專利名稱：燒結式熱管及其制造方法
技術領域：
本發明關于一種傳熱裝置及其制造方法，特別是關于一種利用毛細原理進行傳熱的燒結式熱管及其制造方法。
背景技術：
現有散熱領域中，熱管由于具有傳熱快的特點而得到廣泛應用，其是利用殼體內的工作液體在氣、液兩相變換時吸收或放出大量熱的原理進行工作，殼體內壁上通常設置有便于冷凝液體回流的毛細結構，其功能是提供冷凝后液體加速回流所需的驅動力，該驅動力來源于毛細作用所產生的壓力差，常用的毛細結構有溝槽狀、絲網狀或燒結式金屬粉末狀等。在使用時，熱管之一端(蒸發端)置于高溫熱源處，殼體內的工作液體受熱而蒸發成氣態，該蒸氣經由殼內空腔流向熱管之另一端(冷凝端)后放出熱量而冷凝成液態，該冷凝液體在殼體內壁毛細結構的吸附力下快速返回蒸發端并繼續下一次工作循環。
現有熱管內部的毛細結構一般是采用均勻且單一孔隙的多孔結構，如燒結式金屬粉末結構。眾所周知，毛細結構的毛細作用力的大小與多孔結構的孔隙大小成反比關系。當多孔結構間的孔隙較小時，其具有較大的毛細作用力，但此時回流液體回流時受到的摩擦阻力與粘滯力亦較大，即產生較大的回流阻力；反之，當多孔結構間的孔隙較大時，其對回流液體產生的阻力較小，但所具有的毛細作用力亦隨之降低。因此，該結構單一的毛細結構無法同時兼顧較大的毛細作用力與較小的液體回流阻力。
發明內容本發明所要解決的技術問題在于提供一種可兼顧毛細作用力與回流阻力的燒結式熱管，以及該燒結式熱管的制造方法。
為解決上述技術問題，本發明燒結式熱管包括金屬殼體，該殼體內壁上設有毛細結構，該毛細結構是由顆粒尺寸大小彼此不同的至少三層粉末顆粒沿殼體的徑向燒結形成，且該等粉末層的顆粒尺寸大小沿殼體內壁向外依遞增或遞減的順序排布。
該燒結式熱管的制造方法包括如下步驟(1)提供一金屬殼體及至少三種顆粒尺寸大小彼此不同的粉末；(2)分批次將上述粉末以顆粒尺寸大小遞增或者遞減的順序依次填入至殼體內，且每次填入一種顆粒尺寸的粉末時均以一芯棒作為結構層厚度的控制并作快速燒結；(3)所有粉末均填入殼體內后作整體燒結，燒結完成后將最后一次插入的芯棒抽出；(4)往殼體空腔內充入工作液體并密閉該殼體。
與現有技術相比較，本發明燒結式熱管通過在殼體內壁上沿徑向設置由顆粒尺寸大小彼此不同的多層金屬粉末燒結形成的毛細結構，該多層毛細結構具有的毛細孔隙大小不一，其中顆粒尺寸較大的金屬粉末層可以降低液體回流的阻力，而顆粒尺寸較小的金屬粉末層則可以維持較強的毛細作用力，從而兼顧毛細結構的毛細作用力與冷凝液體的回流阻力。
下面參考附圖，結合實施例對本發明作進一步描述。
圖1是本發明燒結式熱管第一實施例的軸向剖面示意圖。
圖2是本發明燒結式熱管第二實施例的軸向剖面示意圖。
圖3(A)至圖3(C)是本發明第一實施例中的燒結式熱管之制造方法過程示意圖。
具體實施方式圖1為本發明燒結式熱管第一實施例的軸向剖面示意圖，該燒結式熱管10包括一金屬殼體12，該殼體12內壁上形成有由燒結粉末顆粒構成的多層毛細結構14，該粉末顆粒可以為陶瓷粉末顆粒，或者為金屬粉末顆粒如銅粉等，該多層毛細結構14沿殼體12的徑向相互層疊設置，其中圖中揭示為三層，即沿殼體12內壁向外依次為內層141，中間層142及外層143，且層與層之間所采用之顆粒尺寸大小彼此均不同并呈由殼體12內壁向軸心方向遞增之順序排布，內層141的粉末顆粒尺寸最小，中間層142次之，外層143粉末顆粒尺寸最大，即該三層由內至外按顆粒尺寸大小依次遞增的順序排布，如此構建所得之混合型毛細結構14，可同時兼顧較大的毛細作用力與較小的液體回流阻力，實現毛細作用力與回流阻力之間的優化，其中，顆粒尺寸較大的外層143由于具有較大的毛隙孔隙，可降低冷凝后的液體回流時所受到的回流阻力，而顆粒尺寸較小的內層141由于具有較小的毛隙孔隙，可維持較大的毛細作用力，使層與層之間產生一定的毛細壓力差，即內層141比外層143具有更強的毛細作用力，使得冷凝后的液體容易由外層143往內層141滲入至充滿整個管壁區域，同時，內層141較小顆粒尺寸的金屬粉末可增大與殼體12間的熱傳接觸面積，使高溫熱源處的熱量更容易傳遞至殼體12內，提升熱量傳遞，如此則可實現管內工作液體的良性循環傳熱。
圖2為本發明燒結式熱管第二實施例的軸向剖面示意圖，該燒結式熱管20與上述第一實施例不同之處在于其多層毛細結構在排布上剛好相反，即層與層之間毛細孔隙呈由軸心向殼體12內壁方向增大的順序排布，內層241的粉末顆粒尺寸最大，而中間層242次之，外層243粉末顆粒尺寸則最小，如此，毛隙孔隙較小的外層243具有較強的毛細吸附力，可加速冷凝液體進入毛細結構的速度，并通過孔隙較大的內層241降低回流阻力，該熱管20較適合于所需熱管長度較短的工作環境。
圖3(A)至圖3(C)為本發明燒結式熱管的制造方法過程示意圖，圖中僅針對第一實施例所述的燒結式熱管進行說明。首先，通過篩選等方式準備三種顆粒尺寸大小彼此不同的金屬粉末如銅粉，以供分梯次形成在殼體10內；然后，在預先制好的金屬殼體10中插入一芯棒30a如銅柱，并于30a與殼體10內壁之間填入顆粒最小的金屬粉末作快速初步燒結，如圖3(A)所示；之后，抽出芯棒30a并替換另一尺寸較小的芯棒30b，此時于殼體10內填入另一種顆粒更大的金屬粉末顆粒并作快速初步燒結，如圖3(B)所示，其中快速燒結的目的在于使金屬粉末顆粒暫時連接在殼體10上，當芯棒抽出后不致沿殼體10上散脫下來，以金屬銅粉末為例，該快速燒結溫度一般為630℃左右，接著重復該步驟，即抽出芯棒30b并替換另一尺寸較小的芯棒30c，并于殼體10內填入顆粒最大的金屬粉末顆粒，如圖3(C)所示，此時，所有顆粒大小的金屬粉末均被填入殼體10內，即可進行金屬粉末的整體燒結，針對金屬銅粉末而言，該整體燒結溫度為950℃左右，燒結完成后將最后一次插入的芯棒30c抽出；最后，往殼體10空腔內充入工作液體，抽成真空后并對該殼體10進行密閉，即制得本發明燒結式熱管10。在上述填入金屬粉末的過程中，改變各種顆粒大小的金屬粉末填入順序，即可得到本發明各個實施例之燒結式熱管，如最初填入的金屬粉末的顆粒最大，而以后每次填入的金屬粉末的顆粒依次減小，則可得到上述第二實施例所述之燒結式熱管。
當然上述方法亦同樣適用第二實施例，為防止后填入的細粉掉入先填入的粗粉間隙中，可在層與層之間噴一層高分子黏結劑，該黏結劑在預燒或者最終燒結時可被燒除掉。
本發明中，亦可在上述三層毛細結構之基礎上，再加設更多的毛細結構層，另外，根據所使用的殼體及芯棒形狀之不同，亦可以制造出具有各種截面形狀的多層燒結式熱管，如圓形、方形、三角形或多邊形等幾何形狀。
權利要求
1.一種燒結式熱管，其包括金屬殼體，該殼體內壁上設有毛細結構，其特征在于該毛細結構是由顆粒尺寸大小彼此不同的至少三層粉末顆粒沿殼體的徑向燒結形成，且該等粉末層的顆粒尺寸大小沿殼體內壁向外依遞增或遞減的順序排布。
2.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該粉末顆粒為金屬粉末或陶瓷粉末。
3.如權利要求2所述的燒結式熱管，其特征在于該金屬粉末為銅粉。
4.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該粉末顆粒層為三層。
5.一種燒結式熱管的制造方法，包括如下步驟(1)提供一金屬殼體及至少三種顆粒尺寸大小彼此不同的粉末；(2)分批次將上述粉末以顆粒尺寸大小遞增或者遞減的順序依次填入至殼體內，且每次填入一種顆粒尺寸的粉末時均以一芯棒作為結構層厚度的控制并作快速燒結；(3)所有粉末均填入殼體內后作整體燒結，燒結完成后將最后一次插入的芯棒抽出；及(4)往殼體空腔內充入工作液體并密閉該殼體。
6.如權利要求5所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于所提供的粉末為金屬粉末或陶瓷粉末。
7.如權利要求6所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于該金屬粉末為銅粉。
8.如權利要求5所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于快速燒結的溫度為630℃左右。
9.如權利要求5所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于整體燒結的溫度為950℃左右。
全文摘要
本發明公開了一種燒結式熱管及其制造方法，該方法包括如下步驟(1)提供一金屬殼體及至少三種顆粒尺寸大小彼此不同的金屬粉末；(2)分批次將上述金屬粉末以顆粒尺寸大小遞增或者遞減的順序依次填入至殼體內，且每次填入一種金屬粉末時均以一芯棒作為結構層厚度的控制并作快速燒結；(3)所有金屬粉末均填入殼體內后作整體燒結，燒結完成后將最后一次插入的芯棒抽出；(4)往殼體空腔內充入工作液體并密閉該殼體，從而得到本發明燒結式熱管，其內壁上形成有相互層疊的多層毛細結構，且按顆粒尺寸大小依遞增或者遞減的順序排布。
文檔編號F28D15/04GK1815130SQ200510033210
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月4日 優先權日2005年2月4日
發明者吳榮源, 洪居萬, 駱長定, 鄭景太 申請人:富準精密工業(深圳)有限公司, 鴻準精密工業股份有限公司