專利名稱：熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，特別涉及一種熱管及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱管是依靠自身內(nèi)部工作流體相變實現(xiàn)導(dǎo)熱的導(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、緊湊以及靈活可靠等特點，適合解決目前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題。
如圖1所示，典型熱管10由管殼11、吸液芯12(毛細(xì)結(jié)構(gòu))以及密封在管內(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(dāng)工作流體13，使緊貼管管殼11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101(加熱段)，另一端為冷凝段102(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要可在蒸發(fā)段101與冷凝段102之間布置絕熱段。當(dāng)熱管10蒸發(fā)段101受熱時吸液芯12中工作流體13蒸發(fā)氣化形成蒸氣14，蒸氣14在微小壓力差作用下流向熱管10的冷凝段102，凝結(jié)成工作流體13并放出熱量15，工作流體13再靠毛細(xì)作用沿吸液芯12流回蒸發(fā)段101。如此循環(huán)，熱量15由熱管10的蒸發(fā)段101不斷地傳至冷凝段102，并被冷凝段102一端的冷源吸收。
熱管10在實現(xiàn)導(dǎo)熱過程中，包含以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程(1)熱量15從熱源通過熱管管殼11和充滿工作流體13的吸液芯12傳遞給工作流體13；(2)工作液體13在蒸發(fā)段101內(nèi)液-氣分接口上蒸發(fā)；(3)蒸氣14從蒸發(fā)段101流到冷凝段102；(4)蒸氣14在冷凝段102內(nèi)氣-液分接口上凝結(jié)；(5)熱量15從氣-液分接口通過吸液芯12、工作液體13及管殼11傳給冷源；(6)在吸液芯12內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后工作流體13回流到蒸發(fā)段101。
從上述六個過程看出，管殼11在過程(1)和過程(5)中具有重要導(dǎo)熱作用。
現(xiàn)有技術(shù)中熱管管殼通常徑向截面為方形、圓形、三角形等形狀，表面光滑，材質(zhì)為銅、鋁、鋼、碳鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鈦或其合金。上述金屬或合金均具有較高導(dǎo)熱能力，但是，表面光滑不利于熱量對流、輻射和傳導(dǎo)，從而不利于熱管導(dǎo)熱效率提升。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中熱管管殼表面光滑，不利于熱管導(dǎo)熱效率提升。
本發(fā)明第一目的在于提供一種管殼表面具有多個微小凹陷、導(dǎo)熱能力增強(qiáng)且確保導(dǎo)熱均勻的熱管。
本發(fā)明第二目的在于提供一種管殼表面具有多個有序排列的微小凹陷的熱管制備方法。
本發(fā)明所提供的熱管包括一中空管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯以及充滿毛細(xì)吸液芯并密封在管殼內(nèi)的工作流體，其中管殼外表面上具有多個有序排列的微小凹陷。
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；在中空管表面形成多個有序排列的微小凹陷；在中空管內(nèi)壁形成一毛細(xì)結(jié)構(gòu)作為吸液芯；將中空管一端封口，并將管內(nèi)抽成真空；往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；及將中空管另一端封口，工作流體密封在管內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的熱管具有以下優(yōu)點熱管管殼表面通過腐蝕形成多個微小凹陷，使得管殼表面粗糙，表面積增大，有利于熱量輻射、對流和傳導(dǎo)，從而提高熱管導(dǎo)熱效率；另，多個微小凹陷有序排列，排布均勻，從而有利于熱管導(dǎo)熱均勻。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)熱管工作原理示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實施方式熱管徑向截面示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實施方式熱管表面放大示意圖。
圖4是本發(fā)明第二實施方式熱管徑向截面示意圖。
圖5是本發(fā)明第二實施方式熱管表面放大示意圖。
圖6是本發(fā)明第三實施方式熱管徑向截面示意圖。
圖7是本發(fā)明第三實施方式熱管表面放大示意圖。
圖8是本發(fā)明熱管制備方法流程圖。
具體實施方式下面結(jié)合圖式來說明本發(fā)明所提供的熱管第一實施方式如圖2和圖3所示，本發(fā)明所提供的熱管20包括管殼21、毛細(xì)結(jié)構(gòu)吸液芯22以及工作流體(圖未示)，該管殼21表面具有多個有序排列的微小凹陷23，該微小凹陷23直徑小于100微米，優(yōu)選為小于1微米；微小凹陷23深度小于管殼21壁厚的1/10，優(yōu)選小于10微米。
管殼21一般為銅管，也可根據(jù)不同需要采用不同材料，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(biāo)準(zhǔn)圓形，也可以為異型，如橢圓形、方形、三角形等。管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至數(shù)十米。
本實施方式采用圓形銅管，管徑為4毫米，長50毫米，銅管外表面形成有多個有序排列的微小凹陷。
吸液芯22可以為絲網(wǎng)型、溝槽型或燒結(jié)型。
絲網(wǎng)型吸液芯比較容易制作，在市場購置定型網(wǎng)目數(shù)的絲網(wǎng)，其材料一般為銅、不銹鋼、鐵絲網(wǎng)，可根據(jù)熱管工作流體的兼容性來選定。絲網(wǎng)買來后經(jīng)過清洗及必要的處理后卷制成所需要的形狀插入熱管。吸液芯緊貼管殼內(nèi)壁非常重要，特別在蒸發(fā)段，如果出現(xiàn)吸液芯貼合管殼內(nèi)壁不均勻，將出現(xiàn)局部過熱。
溝槽型吸液芯為軸向溝槽或環(huán)向溝槽形式。軸向溝槽通過擠壓和拉削而成；環(huán)向溝槽一般為加工方便而刻成螺紋型。
燒結(jié)型吸液芯孔隙率一般為40～50％，是將大量填充用金屬粉末粒子燒結(jié)而成。適當(dāng)選擇金屬粉末粒子粒度，燒結(jié)后可得到不同空隙尺寸的吸液芯。燒結(jié)溫度一般比燒結(jié)材料溶點低100～200℃。
本實施方式采用銅粉末燒結(jié)吸液芯。
熱管可采用純水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液體作為工作流體，也可在液體中添加導(dǎo)熱材料之微粒，如銅粉等，以增加其導(dǎo)熱性能。本實施方式采用純水作為工作流體。
如圖8所示，本發(fā)明所提供的熱管20的制備方法包括下列步驟步驟1，提供一中空管；該中空管用作熱管管殼，其包括銅管、鋁管、鋼管、不銹鋼管、鐵管、鎳管、鈦管或其合金管等；該中空管徑向截面可以為標(biāo)準(zhǔn)圓形，也可以為異型，如橢圓形、方形、三角形等；管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至數(shù)十米。本實施方式所提供的中空管為圓形銅管。
步驟2，采用網(wǎng)版印刷法在中空管外表面形成多個有序排列的微小凹陷。網(wǎng)版印刷法首先采用激光加工方法制版，形成間距極小的陣列狀網(wǎng)版篩孔，其中篩孔直徑小于100微米，優(yōu)選為小于1微米；然后以氯化亞鐵溶液作為印刷液，將網(wǎng)版篩孔翻印于銅管外表面；再經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)時間，氯化亞鐵印刷液腐蝕銅管，使其外表面形成多個有序排列的微小凹陷，其中反應(yīng)時間根據(jù)印刷液腐蝕能力及微小凹陷所需深度決定，印刷液腐蝕能力強(qiáng)，所需反應(yīng)時間越短，本發(fā)明需確保微小凹陷深度小于管殼壁厚的1/10，優(yōu)選微小凹陷深度小于10微米，故反應(yīng)時間不宜過長。
步驟3，清洗中空管，去除印刷液。
步驟4，在中空管內(nèi)壁形成一毛細(xì)結(jié)構(gòu)作為吸液芯；本實施方式采用燒結(jié)方法形成吸液芯，燒結(jié)的大致方法為在銅管中央插入一根芯棒(可用不銹鋼芯棒)，芯棒粗細(xì)決定將來蒸汽腔內(nèi)徑大小，然后在芯棒和管壁所形成的環(huán)型空間中填入待燒結(jié)的金屬銅粉末，將芯棒用支架固定后送入加熱爐，在氫氣保護(hù)下燒結(jié)約半小時，燒結(jié)溫度為810℃～880℃。將管子從爐中取出，待冷卻后抽出芯棒，并再次放入爐中燒結(jié)約一小時，即可在管殼內(nèi)壁得到一燒結(jié)層，該燒結(jié)層具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，可作為熱管吸液芯。
步驟5，將中空管一端封口，并將管內(nèi)抽成真空。
步驟6，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；該液體包括純水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等，本實施方式采用純水作為工作流體。
步驟7，將中空管另一端封口，工作流體密封于管內(nèi)，從而形成如圖2及圖3所示的熱管21。
可選擇地，在中空管成型前，采用網(wǎng)版印刷法在管材表面形成多個有序排列的微小凹陷，再將管材成型，使具有多個有序排列的微小凹陷的表面形成中空管的外表面，從而形成外表面具有多個有序排列的微小凹陷的中空管，再進(jìn)行步驟4至步驟7，即形成一管殼外表面具有多個有序排列的微小凹陷的熱管。
可以理解的是，通過上述方式，還可形成內(nèi)表面或內(nèi)外表面均具有多個有序排列的微小凹陷的中空管，再進(jìn)行步驟4至步驟7，即形成一管殼內(nèi)壁表面或內(nèi)外壁表面均具有多個有序排列的微小凹陷的熱管。
如圖4及圖5所示，本發(fā)明第二實施方式所提供的熱管30包括管殼31、緊貼管殼31內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯32，以及充滿毛細(xì)吸液芯32并密封于管殼31內(nèi)的工作流體(圖未示)，其中管殼31為方形鋁管，其表面具有多個有序排列的微小凹陷33。毛細(xì)吸液芯32為溝槽型吸液芯，其軸向溝槽通過擠壓和拉削形成于管殼內(nèi)壁。工作流體為庚烷。
該熱管30的制備方法與熱管20的制備方法基本相同，其不同之處在于其中步驟2采用的印刷液為磷酸溶液以及步驟4中通過擠壓和拉削于管殼內(nèi)壁形成溝槽型毛細(xì)吸液芯。
如圖6及圖7所示，本發(fā)明第三實施方式所提供的熱管40包括管殼41、緊貼管殼41內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯42，以及充滿毛細(xì)吸液芯42并密封于管殼41內(nèi)的工作流體(圖未示)，其中管殼41為三角形不銹鋼管，其表面具有多個有序排列的微小凹陷43。毛細(xì)吸液芯42為一鐵絲網(wǎng)，該鐵絲網(wǎng)彈性良好，塞入管殼41內(nèi)之后能緊貼管殼41內(nèi)壁。工作流體為丙酮。
該熱管40的制備方法與熱管20的制備方法基本相同，其不同之處在于其中步驟2采用的印刷液為氯水以及步驟4采用填充金屬絲網(wǎng)的方法而形成毛細(xì)吸液芯。
除典型熱管之外，還有重力熱管(即兩相閉式熱虹吸管，工作時蒸發(fā)段置于冷凝段下方)、旋轉(zhuǎn)熱管以及分離式熱管等，上述熱管中無毛細(xì)結(jié)構(gòu)的吸液芯，工作時工作流體冷凝后依靠重力或離心力回流。該特殊熱管管殼材質(zhì)與普通熱管無本質(zhì)區(qū)別，因此特殊熱管管殼表面也可形成多個有序排列的微小凹陷，以增加管殼表面積，提高熱管導(dǎo)熱效率。
由于熱管管殼表面通過腐蝕形成多個微小凹陷，使得管殼表面粗糙，表面積增大，有利于熱量輻射、對流和傳導(dǎo)，從而熱管導(dǎo)熱效率提高；另外，微小凹陷有序排列，排布均勻，使熱管管殼導(dǎo)熱均勻。
權(quán)利要求
1.一種熱管，其包括一管殼；一緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯；及密封在管殼內(nèi)的工作流體；其特征在于管殼表面具有多個有序排列的微小凹陷。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該微小凹陷直徑小于100微米。
3.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于該微小凹陷直徑優(yōu)選小于1微米。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該微小凹陷深度小于10微米。
5.一種熱管制備方法，包括提供一中空管；在中空管外表面形成多個有序排列的微小凹陷；在中空管內(nèi)壁形成一毛細(xì)結(jié)構(gòu)作為吸液芯；將中空管一端封口，并將管內(nèi)抽成真空；往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；及將中空管另一端封口，工作流體密封在管內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的熱管制備方法，其特征在于采用網(wǎng)版印刷法在中空管外表面形成多個有序排列的微小凹陷。
7.如權(quán)利要求6所述的熱管制備方法，其特征在于網(wǎng)版印刷法包括步驟制版，在網(wǎng)版上形成多個間距極小且有序排列的篩孔；印刷，網(wǎng)版與中空管接觸，印刷液透過篩孔印刷到中空管外表面，上述有序排列的篩孔翻印于中空管外表面；腐蝕，印刷液腐蝕中空管，使中空管外表面形成多個有序排列的微小凹陷。
8.如權(quán)利要求7所述的熱管制備方法，其特征在于采用激光加工方法制版。
9.如權(quán)利要求7所述的熱管制備方法，其特征在于中空管材質(zhì)為銅，印刷液為氯化亞鐵溶液。
10.如權(quán)利要求7所述的熱管制備方法，其特征在于中空管材質(zhì)為鋁，印刷液為磷酸溶液。
11.如權(quán)利要求7所述的熱管制備方法，其特征在于中空管材質(zhì)為不銹鋼，印刷液為氯水。
12.如權(quán)利要求7所述的熱管制備方法，其特征在于腐蝕后進(jìn)一步包括清洗，以去除中空管外表面殘留的印刷液。
13.一種熱管制備方法，包括提供一金屬板；在該金屬板至少一表面形成多個有序排列的微小凹陷；將該金屬板成型成一中空管；在中空管內(nèi)壁形成一毛細(xì)結(jié)構(gòu)作為吸液芯；將中空管一端封口，并將管內(nèi)抽成真空；往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；及將中空管另一端封口，工作流體密封在管內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的熱管制備方法，其特征在于采用網(wǎng)版印刷法在金屬板表面形成多個有序排列的微小凹陷。
15.如權(quán)利要求14所述的熱管制備方法，其特征在于網(wǎng)版印刷法包括步驟制版，于網(wǎng)版上形成多個個間距極小且有序排列之篩孔；印刷，網(wǎng)版與金屬板接觸，印刷液透過篩孔印刷到金屬板表面，上述有序排列的篩孔翻印在金屬板表面；腐蝕，印刷液腐蝕金屬板，使金屬板表面形成多個有序排列的微小凹陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱管及其制備方法。本發(fā)明所提供的熱管包括管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯以及充滿毛細(xì)吸液芯并密封于管殼內(nèi)的工作流體，其中該管殼表面通過腐蝕形成多個有序排列的微小凹陷，以增加管殼表面積，提高熱管導(dǎo)熱能力及確保導(dǎo)熱均勻。本發(fā)明所提供的熱管導(dǎo)熱效率高，適合應(yīng)用于電子器件的散熱裝置中。本發(fā)明還提供制備該熱管的方法。
文檔編號F28D15/04GK1677043SQ20041002679
公開日2005年10月5日 申請日期2004年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月3日
發(fā)明者簡揚(yáng)昌 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