專利名稱：一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管，尤其涉及一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子領(lǐng)域芯片熱流密度急劇增加及有效散熱空間日益狹小等新特點(diǎn)和新 現(xiàn)象的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的利用增大有效散熱面積進(jìn)行散熱的方法已經(jīng)不能滿足散熱需求，而具 有高導(dǎo)熱率、良好的等溫性、熱響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需額外電力驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)的小型/微型 熱管成為高熱流密度芯片導(dǎo)熱的理想元件。在熱管內(nèi)部充填有沸點(diǎn)較低、容易揮發(fā)的液體 (如水)。它的工作原理是真空狀態(tài)下，當(dāng)熱管一段受熱時(shí)，熱管內(nèi)溝槽中的液體迅速蒸 發(fā)，水蒸氣在微小的壓力差下流向另一端，并且釋放出熱量后，重新凝結(jié)成液體；液體再借 助毛細(xì)力的作用回流。如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另一端。為了改善熱管的散熱 能力，人們將銅粉燒結(jié)在熱管內(nèi)壁，以進(jìn)一步提高熱管散熱的效力。然而，這種結(jié)構(gòu)的熱管由于其內(nèi)壁是光滑的，銅粉顆粒與熱管內(nèi)壁的接觸點(diǎn)少僅有一個(gè)銅粉顆粒與內(nèi)壁相接觸。而且在熱管應(yīng)用過程中，由于空間的限制常需要把熱管壓 扁到一定的厚度以減小電子產(chǎn)品的總體厚度。壓扁加工后的扁平熱管易出現(xiàn)燒結(jié)粉層與管 壁脫離的結(jié)構(gòu)缺陷；而且熱管壓扁還會(huì)使蒸汽通道劇烈減小，不利于工質(zhì)循環(huán)，將極大的影 響熱管的傳熱性能。論文“槽道熱管壓扁度對(duì)傳熱的影響”(陶漢中，張紅，莊駿.北京化工 大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，34(1))在將槽道熱管壓扁后發(fā)現(xiàn)將直徑為6mm的槽道熱 管壓扁成2mm扁平熱管后，極限傳輸功率降至原來的1/4。將直徑為6mm的柱狀熱管分別 壓扁至3. 5、3及2. 5mm時(shí)，熱阻基本穩(wěn)定在0. 08°C /W左右，但壓扁至2mm時(shí)，熱阻明顯增 大。直徑為6mm的柱狀熱管壓扁成3. 5mm扁平熱管時(shí)，蒸發(fā)換熱系數(shù)增大，但從3. 5mm壓扁 至2mm后，蒸發(fā)換熱系數(shù)急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有的熱管壓扁加工后其內(nèi)壁不易粘附銅粉的缺陷， 提供這樣一種熱管，其內(nèi)壁與銅粉顆粒接觸點(diǎn)多、接觸面積大，不僅易于粘附銅粉，而且粘 附銅粉后不易脫落，同時(shí)提供扁平熱管以額外的蒸汽通道，提高燒結(jié)管的滲透率，改善工質(zhì) 循環(huán)，提高傳熱性能。本發(fā)明第二目的在于提供上述孔槽復(fù)合芯扁平熱管的制造方法。為了實(shí)現(xiàn)首要目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是—種孔槽復(fù)合芯扁平熱管，包括熱管殼體和多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)層，所述殼體由外徑為 6-10mm,厚度為0. 20-0. 45mm,其內(nèi)壁面加工有均勻分布軸向微溝槽的圓管壓扁而成，軸向 微溝槽深度為0. 25-0. 35mm,寬度為0. 15-0. 25mm ；所述多孔毛細(xì)層由金屬粉末附著于殼體 微溝槽壁面燒結(jié)形成，厚度為0. 30-0. 70mm，多孔毛細(xì)層分布有軸向微裂槽，使得多孔毛細(xì) 層的孔隙率可達(dá)55% -65% ；所述金屬粉末為銅粉；粒徑為80 150目；孔槽復(fù)合芯扁平 熱管兩端封閉、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)；所述殼體材料是銅、鋁或不銹鋼。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述殼體的材料優(yōu)選紫銅。所述液體工質(zhì)優(yōu)選為純凈水。本發(fā)明第二目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)孔槽復(fù)合芯扁平熱管的制造方法，包括以下步驟(1)制備帶微溝槽的金屬圓管帶微溝槽金屬圓管外徑為6-10mm，壁 厚0. 20-0.45mm,內(nèi)壁均勻分布軸向微溝槽，該微溝槽深度為0. 25-0. 35mm,寬度為 0. 18-0. 25mm ；(2)插入芯棒以控制銅粉層的厚度，填入銅粉，金屬圓管內(nèi)半徑與芯棒3半徑 之差為銅粉層厚度，銅粉粒徑為在80目至150目；填好銅粉后的金屬圓管和芯棒一起在 930-980°C下燒結(jié)2-4h，燒結(jié)后，將銅管冷卻到室溫取出，取出芯棒；(3)往金屬圓管內(nèi)灌注工作液體、抽真空并封閉管體兩端，得到具有孔槽復(fù)合芯的 圓熱管；(4)將所得圓熱管壓扁，壓扁過程中軸向溝槽張開并撕裂燒結(jié)粉層薄弱位置，獲得 具有裂槽特征的孔槽復(fù)合芯的扁平熱管。4、根據(jù)權(quán)利要求4所述的孔槽復(fù)合芯扁平熱管的制造方法，其特征在于所述步 驟(1)還包括清洗并去除金屬圓管的內(nèi)壁氧化層。與現(xiàn)有技術(shù)方法相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的孔槽復(fù)合芯扁平熱管采用帶內(nèi)溝槽的銅管作為熱管殼體，顯著提高 燒結(jié)層與壁面的結(jié)合強(qiáng)度，可有效防止熱管在制備成扁平熱管過程造成的粉層掉落現(xiàn)象。(2)本發(fā)明的孔槽復(fù)合芯扁平熱管同時(shí)具備了燒結(jié)式熱管的較高毛細(xì)力和溝槽式 熱管的較高滲透性，利于提高熱管性能。(3)本發(fā)明的孔槽復(fù)合芯扁平熱管燒結(jié)多孔毛細(xì)層表面的軸向微裂槽，提供了附 加的蒸汽通道，增加了氣液界面面積，促進(jìn)工質(zhì)的蒸發(fā)，可以顯著提高了扁平熱管性能。


圖1本發(fā)明孔槽復(fù)合芯扁平熱管的橫截面示意圖；圖2為圖1的A-A剖面SEM圖。圖3本發(fā)明利用芯棒進(jìn)行粉層厚度控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4現(xiàn)有光滑內(nèi)壁的燒結(jié)式扁平熱管橫截面示意圖；圖5本發(fā)明壓扁成型過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。如圖1、2所示，一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管，包括殼體1和多孔毛細(xì)層2。所述殼體 1由外徑為6-10mm，厚度為0. 20-0. 45mm，其內(nèi)壁面加工有均勻分布軸向微溝槽11的圓管壓 扁而成，該微溝槽為方形，深度為0. 25-0. 35mm,寬度為0. 15-0. 25mm ；所述的多孔毛細(xì)層2 由金屬粉末附著于殼體1微溝槽壁面燒結(jié)形成，厚度為0. 30-0. 70mm，多孔毛細(xì)層2分布有 軸向微裂槽21，使得多孔毛細(xì)層2的孔隙率可達(dá)55% -65% ；孔槽復(fù)合芯扁平熱管兩端封閉、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)。殼體ι的材料是紫銅；多孔毛細(xì)層2的金屬粉末為銅粉；粒徑為在80目至150目。微裂槽21寬度大于0. 15mm，且深度大于0.20mm方為有效微裂槽。制備上述孔槽復(fù)合芯扁平熱管時(shí)，首先制備帶微溝槽11圓銅管Ia ；帶微溝槽11 圓銅管Ia外徑為6-10mm，壁厚0. 20-0. 45mm,內(nèi)壁均勻分布45-70個(gè)軸向微溝槽，該微溝槽 深度為0. 25-0. 35mm,寬度為0. 18-0. 25mm ；清洗并去除圓銅管Ia內(nèi)壁氧化層，以保證銅粉 與內(nèi)壁面的良好接觸，也將利于燒結(jié)過程銅粉與壁面的結(jié)合。然后插入芯棒以控制銅粉層 的厚度，填入銅粉，銅管Ia內(nèi)半徑與芯棒3半徑之差即為銅粉層厚度。銅粉粒徑為在80目 至150目。振動(dòng)銅管與芯棒3以保證銅粉層具有一定的孔隙率，如圖3所示。填充好銅粉 后的銅管和芯棒一起在930-980°C下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)2-4h。燒結(jié)后，將銅管冷卻到室溫取出， 取出芯棒3，再進(jìn)行抽真空、灌注工質(zhì)，并封閉圓管的兩端，得到具有孔槽復(fù)合芯的圓熱管。將所獲得的圓熱管壓扁，可以獲得具有孔槽復(fù)合芯的扁平熱管，且在燒結(jié)粉層與 蒸汽腔的接觸界面形成了均勻分布的軸向微裂槽。如圖2、5所示，由于作為熱管殼體的銅 管具有軸向內(nèi)溝槽，燒結(jié)粉層覆蓋于溝槽表面并且厚度約為溝槽深度的1. 5-2. 5倍，這樣 導(dǎo)致圓銅管Ia在壓扁過程中，圓銅管Ia的上下表面由圓弧狀展平為平面狀態(tài)的過程中，圓 銅管Ia管壁內(nèi)部微溝槽逐漸張開，產(chǎn)生的周向力逐漸撕裂燒結(jié)粉層的薄弱位置，且由于殼 體1內(nèi)壁面軸向微溝槽11為軸向布置，因此所形成的微裂槽為軸向微裂槽21。但由于填 粉過程中難免出現(xiàn)粉層各處孔隙率不均勻，導(dǎo)致銅粉在燒結(jié)過程在各處結(jié)合力不一致，因 此所產(chǎn)生的軸向微裂槽21可能為軸向不連續(xù)或微裂槽數(shù)目不完全與軸向微溝槽11數(shù)目相 同，應(yīng)略小于槽道數(shù)目，如圖2所示。軸向微溝槽11的數(shù)量和壓扁的程度決定了軸向微裂 槽21的數(shù)量，增加軸向微溝槽11的數(shù)量增大壓扁度可以提高軸向微裂槽21的數(shù)量，但提 高溝槽數(shù)量勢(shì)必減小每個(gè)軸向微溝槽U的寬度和深度，因此改變軸向微溝槽11的數(shù)量可 以定性控制軸向微裂槽21的數(shù)量、寬度和深度。本發(fā)明提出的具有孔槽復(fù)合芯的扁平熱管，相對(duì)于現(xiàn)有的光滑內(nèi)壁燒結(jié)式扁平 熱管(如圖4所示)而言，同時(shí)具備了燒結(jié)式熱管的較高毛細(xì)力和溝槽式熱管的較高滲 透性，利于提高熱管性能，同時(shí)由于殼體1內(nèi)壁面的微溝槽特征，顯著的提高了銅粉層與 壁面的結(jié)合面積，可以解決熱管在進(jìn)行壓扁過程中銅粉容易掉落的問題，尤其在于其表面 的形成的軸向微裂槽，提供了附加的蒸汽通道，增加了氣液界面面積，促進(jìn)工質(zhì)的蒸發(fā)， 提高了吸液芯的滲透率。經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明的具有孔槽復(fù)合芯的扁平熱管的滲透率可達(dá) (200-400) X IO-1V, 100°C水的最大提升高度可達(dá)500_600mm。特別是在當(dāng)壓扁厚度達(dá)到 3mm以下時(shí)，熱管的蒸汽腔空間壓縮比例相對(duì)較大，此時(shí)形成的軸向微裂槽21作用更加明 顯，可以顯著提高了扁平熱管性能。實(shí)施例1 如圖1、2所示，一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管，包括熱管包括殼體1和多孔毛細(xì)層2， 所述熱管殼體由直徑為6mm，長(zhǎng)度為200mm的圓銅管壓扁至3mm而成，其兩端封閉、內(nèi)部抽 真空且灌注有0. 54ml的純凈水作為工作介質(zhì)。殼體內(nèi)壁面均勻分布的55個(gè)軸向微溝槽 11，槽深為0. 28mm，平均槽寬為0. 175mm ；所述的多孔毛細(xì)層2采用銅粉燒結(jié)附著于殼體1 內(nèi)壁溝槽壁面，由毛細(xì)層與蒸汽腔界面為基準(zhǔn)，到達(dá)溝槽底部為粉層最大厚度，最大厚度為 0. 70mm，到達(dá)溝槽頂部為最小厚度，最小厚度為0. 42mm。經(jīng)過壓扁加工后，毛細(xì)燒結(jié)層2表面形成不均勻分布、軸向不連續(xù)的軸向微裂槽21，微裂槽數(shù)量約為35道，裂槽成三角形，頂 部槽寬約0. 20mm，槽深約為0. 24mm。制備上述孔槽復(fù)合芯扁平熱管需經(jīng)過以下步驟(1)選用外徑為6mm、壁厚為0.20mm的內(nèi)溝槽銅管la，齒數(shù)55，軸向微溝槽Ila為 矩形溝槽，槽深為0. 28mm，槽寬0. 175mm ；選用100目銅粉作為燒結(jié)毛細(xì)層2材料。(2)選用外徑為4. 20mm的不銹鋼棒作為填粉芯棒3，粉層最大厚度為0. 70mm，最小 厚度為0. 42mm。最大厚度發(fā)生在溝槽位置，最小厚度發(fā)生在齒形頂部位置，也將是燒結(jié)毛細(xì) 層2的薄弱位置，如圖3所示。(3)將填充好銅粉的銅管和芯棒一起在950°C下保持3h，待粉層燒結(jié)成塊后取出 冷卻至室溫，取走芯棒3，再進(jìn)行灌注工質(zhì)、抽真空工序，獲得具有孔槽復(fù)合芯的圓熱管。(4)將所得圓熱管壓扁至厚度3mm，壓扁過程中矩形的軸向溝槽Ila張開為梯形截 面溝槽11，并撕裂燒結(jié)毛細(xì)層2的薄弱位置，薄弱位置開裂成為軸向微裂槽21，獲得具有裂 槽特征的孔槽復(fù)合芯的扁平熱管，如圖5所示。本實(shí)施例具有孔槽復(fù)合芯的扁平熱管，相對(duì)于現(xiàn)有的光滑內(nèi)壁燒結(jié)式扁平熱管(圖4)而言，同時(shí)具備了燒結(jié)式熱管的較高毛細(xì)力和溝槽式熱管的較高滲透性，利于提高 熱管傳熱性能，同時(shí)解決了熱管在進(jìn)行壓扁過程中銅粉容易掉落的問題，尤其在于其表面 的形成的軸向微裂槽，提供了附加的蒸汽通道，增加了氣液界面面積，促進(jìn)工質(zhì)的蒸發(fā)，經(jīng) 檢測(cè)，對(duì)于相同參數(shù)的光管燒結(jié)壓扁熱管相比，本熱管的傳熱極限功率提高了 1.8-2倍，熱 阻降低了 25% _35%，極大的提高熱管的傳熱性能。
權(quán)利要求
一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管，其特征在于包括熱管殼體和多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)層，所述殼體由外徑為6-10mm，厚度為0.20-0.45mm，其內(nèi)壁面加工有均勻分布軸向微溝槽的圓管壓扁而成，軸向微溝槽深度為0.25-0.35mm，寬度為0.15-0.25mm；所述多孔毛細(xì)層由金屬粉末附著于殼體微溝槽壁面燒結(jié)形成，厚度為0.30-0.70mm，多孔毛細(xì)層分布有軸向微裂槽，使得多孔毛細(xì)層的孔隙率可達(dá)55％-65％；所述金屬粉末為銅粉；粒徑為80～150目；孔槽復(fù)合芯扁平熱管兩端封閉、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)；所述殼體材料是銅、鋁或不銹鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔槽復(fù)合芯扁平熱管，其特征在于所述殼體的材料是紫銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔槽復(fù)合芯扁平熱管，其特征在于所述液體工質(zhì)為純凈水。
4.權(quán)利要求1所述孔槽復(fù)合芯扁平熱管的制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)制備帶微溝槽的金屬圓管帶微溝槽金屬圓管外徑為6-10mm，壁厚0.20-0. 45mm, 內(nèi)壁均勻分布軸向微溝槽，該微溝槽深度為0. 25-0. 35mm,寬度為0. 18-0. 25mm ；(2)插入芯棒以控制銅粉層的厚度，填入銅粉，金屬圓管內(nèi)半徑與芯棒3半徑之差為銅 粉層厚度，銅粉粒徑為在80目至150目；填好銅粉后的金屬圓管和芯棒一起在930-980°C 下燒結(jié)2-4h，燒結(jié)后，將銅管冷卻到室溫取出，取出芯棒；(3)往金屬圓管內(nèi)灌注工作液體、抽真空并封閉管體兩端，得到具有孔槽復(fù)合芯的圓熱管；(4)將所得圓熱管壓扁，壓扁過程中軸向溝槽張開并撕裂燒結(jié)粉層薄弱位置，獲得具有 裂槽特征的孔槽復(fù)合芯的扁平熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的孔槽復(fù)合芯扁平熱管的制造方法，其特征在于所述步驟(1) 還包括清洗并去除金屬圓管的內(nèi)壁氧化層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種孔槽復(fù)合芯扁平熱管及其制造方法，扁平熱管包括熱管殼體和多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)層，殼體由外徑為6-10mm，厚度為0.20-0.45mm，其內(nèi)壁面加工有均勻分布軸向微溝槽的圓管壓扁而成，多孔毛細(xì)層由金屬粉末附著于殼體微溝槽壁面燒結(jié)形成，厚度為0.30-0.70mm，多孔毛細(xì)層分布有軸向微裂槽。本發(fā)明孔槽復(fù)合芯扁平熱管顯著提高燒結(jié)層與壁面的結(jié)合強(qiáng)度，且可同時(shí)具備了燒結(jié)式熱管的較高毛細(xì)力和溝槽式熱管的較高滲透性，尤其在于燒結(jié)多孔毛細(xì)層表面的軸向微裂槽，提供了附加的蒸汽通道，增加了氣液界面面積，促進(jìn)工質(zhì)的蒸發(fā)，可以顯著提高了扁平熱管傳熱性能。
文檔編號(hào)H05K7/20GK101839660SQ20101014084
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者歐棟生, 湯勇, 蔣樂倫, 陳偉彬, 魏小玲 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)