專利名稱：熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于導(dǎo)熱元件，特別關(guān)于一種熱管及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱管是指通過管殼內(nèi)部工作流體的相變實現(xiàn)導(dǎo)熱的一種導(dǎo)熱元件，其具有高導(dǎo)熱性，優(yōu)良等溫性等優(yōu)良特性，導(dǎo)熱效果好，應(yīng)用廣泛。
近年來，電子技術(shù)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集及微型化，使得單位容積電子器件發(fā)熱量劇增，熱管技術(shù)以其高效、緊湊及靈活可靠等特點，適合解決目前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題。
關(guān)于熱管構(gòu)造，請參閱圖1，熱管10由管殼11、吸液芯12(毛細結(jié)構(gòu))以及密封在管殼內(nèi)的工作流體13組成。熱管10的制作通常先將管內(nèi)抽成真空后充以適當?shù)墓ぷ髁黧w13，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯12中充滿工作流體13后加以密封。熱管10的一端為蒸發(fā)段10a(加熱段)，另一端為冷凝段10b(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要可在蒸發(fā)段10a和冷凝段10b之間布置絕緣段。當熱管10的蒸發(fā)段10a受熱時吸液芯12中的工作流體13蒸發(fā)汽化形成蒸汽14，蒸汽14在微小的壓差作用下流向熱管10的冷凝段10b，并凝結(jié)成工作流體13并放出熱量15，工作流體13再靠毛細作用沿吸液芯12流回蒸發(fā)段10a。如此循環(huán)，熱量15由熱管10的蒸發(fā)段10a不斷地傳向冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
熱管10在實現(xiàn)導(dǎo)熱的過程中，包括以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程(1)熱量15從熱源經(jīng)由熱管管殼11和充滿工作流體的吸液芯片傳遞給工作流體13；(2)工作流體13在蒸發(fā)段10a內(nèi)液-汽分介面上蒸發(fā)；(3)蒸汽14從蒸發(fā)段10a流向冷凝段10b；(4)蒸汽14在冷凝段10b內(nèi)汽-液分介面上凝結(jié)；(5)熱量15從汽-液分介面經(jīng)由吸液芯12、工作流體13及管殼11傳給冷源；(6)在吸液芯12內(nèi)由于毛細作用使冷凝后的工作流體13回流到蒸發(fā)段10a。
從上述六個主要過程看出，吸液芯12在過程(1)和(5)中起到重要的導(dǎo)熱作用，在過程(6)中對冷凝后的工作流體13迅速回流起到?jīng)Q定作用，因此，吸液芯12對于熱管10的正常有效地工作非常必要。
在現(xiàn)有技術(shù)中，吸液芯12通常為溝槽型、絲網(wǎng)型或燒結(jié)型。
其中燒結(jié)型吸液芯是將大量填充在熱管管殼內(nèi)壁上的金屬粉末粒子燒結(jié)而成，因而能確保吸液芯與熱管管殼內(nèi)壁良好接觸，從而使得熱管導(dǎo)熱均勻迅速，因此燒結(jié)型吸液芯在熱管中應(yīng)用較多。
如1981年6月23日公告的美國專利第4,274,479號揭露一種燒結(jié)型熱管吸液芯，該吸液芯采用金屬粉體或陶瓷粉體燒結(jié)而成，緊貼熱管管殼內(nèi)壁，毛細力大，毛細性能好。但是，此種吸液芯熱阻較大，不利于提高熱管導(dǎo)熱能力。
有鑒于此，提供一種緊貼熱管內(nèi)壁、熱阻小以及導(dǎo)熱能力強的吸液芯實為必要。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中熱管燒結(jié)型吸液芯的熱阻大、導(dǎo)熱性能差，不利于熱管導(dǎo)熱效率提升的技術(shù)缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種燒結(jié)型吸液芯熱阻小、導(dǎo)熱能力強的熱管及其制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱管包括一中空管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細吸液芯以及充滿毛細吸液芯并密封在管殼內(nèi)的工作流體，其中毛細吸液芯是由金屬粉體與納米碳材混合燒結(jié)而成。
本發(fā)明所提供的熱管制備方法包括下列步驟提供一中空管；提供金屬粉體與納米碳材混合物；提供一直徑小于中空管內(nèi)徑的芯棒，并將它插入中空管內(nèi)；將上述混合物填充入芯棒與中空管所形成的環(huán)形間隙中；將芯棒固定，在還原氣氛中燒結(jié)中空管；冷卻，取出芯棒，混合物燒結(jié)層即形成于中空管內(nèi)壁；將中空管抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；將工作流體密封在管內(nèi)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的熱管有以下優(yōu)點熱管的毛細吸液芯為金屬與納米碳材混合物的燒結(jié)層，由于填充有納米碳材后毛細吸液芯的高表面積以及高導(dǎo)熱性，可降低吸液芯的熱阻，提高吸液芯的導(dǎo)熱性能；另外，納米碳材有助于燒結(jié)時金屬氧化物的還原，從而可減少只液芯中金屬氧化物的含量，由于金屬的導(dǎo)熱能力高于其氧化物，因此吸液芯導(dǎo)熱能力得到提高；從而，熱管導(dǎo)熱性能提高。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的熱管工作原理示意圖；圖2是本發(fā)明的熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)徑向截面示意圖；圖3是形成本發(fā)明的熱管的方法流程圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請參閱圖2，本發(fā)明所提供的熱管20包括管殼21、毛細吸液芯22以及工作流體(圖未示)，其中毛細吸液芯22為金屬粉體與納米碳材混合物的燒結(jié)層。
管殼21一般為銅管，也可根據(jù)不同的需求采用不同的材料，如鋁、鐵等金屬。管殼21徑向截面可以為標準圓形，也可為其他形狀，如橢圓形、正方形、矩形、三角形等。管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至幾十米。
毛細吸液芯22中金屬粉體包括銅粉、鐵粉、鋁粉或其合金粉體，納米碳材包括中空納米碳球、中空碳納米管以及內(nèi)包覆有高熱傳導(dǎo)材料的納米碳球或碳納米管中任意一種或多種的組合，其中高熱傳導(dǎo)材料包括銅、鋁、金、銀或其合金。
工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液體，也可在液體中添加導(dǎo)熱材料的微粒，如銅粉、納米碳球、內(nèi)部填充有納米級銅粉的納米碳球等，以增加工作流體的導(dǎo)熱性能。
本實施方式熱管20中的管殼21采用徑向截面為圓形的銅管，管徑為10毫米，長80毫米，毛細吸液芯22為銅粉與中空碳納米管混合物的燒結(jié)層，工作流體為純水。
請參閱圖3，本發(fā)明提供的熱管制備方法包括以下步驟(1)提供一中空管作為熱管管殼；該管可以為銅管，也可根據(jù)不同的需求采用不同的材料，如鋁、鋼、碳鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鈦等及其合金。管殼21徑向截面可以為標準圓形，也可為其他形狀，如橢圓形、正方形、矩形、三角形等。管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至幾十米。
(2)提供金屬粉體與納米碳材的混合物；金屬粉體包括銅粉、鐵粉、鋁粉或其合金粉體，納米碳材包括中空納米碳球、中空碳納米管以及內(nèi)包覆有高熱傳導(dǎo)材料的納米碳球或碳納米管中任意一種或多種的組合，其中高熱傳導(dǎo)材料包括銅、鋁、金、銀或其合金。本實施例提供銅粉與中空碳納米管的混合物。
步驟(2)步驟(1)無時間先后順序，可互換。
(3)提供一直徑小于中空管的芯棒并插入該管內(nèi)；該芯棒可根據(jù)中空管殼及金屬粉體的材質(zhì)選用不同的材質(zhì)，本實施例根據(jù)銅管及銅粉選用不銹鋼芯棒，該芯棒直徑為8毫米。
(4)將上述混合物填充入芯棒與中空管內(nèi)壁所形成的環(huán)形間隙中；即將銅粉與中空碳納米管的混合物填充入芯棒與中空管內(nèi)壁所形成的環(huán)形間隙中。
(5)將芯棒固定，在還原氣氛中燒結(jié)混合物；將不銹鋼芯棒固定，使其位于中空管軸心位置，不接觸中空管內(nèi)壁，在還原氣氛中燒結(jié)中空管，使銅粉與碳納米管混合物燒結(jié)成型。該還原氣氛為氫氣、氦氣、氬氣中任意一種或其組合。燒結(jié)溫度一般為800～880℃。
(6)冷卻，取出芯棒；混合物燒結(jié)層形成在中空管內(nèi)壁。
(7)將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌注適量液體作為工作流體。
(8)將中空管兩端封口，以使工作流體密封在管內(nèi)。
熱管吸液芯的熱阻與吸液芯毛細管構(gòu)造的厚度成正比，與毛細管的表面積成反比，即吸液芯毛細管構(gòu)造越厚，吸液芯熱阻越大，毛細管構(gòu)造的表面積越大，吸液芯熱阻越小。
本發(fā)明所提供熱管中的吸液芯為金屬粉體與納米碳材混合物的燒結(jié)層，與現(xiàn)有技術(shù)的金屬粉體或陶瓷粉體燒結(jié)層相比較，當燒結(jié)層厚度相同時，本發(fā)明由于添加有納米碳材，在很大程度上增加燒結(jié)層表面積，從而使吸液芯熱阻減小，吸液芯導(dǎo)熱能力增強，從而熱管導(dǎo)熱效率提高。
另外，納米碳材的添加可促進金屬粉體的還原，確保吸液芯中銅粉不被氧化，由于金屬單質(zhì)的導(dǎo)熱能力強于其氧化物，因此也使得吸液芯導(dǎo)熱能力增強，熱管導(dǎo)熱效率提高。
綜上所述，本發(fā)明確已符合發(fā)明專利的條件，茲依法提出專利申請。另外，以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡熟悉本案技藝的人士，依本案發(fā)明精神所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)包含在以下的專利權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱管，其包括一中空管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細吸液芯以及充滿毛細吸液芯并密封在管殼內(nèi)的工作流體，其特征在于該毛細吸液芯為金屬粉體和納米碳材混合物燒結(jié)層。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該金屬粉體選自銅粉、鋁粉或鐵粉。
3.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該納米碳材選自中空納米碳球、中空碳納米管以及內(nèi)包覆高熱傳導(dǎo)材料的納米碳球或碳納米管中任意一種或其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該管殼材質(zhì)選自鋁、鋼、碳鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鈦等及其合金。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該工作流體選自純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷或添加有導(dǎo)熱材料微粒的液體。
6.如權(quán)利要求1所述熱管的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟提供一中空管；提供金屬粉體與納米碳材的混合物；提供一直徑小于中空管的芯棒并插入該管內(nèi)；將上述混合物填充入芯棒與中空管內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間中；將芯棒固定，在還原氣氛中燒結(jié)混合物；冷卻，取出芯棒；將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌注適量液體作為工作流體；將中空管兩端封口，以使工作流體密封在管內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述熱管的制備方法，其特征在于該中空管包括銅管、鋁管或鐵管。
8.如權(quán)利要求6所述熱管的制備方法，其特征在于該金屬粉體選自銅粉、鋁粉或鐵粉。
9.如權(quán)利要求6所述的熱管的制備方法，其特征在于納米碳材選自中空納米碳球、中空碳納米管以及內(nèi)包覆高熱傳導(dǎo)材料的納米碳球或碳納米管中任意一種或其組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱管，其包括一中空管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細吸液芯以及充滿毛細吸液芯并密封在管殼內(nèi)的工作流體，其中毛細吸液芯為金屬粉體與納米碳材混合物的燒結(jié)層。本發(fā)明還包括該熱管的制備方法。本發(fā)明所提供的熱管因吸液芯含有納米碳材，熱阻小，導(dǎo)熱能力強，能提高熱管導(dǎo)熱效率，適合應(yīng)用于電子器件的散熱。
文檔編號F28D15/04GK1657858SQ200410015440
公開日2005年8月24日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者黃文正, 黃全德 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司