CN115635080B - 一种热管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热管技术领域，具体涉及一种高功率热管及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：（1）混粉：将发泡剂加入铜粉中通过混粉机进行混粉，混粉完成后混合粉体通过50～200目筛网过筛；（2）填粉：通过填粉机将过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中；（3）氧化：填粉后的铜管置于烤箱进行氧化处理，以去除发泡剂；（4）还原：去除发泡剂后的铜管进行还原处理，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。本发明热管的制备方法工艺简单，热管传热功率可达到60‑90W，通过发泡剂的添加量可以调控泡沫铜吸液芯的毛细结构和孔隙率，其中泡沫铜吸液芯的孔隙率达65%‑80%。

Description

一种热管及其制备方法
技术领域
本发明属于热管技术领域，具体涉及一种高功率热管及其制备方法。
背景技术
5G时代的推进正如火如荼的进行，低时延、广连接、大带宽以及超快的传输速率给我们带来更为方便快捷的体验。与此同时电子元器件的功率持续增加，温度每升高2℃，可靠性下降10%，电子产品使用过程中的热积累导致电子产品过热和失效，严重影响使用寿命，因此有效的散热对于保证电子设备的速度、效率和可靠性有重要意义。热管和均热板(Vapor Chamber, VC)依靠其内部工质的气液相变进行快速传热，具有导热性能强、结构简单、稳定性好等优势，是解决大功率电子产品散热问题的最有效技术之一。吸液芯是热管、VC内部相变传热的核心组件，提高吸液芯的传热性能是提高热管、VC等5G电子产品散热器传热性能的必然要求。发明专利CN104764350A公开了一种泡沫铜为吸液芯的均热板制造方法，分级构造不同厚度的泡沫铜作为吸液芯，圆柱或方块状泡沫铜作为蒸汽腔支撑柱，相变循环速度加快，但是工艺较繁琐。发明专利CN 114623711 A公开了一种超薄泡沫铜吸液芯及其制备方法，该工艺采用的是浆料流延成型的方法制备泡沫铜，更适用于VC，由于热管内部空间狭小，浆料难以均匀注入。因此提供一种工艺简单、易于量产并且可调控毛细结构和孔隙率的具有泡沫铜吸液芯的热管显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高功率热管及其制备方法。本发明热管的制备方法只需要将发泡剂与铜粉混匀后填料到铜管中经过氧化处理将发泡剂去除，再经过还原处理即可得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管，工艺简单，热管传热功率可达到60-90W，通过发泡剂的添加量可以调控泡沫铜吸液芯的毛细结构和孔隙率，其中泡沫铜吸液芯的孔隙率达65%-80%。
为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种高功率热管的制备方法，包括以下步骤：
（1）混粉：将发泡剂加入铜粉中通过混粉机进行混粉，混粉完成后混合粉体通过50～200目筛网过筛；
（2）填粉：通过填粉机将步骤（1）过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中；
（3）氧化：步骤（2）中填粉后的铜管置于烤箱进行氧化处理，以去除发泡剂；
（4）还原：对步骤（3）中去除发泡剂后的铜管进行还原处理，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。
进一步地，步骤（1）中，所述发泡剂在混合粉体中的质量占比为1%～10%，铜粉粒径为50～160μm。
进一步地，步骤（1）中，混粉速度为500～1400rpm，混粉时间为5～30min。
进一步地，步骤（1）中，所述发泡剂为有机发泡剂。
进一步地，步骤（1）中，所述发泡剂为偶氮类、亚硝基化合物类、磺酰肼类有机发泡剂中的一种或多种。
进一步地，步骤（2）中，填粉时间为1～3min，填粉量为3～5g。
进一步地，步骤（3）中，氧化处理的温度为200～400℃，氧化处理的时间为1～4h。
进一步地，步骤（4）中，所述还原处理的温度为800～1000℃，还原处理的时间3～12h，所述还原处理在氮氢混合气氛中进行，所述氮氢混合气氛中氢气的体积含量为5%～20%。
第二方面，本发明实施例提供了一种高功率热管，采用上述制备方法制得，所述热管的传热功率为60-90W，所述热管中泡沫铜吸液芯的孔隙率为65%-80%，所述泡沫铜吸液芯的截面积为3～5mm2。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明热管的制备方法只需要将发泡剂与铜粉混匀后填料到铜管中经过氧化处理将发泡剂去除，再经过还原处理即可得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管，工艺简单，热管传热功率可达到60-90W，通过发泡剂的添加量可以调控泡沫铜吸液芯的毛细结构和孔隙率，其中泡沫铜吸液芯的孔隙率达65%-80%。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高功率热管的制备方法，包括以下步骤：
（1）混粉：称取5g 偶氮二甲酰胺，加入495g粒径为50μm的铜粉中，通过混粉机以1000 rpm的混粉速度混合10min，混粉完成后混合粉体通过200目筛网过筛，过筛能够剔除混合粉体中的较大颗粒物，防止来料不纯对后续热管的性能造成影响；
（2）填粉：通过填粉机将步骤（1）中过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中，填粉时间为1min，填粉量3.1g；
（3）氧化：将步骤（2）中填粉后的铜管在400℃下氧化2h，去除发泡剂偶氮二甲酰胺；
（4）还原：将氧化后的铜管在氮氢混合气氛（氢气含量8%）中在800℃下还原4h，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。其中泡沫铜吸液芯的长度是338mm，截面积3.5mm2，泡沫铜吸液芯孔隙率为70.7%，热管功率为60W。
实施例2
一种高功率热管的制备方法，包括以下步骤：
（1）混粉：称取7.5g 4-甲基苯磺酰肼，加入492.5g粒径为159μm的铜粉中，通过混粉机以1400rpm的混粉速度混合20min，混粉完成后混合粉体通过50目筛网过筛；
（2）填粉：通过填粉机将步骤（1）中过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中，填粉时间为2min，填粉量3.3g；
（3）氧化：将步骤（2）中填粉后的铜管在在250℃氧化3h，去除发泡剂4-甲基苯磺酰肼；
（4）还原：将氧化后的铜管在氮氢混合气氛（氢气含量15%）中在1000℃下还原12h，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。其中泡沫铜吸液芯的长度是338mm，截面积4.3mm2，泡沫铜吸液芯的孔隙率为81.5%，热管功率为85W。
实施例3
一种高功率热管的制备方法，包括以下步骤：
（1）混粉：称取10g N,N´-二甲基-N,N´-二亚硝基对苯二甲酰胺，加入490g粒径为104μm的铜粉中，通过混粉机以1200rpm的混粉速度混合15 min，混粉完成后混合粉体通过100目筛网过筛；
（2）填粉：通过填粉机将步骤（1）中过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中，填粉时间为2min，填粉量3.4g；
（3）氧化：将步骤（2）中填粉后的铜管在200℃氧化3h，去除发泡剂N,N´-二甲基-N,N´-二亚硝基对苯二甲酰胺；
（4）还原：将氧化后的铜管在氮氢混合气氛（氢气含量8%）中980℃下还原6h，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。其中泡沫铜吸液芯的长度是338mm，截面积4.3mm2，泡沫铜吸液芯的孔隙率为78%，热管功率为75W。
对比例1
一种热管的制备方法，包括以下步骤：
称取500g粒径为50μm的铜粉，通过200目筛网过筛，并通过填粉机将铜粉填入铜管和中心棒的间隙中，填粉时间为1min，填粉量3.1g，将填粉后的铜管在氮氢混合气氛（氢气含量8%）中800℃下还原4h，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管。其中泡沫铜吸液芯的长度是338mm，截面积3.5 mm2，泡沫铜吸液芯的孔隙率为55%，热管功率为55W。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种热管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）混粉：将发泡剂加入铜粉中通过混粉机进行混粉，混粉完成后混合粉体通过50～200目筛网过筛；
所述发泡剂为偶氮类、亚硝基化合物类、磺酰肼类有机发泡剂中的一种或多种；
所述发泡剂在混合粉体中的质量占比为1%～10%，铜粉粒径为50～160μm；
（2）填粉：通过填粉机将步骤（1）过筛后的混合粉体填入铜管和中心棒的间隙中；
（3）氧化：步骤（2）填粉后的铜管置于烤箱进行氧化处理，以去除发泡剂；所述氧化处理的温度为200～400℃，氧化处理的时间为1～4h；
（4）还原：对步骤（3）中去除发泡剂后的铜管进行还原处理，得到泡沫铜吸液芯烧结到铜管管壁上的热管；
所述还原处理的温度为800～1000℃，还原处理的时间3～12h，所述还原处理在氮氢混合气氛中进行，所述氮氢混合气氛中氢气的体积含量为5%～20%。
2.根据权利要求1所述的热管的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，混粉速度为500～1400rpm，混粉时间为5～30min。
3.根据权利要求1所述的热管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，填粉时间为1～3min，填粉量为3～5g。
4.一种热管，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的制备方法制得，所述热管的传热功率为60-90W，所述热管中泡沫铜吸液芯的孔隙率为65%-80%，所述泡沫铜吸液芯的截面积为3～5mm2。
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