CN110579126A - 一种内部具有三维网格通道的导热体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内部具有三维网格通道的导热体，包括壳体、吸液芯、导热液体；所述壳体，由致密结构材质组成，包裹整个吸液芯，用于形成密闭的空间；所述吸液芯为多孔材料的吸液芯，所述吸液芯被包裹紧贴于壳体内，将壳体抽真空后注入适量导热液体后密封，使得壳体内为负压；所述吸液芯其多孔结构形成具有毛细作用的三维网格液体通道，导热液体通过毛细作用在三维网格液体通道中流通；所述吸液芯内部还分布众多气体通道，所述众多气体通道向两个或多个方向延伸，形成彼此互通的二维或三维网格气体通道，分布于所述吸液芯内部，作为导热液体汽化后的气体在所述网格气体通道内流通。

Description

一种内部具有三维网格通道的导热体及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种导热体及其制作方法。

背景技术

现今，石油化工、建材、冶金和动力等各个领域均涉及高温运作，都将导热性良好的板材用于这类设备中，这些耗能设备产生的热能密度也在不停的增加，导流板可以快速将热量通过导流板传出，并通过冷凝设备降温；这些领域很多设备存在热聚集区域，现有的导热板很难将这一区域的热量快速传导到整块板，以便下一步进行散热，导致该位置设备的温度急剧上升，从而导致设备寿命减少，甚至直接烧毁。

受金属导热能力的限制，热量远端并不能快速传导到远端，所以并非是增大导热板面积可以解决该问题，另外，现有的导热材质制成的板或其他形态均存在如下问题：壁厚越薄，传热效果好，但抗压性差；壁厚越厚，抗压性好，但传热效果差；所以也并非是单纯减少材料厚度就能解决该问题；如需要用设计抗压性且需要良好散热的设备时，就需要很好的权衡材料的厚度，对于不同压力设置不同厚度的材料，计算过程繁琐，适用性差，例如同一设备不同位置压力都不同，按不停位置分布不同的板材，而设计复杂，连接麻烦，两者的连接处也存在破裂的风险；如果按最大压力设置无疑导致散热性能降低，造成了能源的浪费。

热管是目前进行导热的一种装置，它辅助设备进行导热，但是内部只有单通道，导热方向单一，且需安装于需导热的设备上，占用空间，而设备占地面积也是厂家成本考量的重点，另外无法做到在设备上完全覆盖进行导热。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种快速导热且抗压性好的导热体。

本发明采用以下技术方案：

一种内部具有三维网格通道的导热体，包括壳体、吸液芯、导热液体；所述壳体，由致密结构材质组成，包裹整个吸液芯，用于形成密闭的空间；所述吸液芯为多孔材料的吸液芯，所述吸液芯被包裹紧贴于壳体内，将壳体抽真空后注入适量导热液体后密封，使得壳体内为负压；所述吸液芯其多孔结构形成具有毛细作用的三维网格液体通道，导热液体通过毛细作用在三维网络液体通道中流通；所述吸液芯内部还分布众多气体通道，所述众多气体通道向两个或多个方向延伸，形成彼此互通的二维或三维网格气体通道，分布于所述吸液芯内部，作为导热液体汽化后的气体在所述网格气体通道内流通；所述液体通道的孔径显著小于所述气体通道的孔径；所述导热液体注入量要适量，不超过小孔径液体通道的总体积；由于液体通道具有毛细作用力，液体吸附液体通道中，气体被挤出在气体通道中。

本发明通过汽化液体将发热物体的热量迅速传递到热源外，即热管传热原理，其导热能力超过任何已知金属的导热能力；气体通道为彼此互通三维网格通道，分布于所述吸液芯内部，无论导热板哪个区域受热，均能快速传导到导热体的各个位置，增大了可散热的面积；另外，吸液芯材料对壳体有很强的支撑作用，在厚度方向上耐压大，导致了壳体材料可以不起结构强度的支撑作用，只起密封作用，因而壳体可以制作的更薄，导致了传热效果更好。

优选的，所述气体通道均匀分布于所述的吸液芯内部；使的无论导热体哪个区域受热，蒸汽较为均匀的传导到导热体各个位置，更快的平衡导热体各个位置的温度。

优选的，所述气体通道的孔径在0.05～5mm范围内选取。

优选的，所述液体通道的孔径在0.01-50um范围内选取，且所述气体通道的孔径比所述液体通道的孔径大一倍以上。

优选的，所述壳体采用铜、铝或不锈钢等金属材质制成，这些材质具有良好的导热性，使其整体导热效果更好。

优选的，所述多孔吸液芯为由塑料、橡胶、金属、陶瓷所制成的海绵体多孔材料，或为凝胶材料、短纤维烧结或粘结构成的多孔材料、或为烧结多孔材料。

优选的，所述烧结多孔材料为铜粉、铝粉或陶瓷粉末。

优选的，所述导热液体为水、乙醇或氟利昂。

一种制作具有三维网格通道的导热体的方法，其步骤如下：

一、搭建作为气体通道的二维或三维网格框架；

二、在二维或三维网格框架的空隙中完成多孔吸液芯的制作；

三、去除多孔吸液芯内部的网格框架成为气体通道；

四、在吸液芯外表面制成壳体，对内部抽真空后注入适量导热液体后密封。

一种制作具有三维网格通道的导热体的方法，其步骤如下：

一、利用铁丝搭建二维或三维网格框架；

二、利用抗强酸材料填充由铁丝构成的二维或三维网格框架的空隙，并制作成多孔吸液芯；

三、使用强酸腐蚀铁丝框架后清洗形成内部具有三维网格气体通道的多孔吸液芯；

四、在吸液芯外表面制成壳体，对内部抽真空后注入适量导热液体后密封。

一种制作内部具有三维网格通道的导热体的方法，其步骤如下：

一、采用塑料制作成海绵网络框架；

二、在海绵空隙中填充粉末形成芯坯；

三、在芯坯外表面再涂覆一层比所述填充粉末熔点更低的涂层，制成导热体坯料；

四、将所述导热体坯料逐渐升温，首先烧去采用塑料制作成海绵网络框架，形成气体通道，再升温至外层熔化，内层烧结的温度，保温烧结一段时间后冷却，形成内部多孔外表面致密的材料；

五、表层开小孔，抽真空后注入适量导热液体后密封。

所述的壳体为致密薄板材料包裹于多孔吸液芯上，或为流动的涂料涂覆在多孔吸液芯上，固化而形成的致密壳体，或为多孔吸液芯的表层经融化或粘堵而成的致密体。

与现有技术相比，本发明的材料有三个优点：一、热传导快；二、热传导的面积大；三、壳体薄的同时具有很好的抗压力；具体描述如下：

一、本发明制成的材料充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，通过汽化液体将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

二、本发明内部气体通道为彼此互通三维网格通道，分布于所述吸液芯内部，无论导热体哪个区域受热，均能快速传导到导热体的各个位置，增大了可散热的面积。

三、由于本发明是壳体包裹紧贴吸液芯材料，而吸液芯材料又布满壳体内部、内含多条气体通道的一体结构，所以吸液芯材料对壳体有很强的支撑作用，在厚度方向上耐压大，导致了壳体材料可以不起结构强度的支撑作用，只起密封作用，因而壳体可以制作的更薄，导致了传热效果更好。

附图说明

图1是本发明的实施例一剖视图。

图2是本发明的实施例二剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步说明：

实施例一：

如图1所示的一种内部具有三维网格通道的导热体，包括壳体1、吸液芯2。

壳体1采用导热性良好的铝制成。

吸液芯2被包裹紧贴于壳体1内，将壳体1抽真空后注入导热液体后密封，使的壳体1内为负压。

所述吸液芯2为烧结非金属亲水多孔吸液芯，烧结多孔金属吸液芯的陶瓷粉末，其烧结的多孔结构形成具有毛细作用的多条液体通道(图中未示出)，导热液体通过毛细作用在多条液体通道中流通；

所述液体通道的孔径径为50um。

所述吸液芯2内部分布有多条气体通道21；所述多条气体通道21向两个或多个方向延伸，形成彼此互通三维网格通道，均匀分布于所述吸液芯内部，并限制导热液体汽化后的气体在多条气体通道21内流通。

所述气体通道21的剖面为圆形，孔径为5mm；

所述导热液体为氟利昂。

实施例二：

如图2所示的一种内部具有三维网格通道的导热体，包括壳体1、吸液芯2。

壳体1采用导热性良好的铜制成。

吸液芯2被包裹紧贴于壳体1内，将壳体1抽真空后注入导热液体后密封，使的壳体1内为负压。

所述吸液芯2为烧结多孔金属吸液芯，烧结多孔金属吸液芯的金属为铜粉或铝粉，其烧结的多孔结构形成具有毛细作用的多条液体通道(图中未示出)，导热液体通过毛细作用在多条液体通道中流通；

所述液体通道的孔径为0.01um。

所述多条气体通道21向两个或多个方向延伸，形成彼此互通三维网格通道，不规则分布于所述吸液芯内部，并限制导热液体汽化后的气体在多条气体通道21内流通。

所述气体通道21的剖面为圆形，孔径为0.05mm。

所述导热液体为纯净水。

一种内部具有三维网格通道的导热体的制作流程，包括以下步骤：

一、搭建三维网格框架。

二、以三维网格框架为基础完成多孔吸液芯的制作。

三、去除多孔吸液芯内部的三维网格框架。

四、在吸液芯外表面制成壳体，对内部抽真空后注入适量导热液体后密封。

实施例三：

制作不锈钢三维网格通道的步骤：

一、在烧结炉内预先搭建多条铁丝，组成二维或三维网格框架。

二、采用现有不锈钢粉制作吸液芯的方式，以铁丝组成的二维或三维网格框架为基础，烧结成内部具有铁丝的不锈钢多孔吸液芯材料。

三、将烧结好的不锈钢多孔吸液芯材料放入强酸，利用强酸溶解内部的铁丝，以形成三维气体通道，清洗后形成内部具有三维网格通道的吸液芯。

四、再在不锈钢多孔吸液芯材料外面包裹铜皮，铜皮留孔将内部抽真空后注入适量导热液体后密封，形成具有三维网格通道的导热材料。

实施例四：

制作陶瓷三维网格通道的步骤：

一、在粘土做坯时，内预先搭建多条铁丝，组成三维网格框架；

二、采用粘土制作陶瓷的方法，烧结成内部具有铁丝的陶瓷多孔吸液芯材料。

三、将烧结好的陶瓷多孔吸液芯材料放入强酸，利用强酸溶解内部的铁丝，以形成三维气体通道，清洗后形成内部具有三维网格通道的吸液芯。。

四、再在陶瓷多孔吸液芯材料外部上釉，将内部抽真空后注入适量导热液体后密封，陶瓷表面覆盖的釉层具有本发明壳体作用的密封效果，形成具有三维网格通道的导热材料。

实施例五：

制作铜三维网格通道的步骤：

一、采用塑料制作成海绵网络框架；

二、在海绵空隙中填充铜粉形成芯坯；

三、在芯坯外表面再涂覆一层比所述填充粉末熔点更低的黄铜粉，制成导热体坯料；

四、将所述导热体坯料逐渐升温，首先烧去采用塑料制作成海绵网络框架，形成气体通道，再升温至外层熔化，内层烧结的温度，保温烧结一段时间后冷却，形成内部多孔外表面致密的材料；

五、表层开小孔，抽真空后注入适量导热液体后密封。

实施例六：

制作陶瓷三维网格通道的步骤：

一、采用塑料制作成海绵网络框架；

二、在海绵空隙中填充陶瓷粉形成芯坯；

三、在芯坯外表面再涂覆一层比所述填充粉末熔点更低的釉料料浆，制成导热体坯料；

四、将所述导热体坯料逐渐升温，首先烧去采用塑料制作成海绵网络框架，形成气体通道，再升温至外层熔化，内层烧结的温度，保温烧结一段时间后冷却，形成内部多孔外表面致密的材料；

五、表层开小孔，抽真空后注入适量导热液体后密封，制成具有良好导热性能的陶瓷制品。

工作原理，当本发明的导热体安装于发热的设备上时，无论是导热体哪个位置受热，该位置的导热液体都能迅速汽化，蒸汽在热扩散的动力下通过多条气体通道流向导热体的各个位置，并于安装于导热体上的冷却装置冷凝释放出热量，使的蒸汽重新变成导热液体，导热液体再沿吸液芯的液体通道依靠毛细作用回流至受热蒸发端，如此不停循环。

与现有技术相比，本发明有三个优点：一、热传导快；二、热传导的面积大；三、壳体薄的同时具有很好的抗压力；具体描述如下：

一、本发明充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，通过汽化液体将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

二、本发明内部气体通道为彼此互通三维网格通道，分布于所述吸液芯内部，无论导热体哪个区域受热，均能快速传导到导热体的各个位置，增大了可散热的面积。

三、由于本发明是壳体包裹紧贴吸液芯材料，而吸液芯材料又布满壳体内部、内含多条气体通道的一体结构，所以吸液芯材料对壳体有很强的支撑作用，在厚度方向上耐压大，导致了壳体材料可以不起结构强度的支撑作用，只起密封作用，因而壳体可以制作的更薄，导致了传热效果更好。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：包括壳体、吸液芯、导热液体；

所述壳体，由致密结构材质组成，包裹整个吸液芯，用于形成密闭的空间；

所述吸液芯为多孔材料的吸液芯，所述吸液芯被包裹紧贴于壳体内，将壳体抽真空后注入适量导热液体后密封，使得壳体内为负压；

所述吸液芯其多孔结构形成具有毛细作用的三维网格液体通道，导热液体通过毛细作用在三维网络液体通道中流通；

所述吸液芯内部还分布众多气体通道，所述众多气体通道向两个或多个方向延伸，形成彼此互通的二维或三维网格气体通道，分布于所述吸液芯内部，作为导热液体汽化后的气体在所述网格气体通道内流通；

所述液体通道的孔径显著小于所述气体通道的孔径；

所述导热液体注入量要适量，不超过小孔径液体通道的总体积。

2.根据权利要求1所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述气体通道均匀分布于所述的吸液芯内部。

3.根据权利要求1所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述气体通道的孔径在0.05～5mm范围内选取。

4.根据权利要求1所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述液体通道的孔径在0.01-50um范围内选取，且所述气体通道的孔径比所述液体通道的孔径大一倍以上。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述壳体采用铜、铝或不锈钢等金属材质制成。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述多孔吸液芯为由塑料、橡胶、金属、陶瓷所制成的海绵体多孔材料，或为凝胶材料、短纤维烧结或粘结构成的多孔材料、或为烧结多孔材料。

7.根据权利要求6所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述烧结多孔材料为铜粉、铝粉或陶瓷粉末。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种内部具有三维网格通道的导热体，其特征在于：所述导热液体为水、乙醇或氟利昂。

9.一种制作内部具有三维网格通道的导热体的方法，其特征在于，其步骤如下：

一、搭建作为气体通道的二维或三维网格框架；

二、在二维或三维网格框架的空隙中完成多孔吸液芯的制作；

三、去除多孔吸液芯内部的网格框架成为气体通道；

四、在吸液芯外表面制成壳体，对内部抽真空后注入适量导热液体后密封。

10.根据权利要求9所述的一种制作内部具有三维网格通道的导热体的方法，其特征在于，其步骤如下：

一、利用铁丝搭建二维或三维网格框架；

二、利用抗强酸材料填充由铁丝构成的二维或三维网格框架的空隙，并制作成多孔吸液芯；

三、使用强酸腐蚀铁丝框架后清洗形成内部具有三维网格气体通道的多孔吸液芯；

四、在吸液芯外表面制成壳体，对内部抽真空后注入适量导热液体后密封。

11.根据权利要求9所述的一种制作内部具有三维网格通道的导热体的方法，其特征在于，其步骤如下：

一、采用塑料制作成海绵网络框架；

二、在海绵空隙中填充粉末形成芯坯；

三、在芯坯外表面再涂覆一层比所述填充粉末熔点更低的涂层，制成导热体坯料；

四、将所述导热体坯料逐渐升温，首先烧去采用塑料制作成海绵网络框架，形成气体通道，再升温至外层熔化，内层烧结的温度，保温烧结一段时间后冷却，形成内部多孔外表面致密的材料；

五、表层开小孔，抽真空后注入适量导热液体后密封。

12.根据权利要求9或10所述的一种制作内部具有三维网格通道的导热体的方法，其特征在于：

所述的壳体为致密薄板材料包裹于多孔吸液芯上，或为流动的涂料涂覆在多孔吸液芯上，固化而形成的致密壳体，或为多孔吸液芯的表层经融化或粘堵而成的致密体。