本發(fā)明涉及熱管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)熱管及其制備方法。
背景技術(shù)：
結(jié)熱管廣泛應用于宇航、軍事等行業(yè)，其充分利用熱傳導原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過結(jié)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外；結(jié)熱管的導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力，是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件；結(jié)熱管的工作原理為：在結(jié)熱管的蒸發(fā)段，管芯內(nèi)的工作液受熱蒸發(fā)，并帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發(fā)潛熱，蒸汽從中心通道流向結(jié)熱管的冷凝段，凝結(jié)成液體，同時放出潛熱，在毛細力的作用下，液體回流到蒸發(fā)段。這樣，就完成了一個閉合循環(huán)，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。
常用的結(jié)熱管由三部分組成：管殼、管芯和工作液；管殼是受壓部件，要求由高導熱率、耐壓、耐熱應力的材料制造，管殼可以是標準圓形，也可以是異型的，如橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等。管芯是一種位于管殼內(nèi)壁的毛細結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維等以襯里形式緊貼管殼內(nèi)壁以減少接觸熱阻；工作液是導熱介質(zhì)，結(jié)熱管主要依靠的就是工作液的氣、液相變進行傳熱的，由于工作液熱阻很小，因此具有很好的導熱能力。
現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)熱管的管殼多為金屬無縫鋼管，管殼的材料種類也以銅居多。銅是電纜、電子元件中最常見的材料，其導熱性也很高，但是由于銅比較柔軟，導致現(xiàn)有的管殼硬度較低，容易發(fā)生變形，管殼變形，不僅會影響結(jié)熱管的傳熱性能，而且會大大降低結(jié)熱管的使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)熱管，不易變形，能有效提高結(jié)熱管的傳熱性能及使用壽命，同時提供上述結(jié)熱管的制備方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的基礎方案如下：提供一種結(jié)熱管，包括管殼，設在管殼內(nèi)壁的管芯，以及密封在管殼內(nèi)的工作液體，管殼包括一體成型的白剛玉段和氮化硼段，白剛玉段占管殼長度的1/2～5/6，氮化硼段占管殼長度的1/6～1/2。
上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果在于：白剛玉是一種主要以三氧化二鋁為原料，并含有少量氧化鐵、氧化硅等成分的物質(zhì)，其質(zhì)地致密、硬度大、強度高、耐高溫、耐磨性好、導熱性好，且化學穩(wěn)定性好，不易發(fā)生變形；氮化硼是一種超硬材料，硬度僅次于金剛石，可進一步提高結(jié)熱管的防變形功能，具有良好的導熱性，能有效提高結(jié)熱管的傳熱性能及使用壽命；且氮化硼與白剛玉的連接強度較大，能提高結(jié)熱管的整體強度，從而提高結(jié)熱管抗壓能力；本結(jié)熱管一端為白剛玉段，另一端為氮化硼段，且氮化硼段占管殼整體的長度相對白剛玉段占管殼整體的長度要小，氮化硼的成本較白剛玉較高，但氮化硼的硬度較白剛玉大，不僅能保證結(jié)熱管的整體抗變形能力，而且成本相對得以控制減少，生產(chǎn)成本少。
優(yōu)選方案一：作為上述基礎方案的優(yōu)選方案，管殼的外徑為65mm～100mm，內(nèi)徑為55mm～90mm，高度為125mm～165mm。本技術(shù)方案中的結(jié)熱管整體尺寸較小，且管殼的外徑大小相對管殼的高度大小差異較小，相對于現(xiàn)有技術(shù)中高度大小遠遠大于管殼外徑大小的結(jié)熱管，本結(jié)熱管承受壓力的能力更強，抗變形能力也更強。
優(yōu)選方案二：作為上述基礎方案或者優(yōu)選方案一的優(yōu)選方案，氮化硼段的自由端為圓形，白剛玉段的自由端為一凸起。將結(jié)熱管與其他工件接觸擠壓時，使本結(jié)熱管的氮化硼段處于擠壓力較強的一面，氮化硼段的自由端為圓形，可以讓氮化硼段和工件進行充分接觸；白剛玉段的自由端為一凸起，還有利于辨別區(qū)分氮化硼段和白剛玉段。
本發(fā)明提供的結(jié)熱管的制備方法，包括如下步驟：
a、備料：將白剛玉和氮化硼分別加熱至熔融狀態(tài)；
b、注塑：先將熔融狀態(tài)的白剛玉注入沖壓模具中，冷卻得固態(tài)的白剛玉，用壓頭沖壓白剛玉；再將熔融狀態(tài)的氮化硼注入沖壓模具，冷卻得固態(tài)的氮化硼，用壓頭沖壓氮化硼；制得一端為氮化硼段，另一端為白剛玉段的管殼；
c、管殼準備：清洗步驟b制得的管殼；
d、管芯制作：在管殼內(nèi)壁形成毛細結(jié)構(gòu)作為管芯；
e、充液：將管殼抽成真空，并向管殼內(nèi)注入工作液體；
f、封口：將管殼的兩端封口。
上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果在于：先將液態(tài)的白剛玉注塑到模具中并冷卻，形成中空的管狀結(jié)構(gòu)，并用壓頭沖壓白剛玉，使得白剛玉內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加緊致縝密，強度更高；然后再將熔融狀態(tài)的氮化硼注入白剛玉的頂部，有利于讓白剛玉和氮化硼的連接端面進行充分接觸，并冷卻氮化硼形成中空的管狀結(jié)構(gòu)，再用壓頭沖壓氮化硼，不僅能使得氮化硼內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加緊致縝密，而且也進一步提高了白剛玉和氮化硼的連接強度，制得的結(jié)熱管結(jié)構(gòu)強度高，抗變形性能好，導熱性好，化學穩(wěn)定性好，不易被環(huán)境中的酸或堿等物質(zhì)腐蝕，使用壽命長。將管殼進行充分清洗有利于后續(xù)毛細結(jié)構(gòu)的形成，也有利于提高管殼真空度，保證工作液體浸潤管殼和管芯，還有助于防止封口時由于金屬不清潔而影響封口質(zhì)量。優(yōu)選方案三：作為上述結(jié)熱管的制備方法的優(yōu)選方案，步驟a為將白剛玉經(jīng)電弧加熱2200℃～2500℃至熔融狀態(tài)，將氮化硼經(jīng)電弧加熱2800℃～3200℃至熔融狀態(tài)。通過電弧加熱至本技術(shù)方案中的溫度的方式熔融白剛玉和氮化硼，不僅環(huán)保，而且加熱效率高，加熱得到的白剛玉和氮化硼成分均勻，有利于提高后續(xù)管殼的結(jié)構(gòu)致密性。
優(yōu)選方案四：作為優(yōu)選方案三的優(yōu)選方案，步驟b中白剛玉的冷卻溫度為30℃～45℃，氮化硼的冷卻溫度為35℃～80℃。將白剛玉冷卻至30℃～45℃，不僅能保證氮化硼和白剛玉的接觸端面進行充分的接觸，同時也能防止熔融狀態(tài)的氮化硼進入白剛玉的非端面區(qū)域中，使得白剛玉主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，從而保證白剛玉的性能。
優(yōu)選方案五：作為上述結(jié)熱管的制備方法的優(yōu)選方案，步驟c中清洗管殼的溶液為硝酸和氫氟酸的混酸，且硝酸和氫氟酸的體積比為0.2～0.5:1。通過本技術(shù)方案中的體積比制得的混酸，可以充分去除結(jié)熱管表面的油污、氧化皮及粗糙金屬顆粒等雜質(zhì)，不僅結(jié)熱管表面光澤度好，更有利于提高后續(xù)的管芯制作、充液和封口效果，制得的結(jié)熱管質(zhì)量好。
附圖說明
圖1是本發(fā)明結(jié)熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明：
說明書附圖中的附圖標記包括：氮化硼段1、白剛玉段2。
實施例1
實施例基本如附圖1所示：提供一種結(jié)熱管，包括管殼，緊貼管殼內(nèi)壁的管芯和密封在管殼內(nèi)的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1占管殼長度的1/2，白剛玉段2占管殼長度的1/2，管殼的外徑為65mm，內(nèi)徑為55mm，高度為125mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。
本實施例中結(jié)熱管的制備方法，包括如下步驟：
a、備料：將白剛玉經(jīng)電弧加熱2200℃至熔融狀態(tài)，將氮化硼經(jīng)電弧加熱2800℃至熔融狀態(tài)；
b、注塑：先將熔融狀態(tài)的白剛玉注入沖壓模具中，待白剛玉冷卻至30℃得固態(tài)的白剛玉后，用壓頭沖壓白剛玉；再將熔融狀態(tài)的氮化硼注入沖壓模具，待氮化硼冷卻至35℃得固態(tài)的氮化硼后，用壓頭沖壓氮化硼，制得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；
c、管殼準備：充分冷卻步驟b制得的管殼至室溫1h，并制備體積比為0.2:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗后用去離子水清洗管殼，同時也可以結(jié)合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；
d、管芯制作：在管殼內(nèi)壁形成毛細結(jié)構(gòu)作為管芯；
e、充液：將管殼抽成真空，并向管殼內(nèi)注入適量液體作為工作液體；
f、封口：將管殼的兩端封口。
實施例2
本實施提供的一種結(jié)熱管，包括管殼，緊貼管殼內(nèi)壁的管芯和密封在管殼內(nèi)的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1占管殼長度的1/3，白剛玉段2占管殼長度的2/3，管殼的外徑為80mm，內(nèi)徑為70mm，高度為140mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。
本實施例中結(jié)熱管的制備方法，包括如下步驟：
a、備料：將白剛玉經(jīng)電弧加熱2350℃至熔融狀態(tài)，將氮化硼經(jīng)電弧加熱2900℃至熔融狀態(tài)；
b、注塑：先將熔融狀態(tài)的白剛玉注入沖壓模具中，待白剛玉冷卻至35℃得固態(tài)的白剛玉后，用壓頭沖壓白剛玉；再將熔融狀態(tài)的氮化硼注入沖壓模具，待氮化硼冷卻至60℃得固態(tài)的氮化硼后，用壓頭沖壓氮化硼，制得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；
c、管殼準備：充分冷卻步驟b制得的管殼至室溫1.5h，并制備體積比為0.3:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗后用去離子水清洗管殼，同時也可以結(jié)合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；
d、管芯制作：在管殼內(nèi)壁形成毛細結(jié)構(gòu)作為管芯；
e、充液：將管殼抽成真空，并向管殼內(nèi)注入適量液體作為工作液體；
f、封口：將管殼的兩端封口。
實施例3
本實施提供的一種結(jié)熱管，包括管殼，緊貼管殼內(nèi)壁的管芯和密封在管殼內(nèi)的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1占管殼長度的1/6，白剛玉段2占管殼長度的5/6，管殼的外徑為100mm，內(nèi)徑為90mm，高度為165mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。
本實施例中結(jié)熱管的制備方法，包括如下步驟：
a、備料：將白剛玉經(jīng)電弧加熱2500℃至熔融狀態(tài)，將氮化硼經(jīng)電弧加熱3200℃至熔融狀態(tài)；
b、注塑：先將熔融狀態(tài)的白剛玉注入沖壓模具中，待白剛玉冷卻至45℃得固態(tài)的白剛玉后，用壓頭沖壓白剛玉；再將熔融狀態(tài)的氮化硼注入沖壓模具，待氮化硼冷卻至80℃得固態(tài)的氮化硼后，用壓頭沖壓氮化硼，制得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；
c、管殼準備：充分冷卻步驟b制得的管殼至室溫2.5h，并制備體積比為0.5:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗后用去離子水清洗管殼，同時也可以結(jié)合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；
d、管芯制作：在管殼內(nèi)壁形成毛細結(jié)構(gòu)作為管芯；
e、充液：將管殼抽成真空，并向管殼內(nèi)注入適量液體作為工作液體；
f、封口：將管殼的兩端封口。
對比例1
本對比例提供的一種結(jié)熱管，包括管殼，緊貼管殼內(nèi)壁的管芯和密封在管殼內(nèi)的工作液體，管殼為銅管，且銅管的外徑為65mm，內(nèi)徑為55mm，高度為125mm。
本實施例中結(jié)熱管的制備方法，包括如下步驟：
a、備料：將銅加熱1000℃至熔融狀態(tài)；
b、注塑：將熔融狀態(tài)的銅注入模具得銅管管殼；
c、管殼準備：用水清洗管殼；
d、管芯制作：在管殼內(nèi)壁形成毛細結(jié)構(gòu)作為管芯；
e、充液：向管殼內(nèi)注入適量液體作為工作液體；
f、封口：將管殼的兩端封口。
分別選取十個實施例1、實施例2、實施例3以及對比例1制得的結(jié)熱管作為試驗樣本，進行理化試驗測試和可靠性壽命試驗，測得平均值，結(jié)果統(tǒng)計如表1所示：
表1
從上表可以看出，通過本發(fā)明制得的結(jié)熱管彎曲強度比現(xiàn)有技術(shù)中的銅管的彎曲強度大很多，導熱系數(shù)也相對較大，平均壽命也長很多，說明本技術(shù)方案中制得的結(jié)熱管硬度大，抗變形能力強，使用壽命也得到了提升，傳熱性能好。
以上所述的僅是本發(fā)明的實施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發(fā)明的保護范圍，這些都不會影響本發(fā)明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應當以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。
《《《結(jié)尾》》》