分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管及其激光制備方法，包括一銅上蓋板、一銅下蓋板和中間銅框架，該平板熱管一端為蒸發(fā)段、另一端為冷凝段、中間段為絕熱段，下蓋板內(nèi)壁沿軸向加工有溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽結(jié)構(gòu)由熱管工作原理經(jīng)激光加工成復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽，激光加工具有非接觸、環(huán)保、方便等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽是蒸發(fā)段為溝槽針翅結(jié)構(gòu)，冷凝段為溝槽針翅陣列結(jié)構(gòu)，絕熱段為純溝槽結(jié)構(gòu)。新增的針翅結(jié)構(gòu)通過(guò)增加有效汽化核心數(shù)可以提高蒸發(fā)段的沸騰性能，以及起到均流工質(zhì)的作用；針翅陣列結(jié)構(gòu)通過(guò)減薄液膜厚度來(lái)提升冷凝性能。本發(fā)明依據(jù)熱管工作原理在提供較強(qiáng)毛細(xì)力時(shí)，促進(jìn)管內(nèi)工質(zhì)的沸騰冷凝和工質(zhì)的均流，從而進(jìn)一步提高熱管的傳熱性能。
【專利說(shuō)明】
分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管及其制備方法
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:本發(fā)明涉及一種熱管及其制備方法，具體為一種分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管和激光制備方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著電子芯片的功率不斷增大、體積不斷變小，電子產(chǎn)品的散熱問(wèn)題變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的散熱方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高熱流密度的電子產(chǎn)品的散熱要求，基于相變傳熱的熱管因其極高的導(dǎo)熱系數(shù)和良好的等溫性以及無(wú)源傳熱的優(yōu)點(diǎn)，是目前高熱流密度電子產(chǎn)品散熱的理想手段。
[0003]目前電子器件用的熱管大致可以分為溝槽式和燒結(jié)式兩大類。溝槽式熱管是通過(guò)機(jī)加工和刻蝕等加工手段在熱管內(nèi)壁面加工出一定截面形狀的溝槽，利用溝槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的毛細(xì)力讓液體工質(zhì)回流;燒結(jié)式熱管是在熱管內(nèi)壁燒結(jié)一層微納米級(jí)的顆粒，通過(guò)顆粒之間的孔隙提供工質(zhì)回流的毛細(xì)力。不論是溝槽式還是燒結(jié)式熱管，其吸液芯結(jié)構(gòu)的獲得目的都是為了提供較強(qiáng)的毛細(xì)力和增大換熱面積，但是毛細(xì)力的提升終歸是有限的，且根據(jù)熱管的工作原理可以得知不同段的主要工作狀況是不一樣的，所以設(shè)計(jì)熱管應(yīng)該綜合考慮熱管的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段的工作原理和狀態(tài)。熱管內(nèi)吸液芯結(jié)構(gòu)溝槽的加工方法主要分為切削法，線切割法，電解法等。切削法有較大可能造成熱管壁裂開(kāi)和刀具磨損等損害，并且無(wú)法一次性加工出所需要的復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽；電火花法效率低，工具電極會(huì)不斷消耗，故無(wú)法對(duì)熱管內(nèi)壁面持續(xù)加工；電化學(xué)法的溶液有污染，且得到的溝槽較為光滑，不利于增加有效汽化核心數(shù)。激光加工在微納加工領(lǐng)域擁有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0004]在熱流密度急劇增加、散熱空間日趨小型化等條件下，提高熱管傳熱性能是必要的，而熱管的傳熱性能主要由吸液芯結(jié)構(gòu)決定，開(kāi)發(fā)不局限于提供強(qiáng)毛細(xì)力的新型吸液芯結(jié)構(gòu)及其激光制備方法是發(fā)展熱管的一個(gè)趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述存在的問(wèn)題，綜合考慮熱管的工作原理，在提供較強(qiáng)毛細(xì)力的同時(shí)，促進(jìn)管內(nèi)工質(zhì)的沸騰冷凝作用和工質(zhì)均流，提出一種加強(qiáng)熱管傳熱性能的分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管及其激光制備方法。
[0006]所述方法操作簡(jiǎn)單，且可以通過(guò)一次性加工同時(shí)得到熱管三段的不同特征結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn):
[0008](I)將已經(jīng)清洗烘干后的光滑表面銅上蓋板I經(jīng)低表面能物質(zhì)處理得到超疏水表面，利用線切割技術(shù)切割出一個(gè)一端具有小缺口的銅框架2。
[0009](2)根據(jù)多功能激光器的加工特點(diǎn)，首先由不同段結(jié)構(gòu)的差異畫(huà)出相應(yīng)的激光加工線路圖，將清洗烘干后的光滑銅下蓋板3置于激光器工作臺(tái)上，對(duì)好焦并選擇合適的加工參數(shù)以及輔助吹氣的條件，在下蓋板上加工出一定尺寸的蒸發(fā)段針翅(0.2*0.2*0.2mm)結(jié)構(gòu)、冷凝段針翅(0.2*0.2*0.2mm)陣列結(jié)構(gòu)和絕熱段溝槽(0.2*0.2mm)結(jié)構(gòu)。
[0010](3)然后在步驟三的基礎(chǔ)上，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的溝槽結(jié)構(gòu)加工線路圖，在已經(jīng)初步加工出的針翅結(jié)構(gòu)之間并與絕熱段溝槽結(jié)構(gòu)匹配的情況下，在下蓋板上進(jìn)一步加工出一定尺寸的溝槽(0.2*0.3mm)，從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽。
[0011 ] (4)將外形尺寸一樣大小的兩塊蓋板(厚Imm)隔著與它們外形尺寸一樣，并且兩面涂抹有焊錫膏的中間銅框架2(厚Imm)拼疊在一起，經(jīng)夾具固定后利用高溫爐給其逐步升溫加熱直至達(dá)到焊錫膏的工作溫度，待焊錫膏融化并均勻流動(dòng)分布在所有接觸面后，停止加熱完成熱管的焊接密封。
[0012](5)利用抽真空注液裝置通過(guò)預(yù)留的缺口先對(duì)熱管進(jìn)行抽真空處理，當(dāng)真空度達(dá)到所需要求時(shí)停止抽真空，打開(kāi)注液管的閥門給熱管注入一定量的液體工質(zhì)，隨后將缺口密封好，完成分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管的制備。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:在溝槽結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分別針對(duì)熱管蒸發(fā)段和冷凝段增加了針翅結(jié)構(gòu)和針翅陣列結(jié)構(gòu)。溝槽結(jié)構(gòu)在提供工質(zhì)回流的毛細(xì)力的同時(shí)還能增大換熱表面積，針翅/針翅陣列結(jié)構(gòu)可以增加蒸發(fā)段的有效汽化核心數(shù)和減薄冷凝段的液膜厚度減小熱阻來(lái)提升沸騰冷凝性能以及均流工質(zhì)，從而提高熱管的傳熱性能。
[0014]根據(jù)多功能激光器的加工原理，利用其方便、高效、安全的優(yōu)點(diǎn)，畫(huà)好加工線路圖就可以一次性在銅板表面不同位置同時(shí)加工出所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，并且激光的燒蝕作用會(huì)使得表面有一定的粗糙度，能夠大量增加有效汽化核心和毛細(xì)力，從而進(jìn)一步提升熱管性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明熱管絕熱段結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2為本發(fā)明熱管冷凝段結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖3為本發(fā)明熱管蒸發(fā)段結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖4為本發(fā)明熱管組裝示意圖
[0019]圖5為本發(fā)明熱管示意圖
[0020]圖中:1、銅上蓋板，2、中間銅框架，3、銅下蓋板，4、蒸發(fā)段，5、冷凝段，6、絕熱段，7、
溝槽結(jié)構(gòu)，8、針翅結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 實(shí)施例:
[0022]本發(fā)明提供了分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管及其激光制備方法，其主要步驟如下:
[0023]所述分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，包括一個(gè)銅上蓋板1、中間銅框架2和銅下蓋板3，該平板熱管的一端為蒸發(fā)段4、另一端為冷凝段6、中間為絕熱段5，所述下蓋板內(nèi)壁面沿軸向加工有溝槽結(jié)構(gòu)7，所述溝槽結(jié)構(gòu)由熱管工作原理加工成復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽，所述熱管蒸發(fā)段4為溝槽式針翅結(jié)構(gòu)、所述冷凝段6為溝槽式針翅陣列結(jié)構(gòu)、所述絕熱段5為純溝槽結(jié)構(gòu)，以此提高熱管沸騰冷凝性能和均流工質(zhì)，從而提升熱管整體性能。
[0024]將已經(jīng)清洗烘干后的光滑表面銅上蓋板I經(jīng)低表面能物質(zhì)處理得到超疏水表面，利用線切割技術(shù)切割出一個(gè)一端具有小缺口的銅框架2。
[0025]根據(jù)多功能激光器的加工特點(diǎn)，首先由不同段結(jié)構(gòu)的特征畫(huà)出相應(yīng)的激光加工線路圖，將清洗烘干后的光滑銅下蓋板3置于激光器工作臺(tái)上，對(duì)好焦并選擇合適的加工參數(shù)(功率20W、掃描速度300mm/s、頻率20kHz)以及輔助吹氣的條件下，在下蓋板上加工出一定尺寸的蒸發(fā)段針翅(0.2*0.2*0.2mm)結(jié)構(gòu)、冷凝段針翅(0.2*0.2*0.2mm)陣列結(jié)構(gòu)和絕熱段溝槽(0.2*0.2mm)結(jié)構(gòu)。
[0026]然后在步驟(2)的基礎(chǔ)上，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的溝槽結(jié)構(gòu)加工線路圖，在已經(jīng)初步加工出的針翅結(jié)構(gòu)之間并與絕熱段溝槽結(jié)構(gòu)匹配的情況下，在下蓋板上進(jìn)一步加工出一定尺寸的溝槽(0.2*0.3mm)，從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽。
[0027]將外形尺寸一樣大小的兩塊蓋板(厚Imm)隔著與它們外形尺寸一樣，并且兩面涂抹有焊錫膏的中間銅框架2拼疊在一起，經(jīng)夾具固定后利用熱風(fēng)槍給其逐步升溫加熱直至達(dá)到焊錫膏的工作溫度，待焊錫膏融化并均勻流動(dòng)分布在所有接觸面后，停止加熱完成熱管的焊接密封。
[0028]利用抽真空注液裝置通過(guò)預(yù)留的缺口先對(duì)熱管進(jìn)行抽真空處理，當(dāng)真空度達(dá)到所需要求時(shí)停止抽真空，打開(kāi)注液管的閥門給熱管注入一定量的液體工質(zhì)，隨后將缺口密封好，完成分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管的制備。
[0029]本發(fā)明提出了分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管和實(shí)現(xiàn)了其激光制備，性能優(yōu)良、使用方便簡(jiǎn)單且環(huán)保。首先，分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)通過(guò)提高熱管的沸騰冷凝性能和均流工質(zhì)來(lái)提升熱管整體性能;其次，多功能激光器可以在銅板表面不同位置一次性同時(shí)加工出具有不同特征的吸液芯結(jié)構(gòu)，且由于激光的燒蝕作用使得加工過(guò)的表面有一定的粗糙度，進(jìn)一步增強(qiáng)了熱管的毛細(xì)回流能力和增加了有效汽化核心數(shù)，進(jìn)一步提高了熱管的傳熱能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，包括一個(gè)銅上蓋板(I)、一個(gè)銅下蓋板(3)和中間銅框架(2)，所述上蓋板(I)的內(nèi)壁面用低表面能物質(zhì)處理，所述中間銅框架(2)用線切割的方式得到，所述下蓋板(3)分為三段，一端為蒸發(fā)段(4)、另一端為冷凝段(5)、中間段為絕熱段(6)，其特征在于，所述下蓋板(3)內(nèi)壁沿軸向用激光加工出溝槽結(jié)構(gòu)(7)，所述溝槽結(jié)構(gòu)(7)由熱管工作原理加工成復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽，復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽既提供毛細(xì)力也促進(jìn)工質(zhì)的沸騰冷凝和均流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，其特征在于:包括以下主要步驟； (1)將已經(jīng)清洗烘干后的光滑表面銅上蓋板I經(jīng)低表面能物質(zhì)處理得到超疏水表面，利用線切割技術(shù)切割出一個(gè)一端具有小缺口的銅框架2。 (2)根據(jù)多功能激光器的加工特點(diǎn)，首先由不同段結(jié)構(gòu)的特征畫(huà)出相應(yīng)的加工圖，將清洗烘干后的光滑銅下蓋板3置于激光器工作臺(tái)上，對(duì)好焦并選擇合適的加工參數(shù)以及輔助吹氣的條件，在下蓋板上加工出一定尺寸的蒸發(fā)段針翅結(jié)構(gòu)、冷凝段針翅陣列結(jié)構(gòu)和絕熱段溝槽結(jié)構(gòu)。 (3)然后在步驟(2)的基礎(chǔ)上，畫(huà)出溝槽結(jié)構(gòu)加工圖，在已經(jīng)初步加工出的針翅結(jié)構(gòu)之間并與絕熱段溝槽結(jié)構(gòu)匹配的情況下，在下蓋板上進(jìn)一步加工出一定尺寸的溝槽，從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽。 (4)將外形尺寸一樣大小的兩塊蓋板隔著與它們外形尺寸一樣，并且兩面涂抹有焊錫膏的中間銅框架2拼疊在一起，經(jīng)夾具固定后利用高溫爐給其逐步升溫加熱直至達(dá)到焊錫膏的工作溫度，待焊錫膏融化并均勻流動(dòng)分布在所有接觸面后，停止加熱完成熱管的焊接密封。 (5)利用抽真空注液裝置通過(guò)預(yù)留的缺口先對(duì)熱管進(jìn)行抽真空處理，當(dāng)真空度達(dá)到所需要求時(shí)停止抽真空，打開(kāi)注液管的閥門給熱管注入一定量的液體工質(zhì)，隨后將缺口密封好，完成分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管的制備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，其特征在于:所述溝槽結(jié)構(gòu)(7)的截面形狀可以是矩形、梯形和三角形等規(guī)則形狀，或者其他不規(guī)則形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，其特征在于:所述溝槽結(jié)構(gòu)(7)為復(fù)合結(jié)構(gòu)溝槽，熱管蒸發(fā)段(4)為溝槽針翅結(jié)構(gòu)，冷凝段(5)為溝槽針翅陣列結(jié)構(gòu)，絕熱段(6)為純溝槽結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分段式復(fù)合結(jié)構(gòu)平板傳熱管，其特征在于:所述針翅結(jié)構(gòu)(8)的高度不大于所述溝槽結(jié)構(gòu)(7)的高度。
【文檔編號(hào)】F28F13/04GK105841535SQ201610331232
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月14日
【發(fā)明人】魏昕, 吳亞平, 謝小柱, 胡偉, 楊旸
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)