是但不限于铜粉、镍粉、铁粉、银粉，金属粉末颗粒为球状或圆柱状，或为两者的混合物。

步骤二，准备定位装置：加工出定位装置2，其包括下部定位装置21和上部定位装置22，下部定位装置21中包括两个模具定位孔211、底座凹槽212和下部金属丝固定孔213，如图2所示，上部定位装置22能与下部定位装置21稳定组合，包括上部金属丝定位孔221，定位装置的材料可是但不限于不锈钢、铜、铁、钛、铝。

步骤三，模具定心：如图3所示，将圆管型模具3其由上往下依次穿过下部定位装置21中的两个模具定位孔211，模具3的底端固定在下部定位装置21的底座凹槽212中，圆管型模具3的外径与模具定位孔211的直径以及底座凹槽212的直径相同。

步骤四，金属丝定心：如图4所示，将笔直的金属丝11插入到模具3中，同时金属丝11的下端插入到下部定位装置21的金属丝固定孔213中，然后将上部定位装置22固定在下部定位装置21中，同时金属丝11的上端插入到上部定位装置22中的金属丝固定孔221中，最后用上下两个螺栓23固定金属丝11，使金属丝11牢固地固定在定位装置2中。定位装置2中的金属丝11、圆管型模具3、上下两个模具定位孔211、上部金属丝固定孔221和下部金属丝固定孔213的中心线重合。

步骤五，填粉：如图5所示，将金属粉末4装入洁净干燥的注射器中，注射器的针头内径约为300～500μm，金属粉末4能够从针头端部缓缓的流出，注射器的针头部位对准模具3与金属丝11之间的空腔31，将金属粉末4均匀地撒入空腔31中，透过透明模具3观察填入金属粉末4的体积，并控制金属粉末在空腔31中分布均匀，图6为填粉完毕后圆管模具3内部横截面图。

步骤六，烧结：填好粉以后，将定位装置2中的上下连个螺栓23松开，将插有金属丝11并填满金属粉末4的模具3从定位装置2装置中取出，封堵住模具3的两端以免金属粉末4流出，竖直的将其放置到真空烧结炉里的固定支架上，在规定的烧结参数下烧结，真空烧结炉中有氮氢保护气体，烧结温度为800～850℃，升温速度为4.0～5.0℃/分钟，保温时间为60～90分钟。烧结完成后，金属粉末4粘结在金属丝外圆周面，形成多孔介质层12。

步骤七，取样：烧结完成后，将多孔介质丝1和模具3的组合体从烧结炉中的固定支架中取出，最后将多孔介质丝1从模具3中取出，裁去多孔介质丝1两端未烧结有多孔介质层12的多余金属丝，并根据设计要求，将多孔介质丝1裁剪到规定长度。

进一步需要说明的是，以上所述的仅是本发明优选实施例的具体实施方式，目的是使本领域专业技术人员能够实现或者使用本发明，并不用于限制本发明。对于这些实施例的多种修改和改进，对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，材料准备：准备金属丝(11)、圆管型模具(3)和金属粉末(4)；

步骤二，准备定位装置：加工出定位装置(2)，其包括下部定位装置(21)和上部定位装置(22)，所述下部定位装置(21)中包括两个模具定位孔(211)、底座凹槽(212)和下部金属丝固定孔(213)，所述上部定位装置(22)能与所述下部定位装置(21)稳定组合，包括上部金属丝固定孔(221)；

步骤三，模具定心：所述圆管型模具(3)由上往下依次穿过所述下部定位装置(21)中的两个模具定位孔(211)，所述圆管型模具(3)的底端固定在所述下部定位装置(21)的底座凹槽(212)中；

步骤四，金属丝定心：将所述金属丝(11)插入到所述圆管型模具(3)中，同时所述金属丝(11)的下端插入到所述下部定位装置(21)的下部金属丝固定孔(213)中，然后将所述上部定位装置(22)固定在所述下部定位装置(21)中，同时所述金属丝(11)的上端插入到所述上部定位装置(22)中的上部金属丝固定孔(221)中，最后用上下两个螺栓(23)固定所述金属丝(11)，使所述金属丝(11)牢固地固定在所述定位装置(2)中；

步骤五，填粉：将所述金属粉末(4)装入洁净干燥的注射器中，注射器的针头部位对准所述圆管型模具(3)与所述金属丝(11)之间的空腔(31)，将所述金属粉末(4)均匀地撒入所述空腔(31)中，填满整个所述空腔(31)；

步骤六，烧结：填好粉以后，将所述定位装置(2)中的上下连个螺栓(23)松开，将插有所述金属丝(11)并填满所述金属粉末(4)的所述圆管型模具(3) 从所述定位装置(2)中取出，封堵住所述圆管型模具(3)的两端以免所述金属粉末(4)流出，竖直地将其放置到真空烧结炉里的固定支架上进行烧结，烧结完成后，所述金属粉末(4)粘结在所述金属丝(11)外圆周面，形成多孔介质层(12)；

步骤七，取样：烧结完成后，将在所述金属丝(11)形成有多孔介质层(12)的多孔介质丝(1)和所述圆管型模具(3)的组合体从烧结炉中的固定支架中取出，最后将所述多孔介质丝(1)从所述圆管型模具(3)中取出，裁去所述多孔介质丝(1)两端未烧结有所述多孔介质层(12)的多余金属丝，并根据设计要求，将所述多孔介质丝(1)裁剪到规定长度。

2.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤一中，将所述金属丝(11)放置在两块干净且平整的硬金属板之间来回搓动直至滚直，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水对其进行超声清洗，然后对所述金属丝(11)进行除氧化膜处理，最后用大量去离子水清洗，氮气吹干后备用。

3.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述金属丝(11)采用力学性能及导热性均良好的金属材质。

4.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤一中，依次使用丙酮、乙醇、去离子水对所述圆管型模具(3)进行超声清洗，去除内部油污杂质，最后烘干备用。

5.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤三中，所述圆管型模具(3)的外径与模具定位孔(211)的直径以及底座凹槽(212)的直径相同。

6.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤三中，所述圆管型模具(3)是一种能耐1000℃以上高温的透明模具。

7.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤四中，所述定位装置(2)中的金属丝(11)、圆管型模具(3)、上下两个模具定位孔(211)、上部金属丝固定孔(221)和下部金属丝固定孔(213)的中心线重合。

8.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤五中，所述注射器针头的内径大于所述金属粉末(4)的平均粒径。

9.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述金属粉末(4)为球状、圆柱状的颗粒中的一种或者两者的混合物。

10.根据权利要求1所述的一种超薄热管吸液芯的制造方法，其特征在于，所述步骤六中，所述真空烧结炉中有氮氢保护气体，烧结温度为800～850℃，升温速度为4.0～5.0℃/分钟，保温时间为60～90分钟。