CN1815129A - 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于管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯包括纳米二氧化钛层，二氧化钛为管状晶体，该管状晶体内径为50～200纳米。本发明还提供该热管的制备方法。本发明所提供的热管吸液芯包括纳米二氧化钛层，该二氧化钛为管状晶体，其内径具有纳米级尺寸，使得吸液芯孔隙率大，毛细能力强，加快工作流体回流速度，因此热管导热效率提高，适合应用于电子器件的散热。

Description

热管及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及导热结构，特别是涉及一种应用于电子散热装置中的热管及其制备方法。

【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。

请参阅图1，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的间布置绝热段。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在微小气压差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13幷放出热量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-气分界面上蒸发；

(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-液分界面上凝结；

(5)热量15从气-液分界面通过吸液芯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的工作流体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)与过程(5)中起到重要导热作用，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必要。

现有技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。

其中烧结型吸液芯是将大量填充用金属粉末粒子在热管管壳内壁烧结而成，因而能确保吸液芯与热管管壳内壁良好接触，从而使得热管导热均匀迅速。如1981年6月23日公告的美国专利第4,274,479号揭露一种烧结型热管吸液芯，该吸液芯采用金属粉体或陶瓷粉体烧结而成，紧贴热管管壳内壁，毛细力大，毛细性能好。但是，传统烧结型吸液芯一般热阻较大，不利于热管导热能力提高。2002年11月27日公告的中国专利第02205487.1号揭露一种热管，其吸液芯采用碳纳米管等纳米材料烧结而成，纳米碳管具有强导热性能，但是碳纳米管成本较高。

丝网型吸液芯是采用一定网目数的铜、不锈钢或铁丝网，经过清洗及必要的处理后卷制成所需要的形状插入管壳而成。但是，直接插入管壳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。

沟槽型吸液芯如2004年3月2日公告的美国专利第6,698,502号所揭示，在管壳内壁形成微小沟槽，沟槽尺寸越小，毛细性能越好。为达到较佳毛细性能，常采用电子束刻蚀等方法形成微米级甚至纳米级尺寸的沟槽，而电子束刻蚀等工艺成本高。

有鉴于上述内容，提供一种吸液芯紧贴热管管壳内壁、毛细性能强、成本低、导热效率高的热管非常必要。

【发明内容】

以下，将以若干实施例说明一种吸液芯紧贴热管管壳内壁、毛细性能强、成本低、导热效率高的热管，并提供上述热管的制备方法。

为实现上述内容，提供一种热管，该热管包括一中空的管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯包括一纳米二氧化钛层。

所述纳米二氧化钛为管状晶体，该管状晶体内径为10～200纳米。

以及，提供一种热管制备方法，其包括下列步骤：提供一中空管；在中空管内壁形成一纳米二氧化钛层；将中空管内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体；将工作流体密封于管内。

优选地，采用溶胶-凝胶法在中空管内壁形成一纳米二氧化钛层。

与现有技术相比，上述热管有以下优点：热管的毛细吸液芯包括纳米二氧化钛层，二氧化钛导热系数高，且由于该纳米二氧化钛为管状晶体，其内径具有纳米级尺寸，使得吸液芯孔隙率大，毛细性能强，能加快工作流体回流速度，故热管导热效率提高；另，纳米二氧化钛层采用溶胶-凝胶法形成于管壳内壁，能紧贴管壳内壁，且制程简单，成本低。

【附图说明】

图1是热管工作原理示意图；

图2是本发明实施方式所提供的热管内部结构径向截面示意图。

【具体实施方式】

下面结合图标来说明热管的实施方式：

请参阅图2，本实施方式所提供的热管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为纳米二氧化钛层。

管壳21一般为铜管，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，亦可以为异型，如椭圆形、正方形、矩形、三角形等。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米。管壳21可以为直管，亦可以为不同形状的弯管。

毛细吸液芯22是采用溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛层，二氧化钛呈管状，管内径为10～200纳米。该纳米二氧化钛层厚度为0.1～1毫米。

工作流体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液体，亦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。

本实施方式热管20的管壳21采用径向截面为圆形的铜管，管径为10毫米，长80毫米，毛细吸液芯22为纳米二氧化钛层，工作流体为纯水。

上述实施方式的热管制备方法包括：

提供一中空管，作为热管管壳；该管可以为铜管，也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。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米，可以为直管，也可以为不同形状的弯管。本实施例提供一径向截面为圆形的直铜管，管径为10毫米，长80毫米。

在中空管内壁形成一纳米二氧化钛层；本实施方式采用溶胶-凝胶法在中空管内壁形成纳米二氧化钛层，具体方法如下：将钛酸正四丁脂、二乙醇胺、水以及无水乙醇以1∶26.5∶1∶1(摩尔比)的比例混合，得到浓度为0.5mol/L的二氧化钛溶液，将该溶液涂覆到中空管内壁，湿膜在100℃烘箱内干燥10分钟后，再涂覆一次溶液，反复多次，最后在300～500℃环境下烘烤3小时左右即可得到二氧化钛层，该二氧化钛为管状晶体，其管体内径为10～200纳米。二氧化钛层厚度以0.1～1毫米为宜，上述溶液涂覆次数越多，该二氧化层厚度越厚。

将中空管内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体，本实施方式采用纯水。

将中空管封口，工作流体密封于管内，得到热管20。

热管20工作时一端(即加热段)接触发热电子元件，另一端(冷凝段)通常连接多个散热鳍片。电子元件散发的热量使得热管内的工作流体蒸发气化形成蒸气，蒸气在气压差作用下流向热管20的冷凝段，冷凝成液态工作流体释放出热量，工作流体依靠吸液芯22的毛细作用沿吸液芯22回流，热量依靠散热鳍片散发。如此循环，热量由热管20的蒸发段不断地传至冷凝段，并被冷凝段一端的冷源吸收。

由于热管的毛细吸液芯包括纳米二氧化钛层，二氧化钛导热能力强，且该纳米二氧化钛为管状晶体，其内径具有纳米级尺寸，使得吸液芯空隙率大，毛细性能强，能加快工作流体回流速度，故热管导热效率提高；另，纳米二氧化钛层采用溶胶-凝胶法形成于管壳内壁，能紧贴管壳内壁，且制程简单，成本低。

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；及

密封于管壳内的工作流体；

其特征在于该毛细吸液芯包括一纳米二氧化钛层。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该二氧化钛为管状晶体。

3.如权利要求2所述的热管，其特征在于该二氧化钛管状晶体内径为10～200纳米。

4.如权利要求1所述的热管，其特征在于该纳米二氧化钛层厚度为0.1～1毫米。

5.如权利要求1所述的热管，其特征在于该工作流体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷。

6.如权利要求4所述的热管，其特征在于该工作流体进一步包括悬浮于液态工作流体中的导热材料微粒。

7.如权利要求5所述的热管，其特征在于该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。

8.一种热管制备方法，包括步骤：

提供一中空管；

于中空管内壁形成一纳米二氧化钛层；

将中空管内抽成真空，往管内灌入适量液体作为工作流体；

将中空管两端封口。

9.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于采用溶胶-凝胶法形成纳米二氧化钛层。

10.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于中空管包括铜管、铝管或铁管。

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