CN1627031A - 热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管及其制备方法。该热管包括一中空管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯为纳米铜纤维网。本发明还包括该热管的制备方法。本发明所提供的热管吸液芯毛细性能提高，并能确保紧贴热管内壁，因此热管导热效率高，适合应用于电子器件的散热装置中。

Description

热管及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及导热结构，特别涉及一种热管及其制备方法。

【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。

先前技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。

丝网型吸液芯比较容易制作，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丝网型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；另外，一般丝网较粗，其毛细性能有待改进。

因此，提供一种丝网型吸液芯紧贴热管管壳内壁、毛细性能增强的热管非常必要。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有技术中热管丝网型吸液芯贴合热管管壳内壁不够紧密、均匀，毛细性能不够理想，不利于热管导热效率提升；本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种吸液芯能紧贴热管管壳内壁、毛细性能提高的热管及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一热管，该热管包括一中空管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯为纳米铜纤维网，通过电纺织方法(electrospinning)形成于热管管壳内壁。

本发明还提供上述热管的制备方法，该热管制备方法包括下列步骤：提供一包括两端且其中一端封口的中空管；在中空管内壁形成一纳米铜纤维网作为吸液芯；将中空管内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体；将中空管另一端封口，将工作流体密封在管内；其中在中空管内形成一纳米铜纤维网包括以下步骤：配制含铜离子凝胶并将凝胶注入中空管内；用电纺织法(electrospinning)生成紧贴管壳内壁的铜化合物网状结构；煅烧中空管，将其内壁上的铜化合物网状结构还原成纳米铜纤维网。

与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点：热管的毛细吸液芯通过电纺织方法直接形成于热管管壳内壁，严实而均匀地紧贴在管壳内壁，使热管导热均匀、迅速，避免热管局部过热而损坏热管本身或电子器件；另外吸液芯为纳米铜纤维网，毛细性能增强，有利于热管导热效率提高。

【附图说明】

图1是习知技术热管工作原理示意图。

图2是本发明热管内部结构径向截面示意图。

图3是在管壳内壁形成吸液芯的方法流程图。

图4是将含铜离子凝胶注入中空管内的示意图。

图5是电纺织法生成铜化合物网状结构的示意图。

【具体实施方式】

下面结合图示来说明本发明所提供的热管的具体实施方式：

如图2所示，本发明所提供的热管20包括管壳21、毛细吸液芯22以及工作流体(未标示)，其中毛细吸液芯22为纳米铜纤维网。

管壳21一般为中空铜管，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、铁等金属。管壳21径向截面可以为标准圆形，也可以为异型，如椭圆形、正方形、矩形、三角形等。管壳21可以为直型管，也可以为任何其它形状的弯曲型管。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80毫米。

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的微粒，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。

本发明的热管制作方法为：提供一包括两端且其中一端封口的中空管作为管壳21；在管壳21内壁形成一纳米铜纤维网作为吸液芯22；将管壳21内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体；最后将管壳21另一端封口，将工作流体密封在管壳21内。

其中在管壳21内壁形成一纳米铜纤维网作为吸液芯22的步骤结合图示详细说明如下：

如图3所示，在管壳21内壁上形成一纳米铜纤维网包括以下步骤：配制含铜离子凝胶并将其注入一端封口的中空管内；用电纺织法(electrospinning)生成紧贴管壳内壁的铜化合物网状结构；煅烧中空管，将中空管内壁上的铜化合物网状结构还原成纳米铜纤维网。

如图4所示，配置含铜离子凝胶31并将凝胶31注入中空管21内。该含铜离子凝胶31是将适量氢氧化铜或铜盐加入高分子聚合物溶液中溶解制得，其中该高分子聚合物包括聚乙烯醇，铜盐包括醋酸铜，本实施方式采用聚乙烯醇与氢氧化铜。该中空管21包括铜管、铝管、铁管等，所需凝胶31的量以将该中空管21灌满为宜。

如图5所示，用电纺织法(electrospinning)生成紧贴管壳21内壁的铜化合物网状结构。首先提供一高压(例如20kV)电源42，然后在电源42正极接一金属电极片第一电极片40，将该第一电极片40插入中空管21内溶胶31中，提供另一金属电极片第二电极片41，使其与中空管21连接，再将电源42负极接到第二电极片41上，启动电源42，给凝胶31通以高压电，铜化合物的网状结构即在中空管21内壁上生成。该铜化合物包括氧化铜，网状结构中含有聚乙烯醇。

铜化合物网状结构生成后，切断电源，将中空管取下干燥后在还原气氛下进行煅烧，将铜化合物网状结构还原成纳米铜纤维网。该方法所得之铜纤维直径一般小于200纳米。煅烧温度为600～900℃，还原气氛为氢气、氮气或惰性气体氩。由于高温下聚乙烯醇分解并碳化，碳具有还原性，因此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。

本发明所提供的直接在热管内上用电纺织(electrospinning)法生成吸液芯的热管具有以下优点：电纺织(electrospinning)法生成的铜纤维网紧密贴附于热管内壁，即确保热管毛细吸液芯紧贴热管管壳内壁，避免热管导热不均匀，防止热管出现局部过热现象而导致热管甚至电子器件的损坏；电纺织(electrospinning)法生成的铜纤维网，其纤维直径在纳米级尺寸范围内，毛细性能优良，即热管毛细吸液芯的毛细性能得以改善，从而热管导热效率提高。

Claims (10)

1.一种热管，其包括：

一中空管壳；

一紧贴于管壳内壁的毛细吸液芯；以及

密封在管壳内的工作流体；

其特征在于该毛细吸液芯为纳米铜纤维网。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该铜纤维网的铜纤维直径小于200纳米。

3.一种热管制备方法，包括下列步骤：

提供一包括两端且其中一端封口的中空管；

在中空管内壁形成一紧贴该内壁的纳米铜纤维网作为吸液芯；

将中空管内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体；

将中空管另一端封口；

其特征在于中空管内壁形成一紧贴该内壁的纳米铜纤维网包括以下步骤：

配制含铜离子凝胶并将凝胶注入中空管内；

用电纺织法(electrospinning)生成紧贴管壳内壁的铜化合物网状结构；

煅烧中空管，将其内壁上之铜化合物网状结构还原成纳米铜纤维网。

4.如权利要求3所述的热管制备方法，其特征在于该含铜离子凝胶可通过将适量氢氧化铜或铜盐溶解于高分子聚合物溶液中而制得。

5.如权利要求4所述的热管制备方法，其特征在于该高分子聚合物包括聚乙烯醇。

6.如权利要求4所述的热管制备方法，其特征在于该铜盐包括醋酸铜。

7.如权利要求3所述的热管制备方法，其特征在于电纺织法(electrospinning)生成铜化合物网状结构时热管接电源负极。

8.如权利要求3所述的热管制备方法，其特征在于电纺织法(electrospinning)生成铜化合物网状结构时电源正极电极片插入中空管内凝胶中。

9.如权利要求3所述的热管制备方法，其特征在于煅烧温度范围为600～900摄氏度。

10.如权利要求3所述的热管制备方法，其特征在于煅烧还原性气氛包括氢气、氮气、氩气或其组合。

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