CN114570931B - 一种毛细芯制作方法及环路热管蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毛细芯制作方法及环路热管蒸发器，属于环路热管蒸发器技术领域。毛细芯制作方法包括：对蒸发器盖板的表面进行氧化处理，保留蒸发器盖板上毛细芯烧结面的氧化膜；将氧化处理后的蒸发器盖板固定于激光烧结机上，激光烧结机对毛细芯烧结面进行表面改性；在表面改性后的烧结面上铺覆不同配比的毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末预混合成的烧结粉末，激光烧结机对烧结粉末分次激光烧结成孔径、孔隙率不同的毛细芯；烧结完成后，将毛细芯置于超声波清洗机中清洗，溶解毛细芯中的造孔剂材料。本发明是基于盖板激光烧结制作而成，盖板和毛细芯之间为冶金连接，热阻小，散热性能强。
Description
技术领域
本发明涉及一种毛细芯制作方法及环路热管蒸发器，属于环路热管蒸发器技术领域。
背景技术
环路热管适用于高热流密度散热，在空间飞行器，电子器件散热等有大量的应用。环路热管的核心部件为蒸发器，蒸发器内的毛细芯提供毛细抽吸力，是整个环路热管能够循环的动力。
毛细芯一般为冷压烧结型，由于冷压烧结工艺限制，毛细芯形状简单，其截面一般为圆型或者矩形。另外，高温烧结后，毛细芯尺寸会变化，需要加工和蒸发器壳体尺寸配合，常用加工方法为车削加工和线切割加工，这两种方法都会产生碎屑，可能会堵塞毛细芯，同时加工时对毛细芯施加的机械力对毛细结构有一定的影响。
蒸发器一般通过焊接或者螺栓-螺母结构进行装配，毛细芯和壳体之间通过机械结合，两者间存在较大间隙，接触热阻大，不利于热量的传递。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种毛细芯制作方法及环路热管蒸发器，以解决现有技术中环路热管蒸发器的毛细芯与蒸发器接触热阻大散热性能差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明是采用下述方案实现的：
本发明提供了一种毛细芯制作方法，包括；
对蒸发器盖板的表面进行氧化处理，保留蒸发器盖板上毛细芯烧结面的氧化膜；
将氧化处理后的蒸发器盖板固定于激光烧结机上，激光烧结机对毛细芯烧结面进行表面改性；
在表面改性后的烧结面上铺覆不同配比的毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末预混合成的烧结粉末，激光烧结机对烧结粉末分次激光烧结成孔径、孔隙率不同的毛细芯；
烧结完成后，将毛细芯置于超声波清洗机中清洗，溶解毛细芯中的造孔剂材料。
优选的，所述氧化处理包括：
砂纸打磨所述蒸发器盖板表面，酒精去除表面油污；
将打磨去污后的蒸发器盖板置于恒温箱中，形成表面氧化膜。
优选的，所述表面改性包括：在所述毛细芯烧结面上的氧化膜铺覆Cu3P粉末，对毛细芯烧结面进行激光熔覆。
优选的，所述烧结粉末为粒径能够调整的毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末混合而成。
优选的，所述毛细芯材料粉末为粒径30um的Cu3P粉末和粒径80um的铜粉按照质量比1：1混合而成。
优选的，所述造孔剂材料粉末为NaCl粉末,所述烧结粉末为毛细芯材料粉末与NaCl粉末基于3:2或者1:1比例混合而成。
优选的，所述毛细芯的形状能够为所述烧结粉末铺覆于预设的模具中，经激光烧结机烧结生成。
本发明还提供了一种环路热管蒸发器，采用上述毛细芯制作方法制作的毛细芯制成。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明是基于盖板激光烧结制作而成，盖板和毛细芯之间为冶金连接，热阻小，散热性能强。
2、本发明的毛细芯直接成型，无需进一步机械加工，孔隙结构保留完整，避免二次加工产生碎屑堵塞毛细芯，影响散热性能。
3、本发明毛细芯的孔径和孔隙率，可以根据毛细芯不同部分的不同要求，通过调节毛细芯材料粉末粒径和混合的造孔剂材料的比例进行调节。
4、本发明可以基于预设的模具制作出复杂几何结构的毛细芯，包括但不限于中空，分形等。
附图说明
图1是本发明实施例提供的环路热管蒸发器的蒸发器盖板结构示意图；
图2是本发明实施例提供的环路热管蒸发器的蒸发器盖板经过表面氧化后的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的环路热管蒸发器的毛细芯制作装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的环路热管蒸发器的蒸发器盖板上毛细芯制作完成后的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的环路热管蒸发器的结构示意图；
图中：1、蒸发器盖板；2、氧化膜；3、毛细芯；4、工作仓；5、储粉仓；6、烧结粉末；7、刮刀；8、激光器；9、扫描系统；10、透射镜；11、蒸发器上盖板；12、螺栓-螺母结构；13、热源；14、冷却液回流管；15、蒸汽管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例提供了一种毛细芯制作方法，具体步骤如下：
1)如图1所示为蒸发器盖板1(材料为铜)，用砂纸打磨使表面粗糙，用酒精去除盖板表面油污后，放入恒温箱，在200℃有氧环境下保持5分钟左右，使盖板表面生成氧化膜，用酸清洗掉其他表面的氧化膜，保留烧结面的氧化膜2，如图2所示。
2)如图3所示，将处理后的盖板固定于激光烧结机上，在氧化膜上覆盖一层厚度适宜Cu3P粉末，进行激光熔覆，对烧结面进行表面改性，使之适合激光烧结。
3)将粒径30um左右的Cu3P粉末和粒径80um左右的铜粉按照质量比1：1混合均匀。
4)将步骤3中混合好的粉末和NaCl粉末按照3：2混合均匀，得到粉末A。将步骤3中混合好的粉末和NaCl粉末按照1：1混合均匀，得到粉末B。
5)每次在盖板上铺设0.2mm厚的粉末A，用激光分次烧结出1mm厚的毛细芯。该部分的毛细芯主要是抽吸液体，较低的造孔剂比例可以使毛细结构孔径较小，提高毛细抽吸力。
6)铺设粉末A，用激光分次烧结1.5mm厚的毛细芯。形成的空腔增加了表面积，有利于液体汽化，迅速带走热量。
7)铺设粉末B，用激光分次烧结出0.5mm厚的毛细芯。该部分的毛细芯主要是蒸发液体，更高的造孔剂比例可以提高该部分毛细芯的孔隙率，降低流体的流动阻力，让蒸汽迅速排出。
8)将烧结好毛细芯3放入超声波清洗机中清洗3小时，用水溶解其中的造孔剂NaCl，得到图4所示的环路热管蒸发器的蒸发器盖板1及毛细芯3。
其中，激光烧结机包括工作仓4、储粉仓5、烧结粉末6、刮刀7、激光器8、扫描系统9和透射镜10，利用刮刀7将烧结粉末6从储粉仓5铺覆到工作仓4内的蒸发器盖板1的氧化膜2上，激光器8发射激光，经过扫描系统9和透射镜10对烧结面进行分次激光烧结，生成毛细芯3。
需要说明的是，制作蒸发器盖板的材料包括但不限于铜、不锈钢等，制作毛细芯3的毛细芯材料粉末包括但不限于铜粉、不锈钢粉、镍粉和铝粉等，造孔剂材料粉末包括但不限于NaCl、CaCO3、MgSO4和石蜡等，其中毛细芯材料粉末的粒径能够自由调整，结合烧结粉末中毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末混合的比例不同，使得毛细芯获得不同的关键参数即孔径和孔隙率，满足环路热管蒸发器的毛细抽吸力、蒸汽排放和散热需求。
此外，毛细芯3的形状能够为烧结粉末6铺覆于预设的模具中，经激光烧结机烧结生成，从而制作复杂几何结构的毛细芯3，包括但不限于中空、分形等。
实施例2
本实施例提供了一种环路热管蒸发器，如图5所示，采用上述实施例1中毛细芯制作方法制作的毛细芯制成，具体为将蒸发器盖板1及制作成的毛细芯3和蒸发器上盖板11通过螺栓-螺母结构12固定连接，冷却回流管14和蒸汽管15固定连接在蒸发器上盖板11的两侧，对热源13进行散热。
工作原理：毛细芯3内的液体(乙醇)吸收热源13的热量蒸发，通过蒸汽管15进入冷凝器排出热量液化，然后液体通过冷却液回流管14再次进入蒸发器内，完成一次循环。
综上所述，本发明制作的毛细芯和盖板之间为冶金连接，接触热阻小，且制作过程中一次成型，避免了二次加工破坏毛细芯结构，极大地提高了环路热管蒸发器的性能，还可以根据毛细芯不同部分的工作特性，通过调节毛细芯材料粉末粒径和混合的造孔剂材料的比例，调节其相应部分的孔径和孔隙率。此外，本发明能够借助外设模具制作复杂几何结构的毛细芯。
上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种毛细芯制作方法，其特征在于，包括：
对蒸发器盖板的表面进行氧化处理，保留蒸发器盖板上毛细芯烧结面的氧化膜；
将氧化处理后的蒸发器盖板固定于激光烧结机上，激光烧结机对毛细芯烧结面进行表面改性；
在表面改性后的烧结面上铺覆不同配比的毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末预混合成的烧结粉末，激光烧结机对烧结粉末分次激光烧结成孔径、孔隙率不同的毛细芯；
烧结完成后，将毛细芯置于超声波清洗机中清洗，溶解毛细芯中的造孔剂材料；
所述烧结粉末为粒径能够调整的毛细芯材料粉末和造孔剂材料粉末混合而成；
所述毛细芯材料粉末为粒径30um的Cu3P粉末和粒径80um的铜粉按照质量比1：1混合而成；
所述造孔剂材料粉末为NaCl粉末,所述烧结粉末为毛细芯材料粉末与NaCl粉末基于3:2或者1:1比例混合而成；
所述毛细芯的形状能够为所述烧结粉末铺覆于预设的模具中，经激光烧结机烧结生成。
2.根据权利要求1所述的毛细芯制作方法，其特征在于，所述氧化处理包括：
砂纸打磨所述蒸发器盖板表面，酒精去除表面油污；
将打磨去污后的蒸发器盖板置于恒温箱中，形成表面氧化膜。
3.根据权利要求1所述的毛细芯制作方法，其特征在于，所述表面改性包括：在所述毛细芯烧结面上的氧化膜铺覆Cu3P粉末，对毛细芯烧结面进行激光熔覆。
4.一种环路热管蒸发器，其特征在于，采用权利要求1～3任一项所述毛细芯制作方法制作的毛细芯制成。
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