一種制備環(huán)路熱管毛細(xì)芯的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管毛細(xì)芯的制備方法。通過先冷壓成型后氣氛燒結(jié)的工藝一次性生產(chǎn)出長度可隨模具閉合高度變化，帶蒸汽移出槽道和中心通道的柱形毛細(xì)芯。毛細(xì)芯自帶蒸汽移出槽道和中心吸液通道，無需進(jìn)行二次加工，燒結(jié)毛細(xì)芯形變量小且徑向形變均勻，可直接并入環(huán)路熱管蒸發(fā)器內(nèi)使用，參數(shù)能滿足絕大多數(shù)環(huán)路熱管對毛細(xì)芯性能的要求且制備方法較簡單,能適應(yīng)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種制備環(huán)路熱管毛細(xì)芯的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管毛細(xì)芯的制備方法，屬于散熱器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]由于技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的集成規(guī)模越來越大，其單位體積內(nèi)產(chǎn)生的熱量也越來越大，與此同時可供利用的有效散熱面積卻越來越小，散熱問題成為制約電子元器件集成規(guī)模的一個重要因素。環(huán)路熱管(Loop Heat Pipe，簡稱LHP)是一種高效可靠的兩相無源傳熱裝置，利用工質(zhì)相變實現(xiàn)熱量的傳遞，其高穩(wěn)定性、高效的散熱能力及可遠(yuǎn)距離反重力運(yùn)行的特點使其在散熱和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。
[0004]毛細(xì)芯是LHP的核心部件，是一種多孔材料，布置在LHP的蒸發(fā)器內(nèi)。熱量通過蒸發(fā)器外壁傳遞給毛細(xì)芯并加熱毛細(xì)芯外表面的液態(tài)工質(zhì)，工質(zhì)相變形成汽液分界的彎月面從而產(chǎn)生毛細(xì)抽吸力，毛細(xì)抽吸力為整個環(huán)路熱管的工質(zhì)循環(huán)提供動力以此來實現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移。毛細(xì)芯性能的好壞(主 要指孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù))直接影響到整個LHP的運(yùn)行性能，與此同時毛細(xì)芯的制備工藝和成本也是限制LHP研究和大規(guī)模應(yīng)用的制約因素。限于毛細(xì)芯制造工藝復(fù)雜，造價較高，目前國內(nèi)對于環(huán)路熱管的研究僅限于有限幾所高校以及一些設(shè)計院所。
[0005]當(dāng)前環(huán)路熱管使用的毛細(xì)芯類型主要有:金屬絲網(wǎng)毛細(xì)芯、微槽道毛細(xì)芯、聚合物毛細(xì)芯以及燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯。相比較而言，燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯的各性能參數(shù)要優(yōu)于其他類型毛細(xì)芯。目前燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯制備方法主要有冷壓脫模燒結(jié)、松散燒結(jié)以及粉漿澆注燒結(jié)等，其中冷壓脫模燒結(jié)較后者生產(chǎn)的毛細(xì)芯性能更優(yōu)，且生產(chǎn)率較高，是較常用的燒結(jié)毛細(xì)芯生產(chǎn)工藝。常用的毛細(xì)芯一般是帶有蒸汽移出槽道(肋)以及通道的，這兩者分別用于相變蒸汽排除和液相工質(zhì)補(bǔ)給，現(xiàn)有冷壓脫模燒結(jié)工藝生產(chǎn)的毛細(xì)芯一般是不太規(guī)則的圓片狀或者圓柱狀，環(huán)路熱管蒸發(fā)器所需的蒸汽移出槽道、通道以及整個毛細(xì)芯的外形尺寸一般是后續(xù)的機(jī)加工完成。比如，在蒸發(fā)器外殼(一般為金屬材料)內(nèi)側(cè)采用線切割或采取其他機(jī)加工方法加工出蒸汽移出槽道，用銑床或者鉆床加工出毛細(xì)芯中心的通道，用機(jī)床加工出符合裝配要求的毛細(xì)芯外形尺寸等。線切割及其他機(jī)加工方法會增大制作成本和難度，從而限制了 LHP蒸發(fā)器的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。此外機(jī)加工會使多孔毛細(xì)芯表面孔隙被加工碎屑堵塞，嚴(yán)重影響毛細(xì)芯性能)；在傳統(tǒng)的冷壓脫模燒結(jié)工藝中，冷壓過程通常是單向受壓，單向受壓通常會使毛細(xì)芯各部位均一性差，導(dǎo)致毛細(xì)芯各部分滲透率、熱傳導(dǎo)能力不同，這樣會對毛細(xì)芯運(yùn)行性能產(chǎn)生不良的影響?？偠灾F(xiàn)有的冷壓脫模燒結(jié)毛細(xì)芯存在著毛細(xì)芯形狀簡單(沒有蒸汽移出槽道和中心通道)、燒結(jié)成品形變量大且形變不可控、單向脫模導(dǎo)致毛細(xì)芯均一性差、生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致不可大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種簡單且性能優(yōu)良的粉末燒結(jié)毛細(xì)芯的制備方法。
[0007]在本發(fā)明中，毛細(xì)芯的制備主要分為兩個步驟，一個是毛細(xì)芯冷壓脫模，另一個是毛細(xì)芯的氣氛燒結(jié)，以下分別簡述這兩個工藝過程。
[0008]毛細(xì)芯冷壓脫模工藝中最重要的核心部件就是壓模模具。由于要制備帶蒸汽移出槽道及中心吸液通道的毛細(xì)芯，因此本專利中將肋的加工工藝難度轉(zhuǎn)移到模腔內(nèi)部，使蒸汽移出槽在冷壓過程中一次性成型，從而避開二次機(jī)加工的高成本繁瑣過程。在這一工藝中，為了使毛細(xì)芯帶有蒸汽移出槽，只需要在模腔內(nèi)壁線切割出蒸汽移出槽所需形狀便可使冷壓出的毛細(xì)芯外壁具有和模腔內(nèi)壁相對應(yīng)的形狀。為了制作中心吸液通道，在冷壓過程中在模具中心插入一根光滑的抽芯軸來造孔。為了避免傳統(tǒng)的單向受壓造成的毛細(xì)芯性能參數(shù)均一性差的問題，本專利采用雙沖頭兩端施壓的工藝。
[0009]本發(fā)明方法具體包括如下制備步驟:
1)準(zhǔn)備模具，模具閉合高度設(shè)計為毛細(xì)芯軸向長度，模腔內(nèi)壁切割出蒸汽移出槽對應(yīng)形狀，對模腔內(nèi)壁進(jìn)行拋光；
2)預(yù)先在模具中心插入與中心吸液通道相應(yīng)大小的抽心軸，根據(jù)毛細(xì)芯孔隙率及模具閉合高度稱取一定重量的金屬粉末，均勻倒入模具中；
3)冷壓成型:將模具置于壓模機(jī)上，在模具沖頭兩端逐漸施加壓力直至模具閉合高度后撤去上下沖頭，然后使用脫模頂柱沿抽心軸在模腔一端逐漸施加壓力，使毛細(xì)芯從模腔中脫出，毛細(xì)芯脫離模腔后，由于徑向力釋放，抽心軸自動脫離毛細(xì)芯，獲得供燒結(jié)的毛細(xì)芯型坯； 4)燒結(jié):將毛細(xì)芯型坯置于鎳坩堝架上 ，密封爐門，通入還原性氣體或惰性氣體，進(jìn)行
紅口 ?
[0010]上述步驟I)中，所述金屬粉末為鎳粉，也可為鈦粉、不銹鋼精粉、銅粉等燒結(jié)可生成固溶體的金屬粉末。
[0011 ] 燒結(jié)程序采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的經(jīng)驗性關(guān)系。一般鎳粉燒結(jié)溫度650 V，燒結(jié)時間30分鐘。
[0012]所述模腔內(nèi)壁應(yīng)采用物理或化學(xué)方法拋光，以免巨大的脫模剪切力將毛細(xì)芯型坯破壞。清理模腔內(nèi)壁也是為了使模腔內(nèi)壁光滑，使脫模順暢，也可防止脫模沖頭卡死在模腔內(nèi)。
[0013]步驟2)中，插入與中心吸液通道相應(yīng)大小的抽心軸，其材料可以為玻璃棒，也可以是表面光滑的金屬棒、塑料棒。其截面可以為圓形，或其他外形，如方形、三角形等。
[0014]所述的填粉，模腔一端預(yù)先插入半截下沖頭，內(nèi)孔放置一根光滑抽心軸，然后將稱好的粉末均勻沿抽心軸倒入模腔內(nèi)，填粉中應(yīng)避免二次填粉；粉末裝入模腔后，將上沖頭沿抽心軸插入模腔中，即完成填粉過程。
[0015]本發(fā)明在性能滿足LHP要求的前提下，提供一種可用于LHP及其他節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的毛細(xì)芯制備方法。尺寸可根據(jù)要求定制，帶有有蒸汽移出槽道及中心通道，燒結(jié)均一性好，無需二次機(jī)加工，生產(chǎn)工藝簡單。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
1.解決以往毛細(xì)芯都需要二次加工來獲取蒸汽移出槽和吸液通道的機(jī)加工程序，直接制備出無需二次加工的毛細(xì)芯。
[0017]2.結(jié)構(gòu)簡單，成本低。經(jīng)小批量驗證，具備大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，制備出的毛細(xì)芯毛坯由于這種拓展結(jié)構(gòu)，受熱均一性好。形變量僅(0.1mm下)完全滿足下一步大規(guī)模制作環(huán)路熱管的需求。
[0018]3.用作科研院所在實驗室條件下制備毛細(xì)芯，用于下一步的研發(fā)具有相當(dāng)巨大的潛力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1，1-模腔，2-下沖頭，3-上沖頭，4-抽心軸。
[0020]圖2，脫模頂桿，5-脫模頂桿。其中，下沖頭2、上沖頭3和脫模頂桿5中心都開有與抽心軸4直徑對應(yīng)的通孔，用于填粉和脫模過程中與抽心軸4的配合。
[0021]圖3，【具體實施方式】中所制得毛細(xì)芯SEM圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明方法所使用的模具如圖1，2所示。
[0023]下面應(yīng)用本方法制備長57mm,中孔直徑10mm,肋高5mm的燒結(jié)鎳毛細(xì)芯。具體實施方案如下，準(zhǔn)備物質(zhì)條件如下:外徑IOmm長200mm光滑玻璃棒一根、微米級鎳粉、模具一套。
[0024](I)稱粉稱取65g左右鎳粉,如有團(tuán)聚,應(yīng)分散開。
[0025](2)填粉將粉末填入預(yù)插入玻璃棒的模腔內(nèi)，為下一步受壓均一性，可以在基座墊入一可移動物件。
[0026](3)壓粉成型放入上沖頭，撤去可移動物件，置于受壓區(qū)，施加壓力直到模具閉合高度。此時毛細(xì)芯長57_，外觀為模具自成型。
[0027](4)脫模將沖頭和基座撤去，使用脫模頂柱使毛坯帶離模具。得到毛細(xì)芯毛坯。此過程中，由于毛細(xì)芯脫離模具，徑向受力完全釋放，玻璃棒會自動滑離毛坯。
[0028](5)燒結(jié)將毛坯放入氣氛燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度650°C，燒結(jié)時間30分鐘。燒結(jié)完成后，就可以得到本發(fā)明所提及的毛細(xì)芯。
[0029]所制得毛細(xì)芯如圖3所示。毛細(xì)芯平均孔徑約1-2微米，孔隙率為60%，滲透率為
2.7*E-13，符合環(huán)路熱管中毛細(xì)芯的性能參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)路熱管毛細(xì)芯的制備方法，其特征在于，包括如下制備步驟: 1)準(zhǔn)備模具，模具閉合高度設(shè)計為毛細(xì)芯軸向長度，模腔內(nèi)壁切割出蒸汽移出槽對應(yīng)形狀，對模腔內(nèi)壁進(jìn)行拋光； 2)預(yù)先在模具中心插入與中心吸液通道相應(yīng)大小的抽心軸，根據(jù)毛細(xì)芯孔隙率及模具閉合高度稱取一定重量的金屬粉末，均勻倒入模具中； 3)冷壓成型:將模具置于壓模機(jī)上，在模具沖頭兩端逐漸施加壓力直至模具閉合高度后撤去上下沖頭，然后使用脫模頂柱沿抽心軸在模腔一端逐漸施加壓力，使毛細(xì)芯從模腔中脫出，毛細(xì)芯脫離模腔后，由于徑向力釋放，抽心軸自動脫離毛細(xì)芯，獲得供燒結(jié)的毛細(xì)芯型坯； 4)燒結(jié):將毛細(xì)芯型坯置于鎳坩堝架上，密封爐門，通入還原性氣體或惰性氣體，進(jìn)行燒結(jié) ?
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中，所述金屬粉末為鎳粉、鈦粉、不銹鋼精粉或銅粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，鎳粉燒結(jié)溫度650°C，燒結(jié)時間30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述主模具內(nèi)壁采用物理或化學(xué)方法拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，插入與中心吸液通道相應(yīng)大小的細(xì)棒，為玻璃棒、金屬棒或塑料棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，插入與中心吸液通道相應(yīng)大小的細(xì)棒，其截面為圓形、方形或三角形。
【文檔編號】F28D15/02GK103528409SQ201310505756
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】胡雪蛟, 章先濤, 江浩慶, 陳燕鳴, 闞偉民, 鄭李坤 申請人:武漢大學(xué)