專利名稱：一種纖維燒結式微熱管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及微電子領域的微熱管技術，特別是涉及一種纖維燒結式微熱管及其制造方法。
背景技術：
隨著光電子/微電子芯片及其應用系統的微型化及其高集成度的發展趨勢，導致散熱空間狹小及高熱流密度等致命問題。傳統的單純通過增大鋁/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一步發展要求，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空氣強制對流散熱技術。具有高導熱率、良好的等溫性、熱響應快、重量輕、結構簡單、無需額外電力驅動等優點的微型熱管已成為高熱流密度電子芯片導熱的理想元件。熱管的工作原理是當熱管的一端受熱時管體內的液體工質蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再憑借毛細組織的毛細吸力作用流回蒸發段。如此循環不已，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吸液芯結構。傳統的吸液芯結構主要有溝槽式吸液芯和粉末燒結式吸液芯。傳統的粉末燒結式吸液芯結構雖然具有較強的毛細壓力，但吸液芯孔隙率低且不能控制，液體回流阻力大，且吸液芯結構易損壞，更致命的是燒結層較厚，熱阻較大，重量比溝槽式重40% -60%。而光滑溝槽式吸液芯結構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點。但其毛細壓力小，對溝槽深度和寬度要求很高，方向性很強，當熱管出現大彎折的時候，熱管傳熱性能大幅度下降，抗重力性能差，且其加工工藝復雜。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種纖維燒結式微熱管及其制造方法，本發明加工工藝簡單，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，金屬纖維燒結層比表面積大，毛細力大，纖維之間形成穩定的三維網狀多孔結構，不易損壞。本發明通過以下技術方案來實現一種纖維燒結式微熱管，包括基管、吸液芯和填充在吸液芯內的液體工質，所述基管兩端封閉，基管內部抽真空。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壁的圓環狀金屬纖維管，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。所述液體工質為純凈水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一種。上述纖維燒結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將一中空金屬管材切割成一定長度的短管，接著對其一端用縮管模具進行縮管處理，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的連續型纖維，然后利用剪切設備將其剪成一定長度的短纖維，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， 使芯棒與基管內壁形成環形空間中，將清洗后的金屬短纖維均勻填充在芯棒與基管內壁所形成的環形空間中，然后整體放入氣氛保護電阻燒結爐中進行高溫燒結，待燒結爐冷卻至室溫后抽出不銹鋼圓柱芯棒；燒結溫度為600°C 950°C，燒結過程采用分段升溫，升溫速率彡5°C /min，燒結氛圍為氫氣、氮氣或氬氣保護氛圍，燒結時間為30min 120min。燒結之后金屬短纖維與金屬短纖維之間、以及吸液芯與基管內壁之間通過分子間擴散連接到一起。(4)封裝先將基管未經過縮管處理的一端焊接密封，接著從經過縮管處理的一端向基管內灌注一定量液體工質，然后對基管進行抽真空處理，最后對經過縮管處理的這一端焊接密封，得到纖維燒結式微熱管。焊接密封采用火焰焊或氬弧焊中的一種。本發明纖維燒結式微熱管。金屬纖維表面具有豐富的多/微尺度表面結構，高溫燒結后纖維與纖維之間以及纖維吸液芯與基管內壁之間實現冶金結合，形成了大量的多尺度孔隙結構。所制造的纖維燒結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；燒結層比表面積大，毛細力大；良好的傳熱傳質性能；結構穩定，不易損壞，制造工藝簡單，成本低廉等優點。與現有技術相比本發明的有益效果在于1.本發明采用多齒切削法加工的金屬纖維制造微熱管吸液芯，纖維表面具有豐富的多/微尺度表面結構，增大了纖維與纖維之間，纖維吸液芯與基管內壁之間的接觸面積， 顯著提高了纖維之間以及纖維與基管內壁之間的結合強度。2.燒結后纖維之間形成了大量的多尺度三維網狀多孔結構，孔隙率高且可控，比表面積大，吸液芯毛細力大、滲透率高、液體回流阻力小，有利于提高熱管中液體工質的回流速度，從而提高微熱管的散熱性能。3.本發明采用的金屬纖維采用切削法加工，加工工藝簡單，成本低廉，同時纖維表面的微結構有利于降低吸液芯制造過程中的燒結溫度，縮短燒結時間，降低微熱管制造成本。
圖1為本發明纖維燒結式微熱管成型原理結構示意圖；圖2為本發明纖維燒結式微熱管SEM圖。
具體實施例方式下面對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例如圖1、圖2所示，本發明纖維燒結式微熱管包括基管1、吸液芯2和填充在吸液芯內的液體工質，液體工質為純凈水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一種，所述基管1的內部抽真空，兩端為封閉結構。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內壁的圓環狀金屬纖維管，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。上述纖維燒結式微熱管的制造方法，可通過如下步驟實現(1)基管的制備首先利用切割機將一中空金屬管材切割成一定長度的短管，接著對其一端用縮管模具進行縮管處理，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的連續型纖維，纖維表面具有多/微尺度表面結構，纖維當量直徑35 μ m-100 μ m，然后利用剪切設備將其剪成一定長度的短纖維，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， 使芯棒與基管內壁形成環形空間中，將清洗后的金屬短纖維均勻填充在芯棒與基管內壁所形成的環形空間中，然后整體放入氣氛保護電阻燒結爐中進行高溫燒結，待燒結爐冷卻至室溫后抽出不銹鋼圓柱芯棒；燒結溫度為600°C 950°C，燒結過程采用分段升溫，升溫速率彡50C /min，燒結氛圍為氫氣、氮氣或氬氣保護氛圍，燒結時間為30min 120min。燒結之后金屬短纖維與金屬短纖維之間、以及吸液芯與基管內壁之間通過分子間擴散連接到一起。(4)封裝先將基管未經過縮管處理的一端焊接密封，接著從經過縮管處理的一端向基管內灌注一定量液體工質，然后對基管進行抽真空處理，最后對經過縮管處理的這一端焊接密封，得到纖維燒結式微熱管。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，即可得到纖維燒結式微熱管。金屬纖維表面具有豐富的多/ 微尺度表面結構，高溫燒結后纖維之間以及吸液芯與基管內壁之間實現冶金結合，形成了大量的多尺度孔隙結構。所制造的纖維燒結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；燒結層比表面積大，毛細力大；良好的傳熱傳質性能；結構穩定，不易損壞，制造工藝簡單，成本低廉等優點。如上所述便可較好地實現本發明。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種纖維燒結式微熱管，其特征在于包括基管、吸液芯和填充在吸液芯內的液體工質，所述基管兩端封閉，基管內部抽真空。
2.根據權利要求1所述的纖維燒結式微熱管，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.根據權利要求2所述的纖維燒結式微熱管，其特征在于所述吸液芯為緊密貼合在基管內壁的圓環狀金屬纖維管，該吸液芯厚度為0. 3mm 0. 5mm，孔隙率為65% 90%。
4.根據權利要求3所述的纖維燒結式微熱管，其特征在于所述基管所用材料為紫銅、 鋁合金或不銹鋼中的任意一種。
5.根據權利要求4所述的纖維燒結式微熱管，其特征在于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。
6.根據權利要求5所述的纖維燒結式微熱管，其特征在于所述液體工質為純凈水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一種。
7.權利要求1 6中任一項所述纖維燒結式微熱管的制造方法，其特征在于包括如下步驟(1)基管的制備首先利用切割機將一中空金屬管材切割成一定長度的短管，接著對其一端用縮管模具進行縮管處理，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的連續型纖維，然后利用剪切設備將其剪成一定長度的短纖維，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，芯棒位于基管中心位置，使芯棒與基管內壁形成環形空間，將清洗后的金屬短纖維均勻填充在芯棒與基管內壁所形成的環形空間中，然后整體放入氣氛保護電阻燒結爐中進行高溫燒結，待燒結爐冷卻至室溫后抽出不銹鋼圓柱芯棒；(4)封裝先將基管未經過縮管處理的一端焊接密封，接著從經過縮管處理的一端向基管內灌注一定量液體工質，然后對基管進行抽真空處理，最后對經過縮管處理的這一端焊接密封，得到纖維燒結式微熱管。
8.根據權利要求7所述的纖維燒結式微熱管的制造方法，其特征在于所述步驟(3)燒結溫度為600°C 950°C，燒結過程采用分段升溫，升溫速率彡5°C /min，燒結氛圍為氫氣、 氮氣或氬氣保護氛圍，燒結時間為30min 120min。
9.根據權利要求8所述的纖維燒結式微熱管的制造方法，其特征在于所述步驟(4)焊接密封采用火焰焊或氬弧焊中的一種。
全文摘要
本發明專利公開了一種纖維燒結式微熱管及其制造方法。該微熱管由基管，吸液芯和液體工質構成，其中吸液芯由金屬纖維經固相燒結而成。纖維燒結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步驟。金屬纖維經過燒結后，纖維間實現冶金結合，形成了大量的多尺度孔隙結構。本發明所制造的纖維燒結式微熱管具有加工工藝簡單，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，金屬纖維燒結層比表面積大，毛細力大，纖維之間形成穩定的三維網狀多孔結構，不易損壞等優點。
文檔編號F28D15/04GK102305564SQ20111024907
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者萬珍平, 劉彬, 徐燕小, 李耀超 申請人:華南理工大學