一種超薄熱管及其制作方法與流程

本發明涉及一種熱管，特別是涉及一種超薄熱管及其制造方法，屬于熱傳導技術領域。

背景技術：

隨著微納米電子技術的飛速發展，芯片功率密度不斷攀升，熱障問題已成為制約高性能智能手機、平板電腦等小型電子設備進一步發展的瓶頸。目前，智能芯片、攝像頭等發熱元件一般采用受迫空氣對流來冷卻，但這種方法需要配備較高專屬的風扇，由于空氣的熱容和熱導率較低，使其冷卻能力十分有限，該方式很難適應日益增長的高功率芯片的散熱需求。散熱不及時所帶來的嚴重發熱問題，極大地破壞了用戶的操作舒適感，同時發熱還會帶來降頻問題，直接影響設備的工作流暢度，而且智能手機、平板電腦等小型電子設備長時間工作在較高溫度下，其內部電子元件的性能和壽命也會急劇下降。

熱管是一種高效傳熱元件，其名義導熱系數可達10⁵w/m·℃。其名義導熱系數是普通金屬材料的幾百倍甚至上千倍。但是常規熱管從直徑到厚度均難以適應智能手機、平板電腦等小型電子設備狹小的空間。智能手機、平板電腦等小型電子設備用超薄熱管厚度要求非常薄，其厚度大多在0.20-0.80毫米，而且在其內部還需設置相互分離的氣液通道，以保證工作時氣液循環高效傳熱。有鑒于此，對超薄熱管制作的管殼壁厚提出了更高的要求。

中國專利申請號為201310743998.x的發明公開了一種具有纖維束的超薄熱管的同軸編織毛細結構及其超薄熱管，該超薄熱管的吸液芯結構為纖維束同軸編織的毛細結構，其毛細結構分為主傳輸毛細部和同軸編織毛細部，主傳輸毛細部由若干根纖維束捆扎組成，同軸編織毛細部是由若干股交織且纏繞主傳輸毛細部的絲線組成，每股包含若干根。該毛細吸液芯結構的結構過于復雜，制造困難，難于量產，而且其毛細結構直徑太大，制作的超薄管厚度太厚，不能用于手機散熱。

中國專利申請號為201610568945.2的發明公開了一種手機散熱用超薄熱管及其制作方法，該熱管的吸液芯結構采用金屬絲網吸液芯，由螺旋金屬絲網或平面金屬絲網或兩者復合燒結而成。該吸液芯結構對金屬絲網的要求太高，限制了超薄熱管厚度進一步減小，而且在彎管時絲網內芯容易局部脫落，不利于散熱。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種超薄熱管，它具有氣液通道分離且通暢、傳熱性能好、毛細力大和工作介質回流阻力小的特點。

本發明的目的之二在于提供一種超薄熱管的制作方法，該制作方法具有工藝步驟操作方便、生產效率高和適合批量生產的特點，同時它還能有效避免制作超薄熱管過程中的出現褶皺和凹陷。

本發明的目的之一采用如下技術方案實現：

一種超薄熱管，包括金屬管體、吸液芯和工作介質，其特征在于，

所述金屬管體的壁厚為0.03-0.10毫米，其尾部和頭部均為密封端，所述金屬管體為具有密閉內腔的扁平狀金屬管體；

所述吸液芯設置于所述金屬管體的密閉內腔中，所述吸液芯是金屬粉末經過高溫燒結粘結在金屬管體的內壁上而形成的金屬粉末燒結毛細層；

所述工作介質填充于金屬管體的密閉內腔中。

工作過程中，所述工作介質能夠滲入金屬粉末燒結毛細層進行毛細作用或受熱成為蒸氣。

進一步地，所述金屬管體的尾部和頭部均通過焊接形成密封端。

進一步地，所述金屬管體的尾部設有縮口，所述金屬管體的尾部的縮口處通過焊接形成尾部密封端，所述金屬管體的頭部通過焊接形成頭部密封端。

進一步地，金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.05-0.60毫米。

進一步地，超薄熱管的整體厚度為0.20-0.80毫米。

進一步地，金屬粉末為銅粉、鋁粉、鎂粉中的一種或兩種以上的混合物，金屬粉末的粒徑為100-500目。

進一步地，所述工作介質為純水，乙醇與純水的混合溶劑，丙酮與純水的混合溶劑，氫氟烴134a，以及氨中的一種。

本發明的目的之二采用如下技術方案實現：

一種超薄熱管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

中心棒預處理步驟：根據所需成品熱管的長度確定中心棒的長度，對中心棒依次進行除油處理、烘干處理；

坯管定長步驟：根據所需成品超薄熱管的長度確定金屬管體的長度，裁切金屬管體；

尾部縮管步驟：對經過坯管定長步驟后的金屬管體的尾部進行縮口處理；

坯管清洗步驟：對經過尾部縮管步驟后的金屬管體依次進行除油處理、去除表面氧化層處理；

坯管烘干步驟：對經過坯管清洗步驟后的金屬管體進行烘干處理；

尾部焊接步驟：對經過坯管烘干步驟后的金屬管體的尾部縮口部位進行焊接處理，形成尾部密封端；

灌入粉末步驟：將預設量的金屬粉末灌入經過尾部焊接步驟后的金屬管體內部，將經過中心棒預處理步驟后的中心棒從金屬管體的頭部開口處插入金屬管體的內部，將金屬管體水平放置，輕輕振動使灌入的金屬粉末均勻分布在金屬管體內部；

燒結步驟：將經過灌入粉末步驟后的金屬管體連同其內部插入的中心棒一起放入還原氣氛燒結爐內進行高溫燒結處理，通過高溫燒結后，使金屬粉末粘結在金屬管體的內壁上、形成金屬粉末燒結毛細層；

拔出中心棒步驟：將中心棒從經過燒結步驟后的金屬管體的內部拔出；

退火步驟：將經過拔出中心棒步驟后的金屬管體放入還原氣氛燒結爐內進行退火處理，使金屬管體內壁和金屬粉末燒結毛細層充分還原；

抽真空步驟：對經過退火步驟后的金屬管體進行抽真空處理；

注液步驟：對經過抽真空步驟后的金屬管體進行充注工作介質的操作；

封口步驟：利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的管口處，標記為一次定長封口處；

二除定長步驟：對經過封口步驟后的金屬管體進行二次除氣與二次定長處理，利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的二除定長封口處，二除定長封口處到尾部焊接處的距離短于一次定長封口處到尾部焊接處的距離；利用切斷模具將該二除定長封口處以上的管身部分切斷，并將聚集在該金屬管體部位內受熱上升的不凝性氣體一并被去除；

矯直步驟：對經過二除定長步驟后的金屬管體進行矯直處理；

頭部焊接步驟：將經過矯直步驟后的金屬管體的二除定長封口處的頭部進行焊接處理，形成密封的球形焊縫；

折彎步驟：針對非直線超薄熱管，使用折彎模具對經過頭部焊接步驟后的金屬管體進行彎折成型；

壓扁步驟：使用壓扁模具對經過折彎步驟后的金屬管體進行壓扁成型，達到要求厚度；

檢測步驟：對經過壓扁步驟后的金屬管體進行外觀檢測、尺寸檢測和傳熱性能測試，剔除不良產品，得到合格的超薄熱管。

進一步地，還包括成品處理步驟：對合格的超薄熱管進行成品處理，包括清洗、拋光及表面鈍化處理。

進一步地，抽真空步驟及注液步驟采用專用的抽真空及注液系統完成；所述抽真空及注液系統包括三通閥門、抽真空裝置和注液裝置，所述三通閥門包括輸出口、抽真空連接口和注液連接口，所述抽真空連接口處設有抽真空閥門，所述注液連接口處設有注液閥門，所述三通閥門的輸出口與金屬管體連接，所述三通閥門的抽真空連接口與抽真空裝置連接，所述三通閥門的注液連接口與注液裝置連接；首先，關閉三通閥門的注液閥門，打開三通閥門的抽真空閥門，對金屬管體進行抽真空；然后，關閉三通閥門的抽真空閥門，打開三通閥門的注液閥門，對金屬管體進行注液。通過設計專業的抽真空及注液系統，能夠方便精準地完成抽真空及注液操作，避免操作過程中外部氣體的滲入。

進一步地，燒結步驟中，銅粉的燒結溫度為900-950℃，燒結時間為5-30分鐘；鋁粉的燒結溫度為580-600℃，燒結時間為5-20分鐘；鎂粉的燒結溫度560-580℃，燒結時間5-20分鐘。

相比現有技術，本發明的有益效果在于：

1、本發明的金屬管體的壁厚為0.03-0.10毫米，其吸液芯是金屬粉末經過高溫燒結粘結在金屬管體的內壁上而形成的厚度均勻的金屬粉末燒結毛細層，其具有多孔層結構。因此，超薄熱管的氣液通道分離且通暢，整體厚度完全適應手機內部狹小散熱空間；吸液芯毛細力大，工作介質回流阻力小，傳熱性能好；吸液芯結構緊密，不易散開，力學性能好，易于彎折和壓扁成型。

2、本發明的超薄熱管的制作方法，調整了工藝步驟及優化了工藝參數并采用了專用設備，具有工藝步驟操作方便、生產效率高和適合批量生產的特點。本發明所采用的超薄熱管彎折和壓扁成型方法能有效避免制作超薄熱管時出現的各種褶皺和凹陷。

附圖說明

圖1為實施例1所述的超薄熱管的結構示意圖；

圖2為實施例1所述的金屬管體的結構示意圖；

圖3為實施例1的制作方法的工藝流程圖；

圖4為實施例1的中心棒插入金屬管體內的結構示意圖；

圖5為實施例1的折彎后的金屬管體的結構示意圖；

圖6為實施例1的三通閥門與金屬管體連接的結構示意圖。

圖中：10、金屬管體；11、密閉內腔；20、吸液芯；30、工作介質；41、三通閥門；411、輸出口；412、抽真空連接口；413、注液連接口；42、抽真空閥門；43、注液閥門；50、中心棒。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發明做進一步描述，需要說明的是，在不相沖突的前提下，以下描述的各實施例之間或各技術特征之間可以任意組合形成新的實施例。除特殊說明的之外，本實施例中所采用到的材料及設備均可從市場購得。

一種超薄熱管，包括金屬管體、吸液芯和工作介質，

金屬管體的壁厚為0.03-0.10毫米，其尾部和頭部均為密封端，金屬管體為具有密閉內腔的扁平狀金屬管體；

吸液芯設置于金屬管體的密閉內腔中，吸液芯是金屬粉末經過高溫燒結粘結在金屬管體的內壁上而形成的厚度均勻的金屬粉末燒結毛細層；

工作介質填充于金屬管體的密閉內腔中。

工作過程中，工作介質能夠滲入金屬粉末燒結毛細層進行毛細作用或受熱成為蒸氣。

進一步地，金屬管體的尾部和頭部均通過焊接形成密封端。

進一步地，金屬管體的尾部設有縮口，金屬管體的尾部的縮口處通過焊接形成尾部密封端，金屬管體的頭部通過焊接形成頭部密封端。

進一步地，金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.05-0.60毫米。

進一步地，超薄熱管的整體厚度為0.20-0.80毫米。

進一步地，金屬粉末為銅粉、鋁粉、鎂粉中的一種或兩種以上的混合物，金屬粉末的粒徑為100-500目。

進一步地，工作介質在常溫下一般為液體，優選汽化潛熱大、比熱容高的介質，如純水、乙醇與純水的混合溶劑、丙酮與純水的混合溶劑、氫氟烴134a、氨等。

一種超薄熱管的制作方法，包括以下步驟：

中心棒預處理步驟：根據所需成品熱管的長度確定中心棒的長度，對中心棒依次進行除油處理、烘干處理；

中心棒采用圓棒形結構，該結構主要是為了確保燒結的吸液芯厚度薄且均勻；優選采用帶有超聲波功能的清洗裝置，清洗試劑優選熱脫劑；

坯管定長步驟：根據所需成品超薄熱管的長度確定金屬管體的長度，裁切金屬管體；

尾部縮管步驟：對經過坯管定長步驟后的金屬管體的尾部進行縮口處理；

尾部縮口主要是為了方便后續焊接，確保形成密封可靠的焊縫；

坯管清洗步驟：對經過尾部縮管步驟后的金屬管體依次進行除油處理、去除表面氧化層處理；

坯管烘干步驟：對經過坯管清洗步驟后的金屬管體進行烘干處理；

尾部焊接步驟：對經過坯管烘干步驟后的金屬管體的尾部縮口部位進行焊接處理，形成尾部密封端；優選采用tig焊接；

灌入粉末步驟：將預設量的金屬粉末灌入經過尾部焊接步驟后的金屬管體內部，將經過中心棒預處理步驟后的中心棒從金屬管體的頭部開口處插入金屬管體的內部，將金屬管體水平放置，輕輕振動使灌入的金屬粉末均勻分布在金屬管體內部；

燒結步驟：將經過灌入粉末步驟后的金屬管體連同其內部插入的中心棒一起放入還原氣氛燒結爐內進行高溫燒結處理，通過高溫燒結后，使金屬粉末粘結在金屬管體的內壁上、形成金屬粉末燒結毛細層；

拔出中心棒步驟：將中心棒從經過燒結步驟后的金屬管體的內部拔出；

退火步驟：將經過拔出中心棒步驟后的金屬管體放入還原氣氛燒結爐內進行退火處理，使金屬管體內壁和金屬粉末燒結毛細層充分還原；

抽真空步驟：對經過退火步驟后的金屬管體進行抽真空處理；對金屬管體內部進行抽真空處理是為了實現管內較高的真空度，降低工作介質的沸騰溫度，確保較低工作溫度下，工作介質在熱管內部能迅速汽化，進行正常的傳熱工作；

注液步驟：對經過抽真空步驟后的金屬管體進行充注工作介質的操作；即向金屬管體內部灌注工作介質，工作介質的質量主要由金屬吸液芯的孔隙率、成品熱管的長度以及熱管的工作環境決定；

封口步驟：利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的管口處，標記為一次定長封口處；

二除定長步驟：對經過封口步驟后的金屬管體進行二次除氣與二次定長處理，利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的二除定長封口處，二除定長封口處到尾部焊接處的距離短于一次定長封口處到尾部焊接處的距離；利用切斷模具將該二除定長封口處以上的管身部分切斷，并將聚集在該金屬管體部位內受熱上升的不凝性氣體一并被去除；優選利用加熱沸騰排氣手段去除金屬管體內部殘存的不凝性氣體，進一步提高金屬管體內的真空度；

矯直步驟：對經過二除定長步驟后的金屬管體進行矯直處理；

確保后續金屬管體頭部焊接部位的可靠性與外觀一致性；

頭部焊接步驟：將經過矯直步驟后的金屬管體的二除定長封口處的頭部進行焊接處理，形成可靠的球形焊縫；確保金屬管體頭部密封可靠，無泄露，頭部焊接優選采用tig焊接。

折彎步驟：針對非直線超薄熱管，使用折彎模具對經過頭部焊接步驟后的金屬管體進行彎折成型；

的折彎工藝在液壓機上進行，使用成型模具緩慢壓制圓形直熱管的方式進行熱管彎角的成型，能有效避免折彎過程熱管管身出現塌陷，確保彎角部位過渡圓滑，無褶皺。

壓扁步驟：使用壓扁模具對經過折彎步驟后的金屬管體進行壓扁成型，達到要求厚度；壓扁前對圓形熱管進行一定溫度的烘烤，壓扁過程中壓扁上下模具和熱管始終處于預熱狀態，管內工質為飽和蒸汽狀態，管體內壁承受向外的飽和蒸汽壓力，該壓力在壓扁過程起到支撐作用，確保壓扁后超薄熱管身平滑，無凹陷；

檢測步驟：對經過壓扁步驟后的金屬管體進行檢測，剔除不良產品，得到合格的超薄熱管；包括產品外觀檢測、尺寸檢測和傳熱性能測試；

進一步地，還包括成品處理步驟：對合格的超薄熱管進行成品處理，包括清洗、拋光、表面鈍化。

進一步地，抽真空步驟及注液步驟采用專用的抽真空及注液系統完成；抽真空及注液系統包括三通閥門、抽真空裝置和注液裝置，三通閥門包括輸出口、抽真空連接口和注液連接口，抽真空連接口處設有抽真空閥門，注液連接口處設有注液閥門，三通閥門的輸出口與金屬管體連接，三通閥門的抽真空連接口與抽真空裝置連接，三通閥門的注液連接口與注液裝置連接；首先，關閉三通閥門的注液閥門，打開三通閥門的抽真空閥門，對金屬管體進行抽真空；然后，關閉三通閥門的抽真空閥門，打開三通閥門的注液閥門，對金屬管體進行注液。通過設計專業的抽真空及注液系統，能夠方便精準地完成抽真空及注液操作，避免操作過程中外部氣體的滲入。

進一步地，燒結步驟中，銅粉的燒結溫度為900-950℃，燒結時間為5-30分鐘；鋁粉的燒結溫度為580-600℃，燒結時間為5-20分鐘；鎂粉的燒結溫度560-580℃，燒結時間5-20分鐘。

實施例1：

參照圖1-2，一種超薄熱管，包括金屬管體10、吸液芯20和工作介質30；

金屬管體10的壁厚為0.10毫米，其尾部和頭部均為密封端，金屬管體為具有密閉內腔11的扁平狀金屬管體；金屬管體的尾部設有縮口，金屬管體的尾部的縮口處通過焊接形成尾部密封端，金屬管體的頭部通過焊接形成頭部密封端。

吸液芯20設置于金屬管體10的密閉內腔11中，吸液芯20是金屬粉末經過高溫燒結粘結在金屬管體的內壁上而形成的厚度均勻的金屬粉末燒結毛細層；

工作介質30填充于金屬管體10的密閉內腔11中。工作過程中，工作介質能夠滲入金屬粉末燒結毛細層進行毛細作用或受熱成為蒸氣。

作為優選的實施方式，金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.20毫米。

作為優選的實施方式，超薄熱管的整體厚度為0.80毫米。

作為優選的實施方式，金屬粉末為銅粉，粒徑為200-300目。

作為優選的實施方式，工作介質為純水。

參照圖3-6，一種超薄熱管的制作方法，包括以下步驟：

中心棒預處理步驟：根據所需成品熱管的長度確定中心棒50的長度，對中心棒依次進行除油處理、烘干處理；

坯管定長步驟：根據所需成品超薄熱管的長度確定金屬管體的長度，裁切金屬管體；

尾部縮管步驟：對經過坯管定長步驟后的金屬管體的尾部進行縮口處理；

尾部縮口主要是為了方便后續焊接，確保形成密封可靠的焊縫；

坯管清洗步驟：對經過尾部縮管步驟后的金屬管體依次進行除油處理、去除表面氧化層處理；

坯管烘干步驟：對經過坯管清洗步驟后的金屬管體進行烘干處理；

尾部焊接步驟：對經過坯管烘干步驟后的金屬管體的尾部縮口部位進行焊接處理，形成尾部密封端；

灌入粉末步驟：將預設量的金屬粉末灌入經過尾部焊接步驟后的金屬管體內部，將經過中心棒預處理步驟后的中心棒從金屬管體的頭部開口處插入金屬管體的內部，將金屬管體水平放置，輕輕振動使灌入的金屬粉末均勻分布在金屬管體內部；具體情況可參照圖4；

燒結步驟：將經過灌入粉末步驟后的金屬管體連同其內部插入的中心棒一起放入還原氣氛燒結爐內進行高溫燒結處理，通過高溫燒結后，使金屬粉末粘結在金屬管體的內壁上、形成金屬粉末燒結毛細層；燒結溫度為930-950℃，燒結時間為10-30min。

拔出中心棒步驟：將中心棒從經過燒結步驟后的金屬管體的內部拔出；

退火步驟：將經過拔出中心棒步驟后的金屬管體放入還原氣氛燒結爐內進行退火處理，使金屬管體內壁和金屬粉末燒結毛細層充分還原；

抽真空步驟：對經過退火步驟后的金屬管體進行抽真空處理；

注液步驟：對經過抽真空步驟后的金屬管體進行充注工作介質的操作；

封口步驟：利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的管口處，標記為一次定長封口處；

二除定長步驟：對經過封口步驟后的金屬管體進行二次除氣與二次定長處理，利用封口模具擠壓冷焊密封金屬管體的二除定長封口處，二除定長封口處到尾部焊接處的距離短于一次定長封口處到尾部焊接處的距離；利用切斷模具將該二除定長封口處以上的管身部分切斷，并將聚集在該金屬管體部位內受熱上升的不凝性氣體一并被去除；

矯直步驟：對經過二除定長步驟后的金屬管體進行矯直處理；

頭部焊接步驟：將經過矯直步驟后的金屬管體的二除定長封口處的頭部進行焊接處理，形成密封的球形焊縫；

折彎步驟：針對非直線超薄熱管，使用折彎模具對經過頭部焊接步驟后的金屬管體進行彎折成型；具體情況可參照圖5；

壓扁步驟：使用壓扁模具對經過折彎步驟后的金屬管體進行壓扁成型，達到要求厚度；

檢測步驟：對經過壓扁步驟后的金屬管體進行外觀檢測、尺寸檢測和傳熱性能測試，剔除不良產品，得到合格的超薄熱管；

成品處理步驟：對合格的超薄熱管進行成品處理，包括清洗、拋光及表面鈍化處理。

作為優選的實施方式，抽真空步驟及注液步驟采用專用的抽真空及注液系統完成；抽真空及注液系統包括三通閥門41、抽真空裝置和注液裝置，三通閥門41包括輸出口411、抽真空連接口412和注液連接口413，抽真空連接口412處設有抽真空閥門42，注液連接口處設有注液閥門43，三通閥門的輸出口與金屬管體連接，三通閥門的抽真空連接口412與抽真空裝置連接，三通閥門的注液連接口413與注液裝置連接；首先，關閉三通閥門的注液閥門，打開三通閥門的抽真空閥門，對金屬管體進行抽真空；然后，關閉三通閥門的抽真空閥門，打開三通閥門的注液閥門，對金屬管體進行注液。通過設計專業的抽真空及注液系統，能夠方便精準地完成抽真空及注液操作，避免操作過程中外部氣體的滲入。具體情況可參照圖6。

實施例2：

本實施例的特點是：金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.05毫米。金屬管體的壁厚為0.03毫米。超薄熱管的整體厚度為0.20毫米。金屬粉末為鋁粉，粒徑為200-300目。工作介質為丙酮與純水以任意比混合的混合溶劑。

其它與實施例1相同。

實施例3：

本實施例的特點是：金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.10毫米。金屬管體的壁厚為0.05毫米。超薄熱管的整體厚度為0.50毫米。金屬粉末為鎂粉，粒徑為200-300目。工作介質為乙醇與純水以任意比混合的混合溶劑。

其它與實施例1相同。

實施例4：

本實施例的特點是：金屬粉末燒結毛細層均勻分布于金屬管體的整個內壁上，金屬粉末燒結毛細層的厚度為0.25毫米。金屬管體的壁厚為0.05毫米。超薄熱管的整體厚度為0.80毫米。金屬粉末為鋁粉與銅粉的混合物，鋁粉中摻入少量的銅粉，鋁粉200目-300目，銅粉300目-400目。工作介質為氫氟烴134a或氨。

上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的范圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬于本發明所要求保護的范圍。