CN1307399C - 热管制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管制备方法。该热管制备方法包括下列步骤：提供适量纳米级含铜化合物纤维与适量有机溶剂的混合物；提供一端封口的中空管作为热管管壳；将一直径小于上述中空管内径的塑胶棒插入中空管中，使塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙；将上述混合物注入上述空隙中；在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒与有机溶剂，并使含铜化合物纤维还原成铜纤维网贴附于中空管内壁；将中空管抽成真空；往中空管中灌入适量工作流体；将中空管封口，使工作流体密封于中空管中。

Description

热管制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种热管制备方法，特别涉及一种节约成本、能使吸液芯紧贴热管内壁，并适合制备弯曲型热管的热管制备方法。

【背景技术】

热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热组件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。

近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。

如图1所示，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封在管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管管壳11内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b之间布置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13  放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。

热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；

(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；

(3)蒸气14从蒸发段10a流到冷凝段10b；

(4)蒸气14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；

(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；

(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后工作流体13回流到蒸发段10a。

从上述六个过程看出，吸液芯12在过程(1)和过程(5)中起到重要的导热作用，在过程(6)中对冷凝后的工作流体13迅速回流起到决定作用，因此，吸液芯12对于热管10的正常有效地工作非常重要。

现有技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。

其中丝网型吸液芯毛细性能较好，比较容易制作，在市场购置定型网目数的丝网，其材料一般为铜、不锈钢、铁丝网，可根据热管工作流体的兼容性来选定，丝网买来后经过清洗以及必要的处理后卷制成所需要的形状插入热管即可，因此在热管中应用较多。

但是，直接插入热管管壳内的吸液芯依靠其弹性张力贴于热管管壳内壁，弹性不够时，易出现吸液芯贴合管壳内壁不严实、不均匀的现象，导致热管导热效率降低，甚至热管局部过热而损坏热管甚至电子器件。

为确保丝网型吸液芯充分接触热管管壳内壁，可用金属丝网将热管塞满，但是，该方法需较多金属丝网，使热管成本提高。

另外，为配合电子器件散热装置的合理安装，有时需将热管制作成弯曲型。但是，在弯曲型热管中形成毛细吸液芯比较困难，若在直管中形成毛细结构后再将直管弯曲，则容易破坏弯曲部的毛细结构。因此，现有技术中弯曲型热管一般通过焊接而成，首先在两个半管内壁形成烧结或沟槽型毛细结构，再将两个半管扣合焊接在一起。

但是，热管内部灌入工作流体前需要抽成真空，工作流体在热管中不断蒸发、冷却、回流、再蒸发，要求无气体杂质干扰，如果热管漏气，将不利于热管性能提高。扣合焊接而成的热管，焊缝容易导致热管漏气，不利于热管性能提高。

因此，提供一种节约成本、使毛细吸液芯紧贴热管管壳内壁、特别适合制备弯曲型热管的热管制备方法非常必要。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有技术中丝网型吸液芯贴合热管管壳内壁不严实、不均匀、成本高。

本发明进一步要解决的技术问题是现有技术中弯曲型热管毛细吸液芯形成困难，弯曲型热管制备过程中留下焊缝，导致热管容易漏气。

本发明的目的在于提供一种成本降低、确保吸液芯能紧贴热管管壳内壁的热管制备方法。

本发明进一步的目的在于提供一种适合制备弯曲型热管的热管制备方法。

本发明解决技术问题的技术方案是提供热管制备方法，该方法包括下列步骤：提供适量纳米级含铜化合物纤维与适量有机溶剂的混合物；提供一端封口的中空管作为热管管壳；将一直径小于上述中空管内径的塑胶棒插入中空管中，使塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙；将上述混合物注入上述空隙中；在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒与有机溶剂，并使纳米级含铜化合物纤维还原成铜纤维网；将中空管抽成真空；往中空管中灌入适量工作流体；将中空管封口，使工作流体密封于中空管中。

本发明所提供的弯曲型热管的制备方法基本上与上述方法相同，仅在将塑胶棒插入中空管中之后多一步骤，即通过机械加工，将插入塑胶棒的中空管弯曲成所需的形状。

与现有技术相比，本发明所提供的热管制备方法具有以下优点：借助一直径小于热管管壳内径的塑胶棒，在塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙，毛细吸液芯通过该空隙以及煅烧过程贴附在热管管壳内壁，并由于塑胶成本明显低于金属纤维成本，因而热管制造成本降低；另外，本方法采用有机溶剂混合纳米级含铜化合物纤维注入热管管壳中，弯曲型热管也适用，因此，在弯曲型热管管壳内形成毛细吸液芯不再困难，有利于制备弯曲型热管。

【附图说明】

图1是现有技术一般热管工作原理示意图。

图2是本发明热管制备方法流程图。

图3是提供一端封口的中空管示意图。

图4是往中空管中插入一塑胶棒的示意图。

图5是在空隙中注满混合物的示意图。

图6是本发明第一实施例所制备的直型热管轴向截面示意图。

图7是本发明第二实施例所制备的弯曲型热管轴向截面示意图。

【具体实施方式】

下面结合图标来说明本发明所提供的热管制备方法实施方式：

如图2所示，本发明第一实施例所提供的直型热管制备方法包括：

步骤1，提供纳米级含铜化合物纤维与有机溶剂的混合物；即提供适量纳米级含铜化合物纤维以及适量有机溶剂，并将两者混合形成一混合物；

步骤2，提供一端封口的中空管；该中空管将作为热管管壳，本步骤与步骤1无先后顺序；

步骤3，将一直径小于上述中空管内径的塑胶棒插入中空管中，使塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙；

步骤4，将混合物注入空隙中；

步骤5，在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒与有机溶剂，并使纳米级含铜化合物纤维还原成铜纤维网；

步骤6，将中空管抽成真空；

步骤7，往中空管中灌入适量工作流体；

步骤8，将中空管封口，使工作流体密封于中空管中。

步骤1所提供的纳米级含铜化合物纤维可通过电纺织法(electrospinning)制备：10％聚乙烯醇溶液慢慢滴入醋酸铜溶液中，得到含铜离子凝胶；将该凝胶装入一容器中，在凝胶中插入一铜电极(正极)以及一铝电极(负极)，给凝胶通以20千伏的高压电，铝电极上即生成纳米级含铜化合物纤维。该方法所得的含铜化合物纤维直径一般小于200纳米。该步骤还提供适量有机溶剂，该有机溶剂包括乙醇、异丙醇、丙酮等。将铝电极上生成的含铜化合物纤维取下，与上述有机溶剂混合，为后续步骤备用。

步骤2，如图3所示，提供一端封口的直型中空管21作为热管管壳；管壳一般为铜管，亦可根据不同需要采用不同材料，如铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十厘米。

本实施方式采用径向截面为圆形的铜管，管径为10毫米，长150毫米。

步骤3，如图4所示，将一直径小于上述中空管21内径的塑胶棒30插入中空管21中，塑胶棒30与中空管21内壁之间形成一空隙31；其中塑胶棒30材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等，塑胶棒30的直径比中空管21的内径小1毫米以上。本步骤目的在于用塑胶棒30填补管壳21轴中心的空间，使后续步骤中热管毛细吸液芯铜纤维网贴合管壳21的内壁，而不需要铜纤维塞满整个管壳内部，从而降低热管制备成本。

步骤4，如图5所示，将步骤1所得混合物40注入步骤3所形成的空隙31中，将空隙注满，利于后续步骤形成热管毛细吸液芯；由于有机溶剂与纳米级含铜化合物纤维的混合物具有流动性，适合注入任何形状的管壳中，因此该方法也适合于制备弯曲型热管的毛细吸液芯。

步骤5，在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒30与有机溶剂，并使纳术级含铜化合物纤维还原成铜纤维网，该铜纤维网贴附于中空管21内壁，即构成本实施例形成的热管的毛细吸液芯22(如图7所示)；煅烧温度为600～900℃，还原气氛为氢气、氮气或惰性气体氩。由于高温下塑胶棒与有机溶剂分解并碳化，碳具有还原性，故煅烧过程中只通以氮气或氩气等保护性气体时，碳仍然能将铜化合物还原成铜金属。

步骤6，将中空管抽成真空。

步骤7，往中空管中灌入适量液体作为工作流体；工作流体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液体，也可在液体中添加导热材料微粒，如铜粉、纳米碳球、内部填充有纳米级铜粉的纳米碳球等，以增加工作流体的导热性能。

步骤8，将中空管封口，使工作流体密封于中空管中。

如图6所示，本发明第一实施例所制备的热管20包括管壳21、吸液芯22以及密封于管壳21内的工作流体(图未标示)，其中吸液芯22为金属铜纤维网，紧贴在管壳21内壁。

本发明第二实施例提供的弯曲型热管制备方法包括：

步骤1，提供纳米级含铜化合物纤维与有机溶剂的混合物；即提供适量纳米级含铜化合物纤维以及适量有机溶剂，并将两者混合形成一混合物；

步骤2，提供一端封口的中空管；该中空管将作为热管管壳，本步骤与步骤1无先后顺序；

步骤3，将一直径小于上述中空管内径的塑胶棒插入中空管中，使塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙；

步骤4，机械加工；将中空管加工成所需弯曲形状，如″L″型；

步骤5，将混合物注入空隙中；

步骤6，在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒与有机溶剂，并使纳米级含铜化合物纤维还原成铜纤维网；

步骤7，将中空管抽成真空；

步骤8，往中空管中灌入适量工作流体；

步骤9，将中空管封口，使工作流体密封于中空管中。

第二实施例所提供的热管制备方法与第一实施例所提供的热管制备方法相比，步骤1至步骤3完全相同，第一实施例的步骤4至步骤8分别与第二实施例的步骤5至步骤9相同，两个完整方法不同之处在于第二实施例在步骤3之后进一步包括步骤4，即通过机械加工将中空管21加工成所需形状，以便制备不同弯曲程度的弯曲型热管；如本实施例将中空管51加工成″L″型。

如图7所示，本发明第二实施例所制备的热管50包括管壳51、吸液芯52以及密封在管壳51内的工作流体(图未标示)，其中吸液芯52为金属铜纤维网，紧贴在管壳51内壁。

本发明所提供的热管制备方法具有以下优点：借助一直径小于热管管壳内径的塑胶棒，在塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙，毛细吸液芯通过该空隙以及煅烧过程贴附在热管管壳内壁，并由于塑胶成本明显低于金属纤维成本，因而热管制造成本降低；另外，本方法采用有机溶剂混合纳米级含铜化合物纤维注入热管管壳中，弯曲型热管也适用，因此，在弯曲型热管管壳内形成毛细吸液芯不再困难，适合制备弯曲型热管。

Claims (10)

1.一种热管制备方法，其特征在于包括下列步骤：

提供适量纳米级含铜化合物纤维与适量有机溶剂的混合物；

提供一包括两端且其中一端封口的中空管；

将一直径小于上述中空管内径的塑胶棒插入中空管中，使塑胶棒与中空管内壁之间形成一空隙；

将上述混合物注入上述空隙中；

在还原气氛中煅烧，以除去塑胶棒与有机溶剂，并使纳米级含铜化合物纤维还原成铜纤维网；

将中空管抽成真空；

往中空管中灌入适量工作流体；

将中空管另一端封口。

2.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于将塑胶棒插入中空管中之后进一步包括机械加工，将中空管加工成所需弯曲型。

3.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于纳米级含铜化合物纤维可通过电纺织法制备。

4.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于有机溶剂包括乙醇、异丙醇或丙酮。

5.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于中空管为一直型管，其材质包括铜、铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛或其合金。

6.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于塑胶棒材质包括聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯。

7.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于煅烧温度为600～900℃。

8.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于煅烧还原气氛包括氢气、氮气或惰性气体氩。

9.如权利要求1所述的热管制备方法，其特征在于工作流体中添加有导热材料微粒。

10.如权利要求9所述的热管制备方法，其特征在于导热材料微粒包括铜粉、纳米碳球或内部填充有纳米级铜粉的纳米碳球。