專利名稱：一種纖維燒結(jié)式微熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微電子領(lǐng)域的微熱管技術(shù)，特別是涉及一種纖維燒結(jié)式微熱管。
背景技術(shù)：
隨著光電子/微電子芯片及其應(yīng)用系統(tǒng)的微型化及其高集成度的發(fā)展趨勢(shì)，導(dǎo)致散熱空間狹小及高熱流密度等致命問題。傳統(tǒng)的單純通過增大鋁/銅散熱片體積、重量和比表面積來增加散熱面積的方式已難以滿足今后進(jìn)一步發(fā)展要求，因此，要解決狹小空間高熱流密度芯片熱控制問題，必須采用更高效散熱方式來取代常規(guī)空氣強(qiáng)制對(duì)流散熱技術(shù)。具有高導(dǎo)熱率、良好的等溫性、熱響應(yīng)快、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需額外電力驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)的微型熱管已成為高熱流密度電子芯片導(dǎo)熱的理想元件。熱管的工作原理是當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)管體內(nèi)的液體工質(zhì)蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再憑借毛細(xì)組織的毛細(xì)吸力作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量可以高效的由管體的一端傳至另一端。微熱管的傳熱性能主要取決于管內(nèi)吸液芯結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的吸液芯結(jié)構(gòu)主要有溝槽式吸液芯和粉末燒結(jié)式吸液芯。傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)式吸液芯結(jié)構(gòu)雖然具有較強(qiáng)的毛細(xì)壓力，但吸液芯孔隙率低且不能控制，液體回流阻力大，且吸液芯結(jié)構(gòu)易損壞，更致命的是燒結(jié)層較厚，熱阻較大，重量比溝槽式重40% -60%。而光滑溝槽式吸液芯結(jié)構(gòu)的熱管雖然具有重量輕，軸向傳熱能力大、液體回流阻力小等優(yōu)點(diǎn)。但其毛細(xì)壓力小，對(duì)溝槽深度和寬度要求很高，方向性很強(qiáng)，當(dāng)熱管出現(xiàn)大彎折的時(shí)候，熱管傳熱性能大幅度下降，抗重力性能差，且其加工工藝復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種纖維燒結(jié)式微熱管，本實(shí)用新型加工工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，吸液芯孔隙率高且可控，滲透率高，液體回流阻力小，金屬纖維燒結(jié)層比表面積大，毛細(xì)力大，纖維之間形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，不易損壞。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種纖維燒結(jié)式微熱管，包括基管、吸液芯和填充在吸液芯內(nèi)的液體工質(zhì)，所述基管兩端封閉，基管內(nèi)部抽真空。所述基管為外徑為5mm 10mm、壁厚為0. 2mm 0. 5mm的金屬圓管。所述吸液芯為緊密貼合在基管內(nèi)壁的圓環(huán)狀金屬纖維管，該吸液芯厚度為 0. 3mm 0. 5mm,孔隙率為65 % 90 %。所述基管所用材料為紫銅、鋁合金或不銹鋼中的任意一種。所述金屬纖維管是銅纖維、鋁纖維或不銹鋼纖維中的任意一種。[0013]所述液體工質(zhì)為純凈水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一種。上述纖維燒結(jié)式微熱管的制造方法，包括如下步驟(1)基管的制備首先利用切割機(jī)將一中空金屬管材切割成一定長(zhǎng)度的短管，接著對(duì)其一端用縮管模具進(jìn)行縮管處理，然后將其放入酸性拋光液中清洗Imin 5min，洗去表面油污及金屬管內(nèi)殘留碎屑，最后用清水沖洗去金屬管表面殘留拋光液，得到基管；(2)金屬纖維的加工采用大刃傾角多齒刀具在車床上加工出不同參數(shù)的連續(xù)型纖維，然后利用剪切設(shè)備將其剪成一定長(zhǎng)度的短纖維，并用超聲波清洗IOmin 30min，洗去表面油污，得到金屬短纖維；(3)吸液芯的制造在基管中插入一根不銹鋼圓柱芯棒，芯棒處于基管中心位置， 使芯棒與基管內(nèi)壁形成環(huán)形空間中，將清洗后的金屬短纖維均勻填充在芯棒與基管內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間中，然后整體放入氣氛保護(hù)電阻燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，待燒結(jié)爐冷卻至室溫后抽出不銹鋼圓柱芯棒；燒結(jié)溫度為600°C 950°C，燒結(jié)過程采用分段升溫，升溫速率彡5°C /min，燒結(jié)氛圍為氫氣、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氛圍，燒結(jié)時(shí)間為30min 120min。燒結(jié)之后金屬短纖維與金屬短纖維之間、以及吸液芯與基管內(nèi)壁之間通過分子間擴(kuò)散連接到一起。(4)封裝先將基管未經(jīng)過縮管處理的一端焊接密封，接著從經(jīng)過縮管處理的一端向基管內(nèi)灌注一定量液體工質(zhì)，然后對(duì)基管進(jìn)行抽真空處理，最后對(duì)經(jīng)過縮管處理的這一端焊接密封，得到纖維燒結(jié)式微熱管。焊接密封采用火焰焊或氬弧焊中的一種。本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式微熱管。金屬纖維表面具有豐富的多/微尺度表面結(jié)構(gòu)， 高溫?zé)Y(jié)后纖維與纖維之間以及纖維吸液芯與基管內(nèi)壁之間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了大量的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)。所制造的纖維燒結(jié)式微熱管具有吸液芯孔隙率高且可控，滲透率高，液體回流阻力?。粺Y(jié)層比表面積大，毛細(xì)力大；良好的傳熱傳質(zhì)性能；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易損壞，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果在于1.本實(shí)用新型纖維管表面具有豐富的多/微尺度表面結(jié)構(gòu)，增大了纖維與纖維之間、纖維吸液芯與基管內(nèi)壁之間的接觸面積，顯著提高了纖維之間以及纖維與基管內(nèi)壁之間的結(jié)合強(qiáng)度。2.本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式微熱管，具有大量的多尺度三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高且可控，比表面積大，吸液芯毛細(xì)力大、滲透率高、液體回流阻力小，有利于提高熱管中液體工質(zhì)的回流速度，從而提高微熱管的散熱性能。3.本實(shí)用新型技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，成本低廉，同時(shí)纖維表面的微結(jié)構(gòu)有利于降低吸液芯制造過程中的燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，降低微熱管制造成本。

圖1為本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式微熱管成型原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式微熱管SEM圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式微熱管包括基管1、吸液芯2和填充在吸液芯內(nèi)的液體工質(zhì)，液體工質(zhì)為純凈水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一種，所述基管1的內(nèi)部抽真空，兩端為封閉結(jié)構(gòu)。該基管1為外徑約5mm 10mm、壁厚0.2mm 0.5mm的金屬圓管。該吸液芯2為緊密貼合在基管1內(nèi)壁的圓環(huán)狀金屬纖維管，該吸液芯厚度約為0. 3mm 0.5mm，孔隙率約為65% 90%。該基管1的所用材料可以是紫銅、鋁合金或不銹鋼。該金屬纖維管采用的纖維可以是銅纖維、鋁纖維或不銹鋼纖維。上述纖維燒結(jié)式微熱管的制造方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)基管的制備首先利用切割機(jī)將一中空金屬管材切割成一定長(zhǎng)度的短管，接著對(duì)其一端用縮管模具進(jìn)行縮管處理，然后將其放入酸性拋光液中清洗Imin 5min，洗去表面油污及金屬管內(nèi)殘留碎屑，最后用清水沖洗去金屬管表面殘留拋光液，得到基管；(2)金屬纖維的加工采用大刃傾角多齒刀具在車床上加工出不同參數(shù)的連續(xù)型纖維，纖維表面具有多/微尺度表面結(jié)構(gòu)，纖維當(dāng)量直徑35 μ m-100 μ m，然后利用剪切設(shè)備將其剪成一定長(zhǎng)度的短纖維，并用超聲波清洗IOmin 30min，洗去表面油污，得到金屬短纖維；(3)吸液芯的制造在基管中插入一根不銹鋼圓柱芯棒，芯棒處于基管中心位置， 使芯棒與基管內(nèi)壁形成環(huán)形空間中，將清洗后的金屬短纖維均勻填充在芯棒與基管內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間中，然后整體放入氣氛保護(hù)電阻燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，待燒結(jié)爐冷卻至室溫后抽出不銹鋼圓柱芯棒；燒結(jié)溫度為600°C 950°C，燒結(jié)過程采用分段升溫，升溫速率彡50C /min，燒結(jié)氛圍為氫氣、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氛圍，燒結(jié)時(shí)間為30min 120min。燒結(jié)之后金屬短纖維與金屬短纖維之間、以及吸液芯與基管內(nèi)壁之間通過分子間擴(kuò)散連接到一起。(4)封裝先將基管未經(jīng)過縮管處理的一端焊接密封，接著從經(jīng)過縮管處理的一端向基管內(nèi)灌注一定量液體工質(zhì)，然后對(duì)基管進(jìn)行抽真空處理，最后對(duì)經(jīng)過縮管處理的這一端焊接密封，得到纖維燒結(jié)式微熱管。焊接密封采用火焰焊或氬弧焊中的一種。通過上述制造方法，即可得到纖維燒結(jié)式微熱管。金屬纖維表面具有豐富的多/ 微尺度表面結(jié)構(gòu)，高溫?zé)Y(jié)后纖維之間以及吸液芯與基管內(nèi)壁之間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了大量的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)。所制造的纖維燒結(jié)式微熱管具有吸液芯孔隙率高且可控，滲透率高，液體回流阻力小；燒結(jié)層比表面積大，毛細(xì)力大；良好的傳熱傳質(zhì)性能；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易損壞，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種纖維燒結(jié)式微熱管，其特征在于包括基管、吸液芯和填充在吸液芯內(nèi)的液體工質(zhì)，所述基管兩端封閉，基管內(nèi)部抽真空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維燒結(jié)式微熱管，其特征在于所述基管為外徑為5mm 10mm、壁厚為0. 2mm 0. 5mm的金屬圓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維燒結(jié)式微熱管，其特征在于所述吸液芯為緊密貼合在基管內(nèi)壁的圓環(huán)狀金屬纖維管，該吸液芯厚度為0. 3mm 0. 5mm，孔隙率為65% 90%。
專利摘要本實(shí)用新型專利公開了一種纖維燒結(jié)式微熱管。該微熱管由基管，吸液芯和液體工質(zhì)構(gòu)成，其中吸液芯由金屬纖維經(jīng)固相燒結(jié)而成，所述基管兩端封閉，基管內(nèi)部抽真空。纖維燒結(jié)式微熱管的制造方法主要可以分為基管的制備，金屬纖維的加工，吸液芯的制造及其精密封裝四個(gè)步驟。金屬纖維經(jīng)過燒結(jié)后，纖維間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了大量的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所制造的纖維燒結(jié)式微熱管具有加工工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，吸液芯孔隙率高且可控，滲透率高，液體回流阻力小，金屬纖維燒結(jié)層比表面積大，毛細(xì)力大，纖維之間形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28D15/02GK202254989SQ20112031652
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者萬珍平, 劉彬, 徐燕小, 李耀超 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)