專利名稱：熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(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(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的導(dǎo)熱組件，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(diǎn)，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10a(加熱段)，另一端為冷凝段10b(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要可在蒸發(fā)段10a與冷凝段10b之間布置絕熱段。當(dāng)熱管10蒸發(fā)段10a受熱時(shí)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10b，凝結(jié)成工作流體13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10a。如此循環(huán)，熱量15由熱管10的蒸發(fā)段10a不斷地傳至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
熱管10在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱過程中，包含以下六個(gè)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10a內(nèi)液-氣分接口上蒸發(fā)；(3)蒸氣14從蒸發(fā)段10a流到冷凝段10b；(4)蒸氣14在冷凝段10b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10a。
從上述六個(gè)過程看出，吸液芯12在過程(1)和過程(5)中起到重要的導(dǎo)熱作用，在過程(6)中對(duì)冷凝后的工作流體13迅速回流起到?jīng)Q定作用，因此，吸液芯12對(duì)于熱管10的正常有效地工作非常重要。
先前技術(shù)中吸液芯12一般為絲網(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(chǎng)購(gòu)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即可，因此在熱管中應(yīng)用較多。
但是，直接插入熱管管殼內(nèi)的絲網(wǎng)型吸液芯依靠其彈性張力貼于熱管管殼內(nèi)壁，彈性不夠時(shí)，易出現(xiàn)吸液芯貼合管殼內(nèi)壁不嚴(yán)實(shí)、不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致熱管導(dǎo)熱效率降低，甚至熱管局部過熱而損壞熱管甚至電子器件；另外，一般絲網(wǎng)較粗，其毛細(xì)性能有待改進(jìn)。
因此，提供一種絲網(wǎng)型吸液芯緊貼熱管管殼內(nèi)壁、毛細(xì)性能增強(qiáng)的熱管非常必要。

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)中熱管絲網(wǎng)型吸液芯貼合熱管管殼內(nèi)壁不夠緊密、均勻，毛細(xì)性能不夠理想，不利于熱管導(dǎo)熱效率提升；本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)問題，提供一種吸液芯能緊貼熱管管殼內(nèi)壁、毛細(xì)性能提高的熱管及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一熱管，該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，其中毛細(xì)吸液芯為納米銅纖維網(wǎng)，通過電紡織方法(electrospinning)形成于熱管管殼內(nèi)壁。
本發(fā)明還提供上述熱管的制備方法，該熱管制備方法包括下列步驟提供一包括兩端且其中一端封口的中空管；在中空管內(nèi)壁形成一納米銅纖維網(wǎng)作為吸液芯；將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；將中空管另一端封口，將工作流體密封在管內(nèi)；其中在中空管內(nèi)形成一納米銅纖維網(wǎng)包括以下步驟配制含銅離子凝膠并將凝膠注入中空管內(nèi)；用電紡織法(electrospinning)生成緊貼管殼內(nèi)壁的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；煅燒中空管，將其內(nèi)壁上的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原成納米銅纖維網(wǎng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的熱管有以下優(yōu)點(diǎn)熱管的毛細(xì)吸液芯通過電紡織方法直接形成于熱管管殼內(nèi)壁，嚴(yán)實(shí)而均勻地緊貼在管殼內(nèi)壁，使熱管導(dǎo)熱均勻、迅速，避免熱管局部過熱而損壞熱管本身或電子器件；另外吸液芯為納米銅纖維網(wǎng)，毛細(xì)性能增強(qiáng)，有利于熱管導(dǎo)熱效率提高。

圖1是習(xí)知技術(shù)熱管工作原理示意圖。
圖2是本發(fā)明熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)徑向截面示意圖。
圖3是在管殼內(nèi)壁形成吸液芯的方法流程圖。
圖4是將含銅離子凝膠注入中空管內(nèi)的示意圖。
圖5是電紡織法生成銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖示來說明本發(fā)明所提供的熱管的
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明所提供的熱管20包括管殼21、毛細(xì)吸液芯22以及工作流體(未標(biāo)示)，其中毛細(xì)吸液芯22為納米銅纖維網(wǎng)。
管殼21一般為中空銅管，也可根據(jù)不同需要采用不同材料，如鋁、鐵等金屬。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、正方形、矩形、三角形等。管殼21可以為直型管，也可以為任何其它形狀的彎曲型管。管徑為2毫米～200毫米，管長(zhǎng)可從幾毫米至數(shù)十厘米。
本實(shí)施方式采用徑向截面為圓形的銅管，管徑為10毫米，長(zhǎng)80毫米。
工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液體，也可在液體中添加導(dǎo)熱材料的微粒，如銅粉、納米碳球、內(nèi)部填充有納米級(jí)銅粉的納米碳球等，以增加工作流體的導(dǎo)熱性能。
本發(fā)明的熱管制作方法為提供一包括兩端且其中一端封口的中空管作為管殼21；在管殼21內(nèi)壁形成一納米銅纖維網(wǎng)作為吸液芯22；將管殼21內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；最后將管殼21另一端封口，將工作流體密封在管殼21內(nèi)。
其中在管殼21內(nèi)壁形成一納米銅纖維網(wǎng)作為吸液芯22的步驟結(jié)合圖示詳細(xì)說明如下如圖3所示，在管殼21內(nèi)壁上形成一納米銅纖維網(wǎng)包括以下步驟配制含銅離子凝膠并將其注入一端封口的中空管內(nèi)；用電紡織法(electrospinning)生成緊貼管殼內(nèi)壁的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；煅燒中空管，將中空管內(nèi)壁上的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原成納米銅纖維網(wǎng)。
如圖4所示，配置含銅離子凝膠31并將凝膠31注入中空管21內(nèi)。該含銅離子凝膠31是將適量氫氧化銅或銅鹽加入高分子聚合物溶液中溶解制得，其中該高分子聚合物包括聚乙烯醇，銅鹽包括醋酸銅，本實(shí)施方式采用聚乙烯醇與氫氧化銅。該中空管21包括銅管、鋁管、鐵管等，所需凝膠31的量以將該中空管21灌滿為宜。
如圖5所示，用電紡織法(electrospinning)生成緊貼管殼21內(nèi)壁的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。首先提供一高壓(例如20kV)電源42，然后在電源42正極接一金屬電極片第一電極片40，將該第一電極片40插入中空管21內(nèi)溶膠31中，提供另一金屬電極片第二電極片41，使其與中空管21連接，再將電源42負(fù)極接到第二電極片41上，啟動(dòng)電源42，給凝膠31通以高壓電，銅化合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)即在中空管21內(nèi)壁上生成。該銅化合物包括氧化銅，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中含有聚乙烯醇。
銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)生成后，切斷電源，將中空管取下干燥后在還原氣氛下進(jìn)行煅燒，將銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原成納米銅纖維網(wǎng)。該方法所得之銅纖維直徑一般小于200納米。煅燒溫度為600～900℃，還原氣氛為氫氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w氬。由于高溫下聚乙烯醇分解并碳化，碳具有還原性，因此煅燒過程中只通以氮?dú)饣驓鍤獾缺Ｗo(hù)性氣體時(shí)，碳仍然能將銅化合物還原成銅金屬。
本發(fā)明所提供的直接在熱管內(nèi)上用電紡織(electrospinning)法生成吸液芯的熱管具有以下優(yōu)點(diǎn)電紡織(electrospinning)法生成的銅纖維網(wǎng)緊密貼附于熱管內(nèi)壁，即確保熱管毛細(xì)吸液芯緊貼熱管管殼內(nèi)壁，避免熱管導(dǎo)熱不均勻，防止熱管出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象而導(dǎo)致熱管甚至電子器件的損壞；電紡織(electrospinning)法生成的銅纖維網(wǎng)，其纖維直徑在納米級(jí)尺寸范圍內(nèi)，毛細(xì)性能優(yōu)良，即熱管毛細(xì)吸液芯的毛細(xì)性能得以改善，從而熱管導(dǎo)熱效率提高。
權(quán)利要求
1.一種熱管，其包括一中空管殼；一緊貼于管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯；以及密封在管殼內(nèi)的工作流體；其特征在于該毛細(xì)吸液芯為納米銅纖維網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該銅纖維網(wǎng)的銅纖維直徑小于200納米。
3.一種熱管制備方法，包括下列步驟提供一包括兩端且其中一端封口的中空管；在中空管內(nèi)壁形成一緊貼該內(nèi)壁的納米銅纖維網(wǎng)作為吸液芯；將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；將中空管另一端封口；其特征在于中空管內(nèi)壁形成一緊貼該內(nèi)壁的納米銅纖維網(wǎng)包括以下步驟配制含銅離子凝膠并將凝膠注入中空管內(nèi)；用電紡織法(electrospinning)生成緊貼管殼內(nèi)壁的銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；煅燒中空管，將其內(nèi)壁上之銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原成納米銅纖維網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求3所述的熱管制備方法，其特征在于該含銅離子凝膠可通過將適量氫氧化銅或銅鹽溶解于高分子聚合物溶液中而制得。
5.如權(quán)利要求4所述的熱管制備方法，其特征在于該高分子聚合物包括聚乙烯醇。
6.如權(quán)利要求4所述的熱管制備方法，其特征在于該銅鹽包括醋酸銅。
7.如權(quán)利要求3所述的熱管制備方法，其特征在于電紡織法(electrospinning)生成銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)熱管接電源負(fù)極。
8.如權(quán)利要求3所述的熱管制備方法，其特征在于電紡織法(electrospinning)生成銅化合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)電源正極電極片插入中空管內(nèi)凝膠中。
9.如權(quán)利要求3所述的熱管制備方法，其特征在于煅燒溫度范圍為600～900攝氏度。
10.如權(quán)利要求3所述的熱管制備方法，其特征在于煅燒還原性氣氛包括氫氣、氮?dú)?、氬氣或其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱管及其制備方法。該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，其中毛細(xì)吸液芯為納米銅纖維網(wǎng)。本發(fā)明還包括該熱管的制備方法。本發(fā)明所提供的熱管吸液芯毛細(xì)性能提高，并能確保緊貼熱管內(nèi)壁，因此熱管導(dǎo)熱效率高，適合應(yīng)用于電子器件的散熱裝置中。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1627031SQ200310117460
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2003年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月13日
發(fā)明者黃全德, 黃文正 申請(qǐng)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