[发明专利]一种制备环路热管毛细芯的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种环路热管毛细芯的制备方法，属于散热器件领域。

背景技术

由于技术的发展，电子元器件的集成规模越来越大，其单位体积内产生的热量也越来越大，与此同时可供利用的有效散热面积却越来越小，散热问题成为制约电子元器件集成规模的一个重要因素。环路热管（Loop Heat Pipe，简称LHP）是一种高效可靠的两相无源传热装置，利用工质相变实现热量的传递，其高稳定性、高效的散热能力及可远距离反重力运行的特点使其在散热和节能环保领域的应用潜力巨大。

毛细芯是LHP的核心部件，是一种多孔材料，布置在LHP的蒸发器内。热量通过蒸发器外壁传递给毛细芯并加热毛细芯外表面的液态工质，工质相变形成汽液分界的弯月面从而产生毛细抽吸力，毛细抽吸力为整个环路热管的工质循环提供动力以此来实现热量的转移。毛细芯性能的好坏（主要指孔隙率、导热系数等参数）直接影响到整个LHP的运行性能，与此同时毛细芯的制备工艺和成本也是限制LHP研究和大规模应用的制约因素。限于毛细芯制造工艺复杂，造价较高，目前国内对于环路热管的研究仅限于有限几所高校以及一些设计院所。

当前环路热管使用的毛细芯类型主要有：金属丝网毛细芯、微槽道毛细芯、聚合物毛细芯以及烧结金属粉末毛细芯。相比较而言，烧结金属粉末毛细芯的各性能参数要优于其他类型毛细芯。目前烧结金属粉末毛细芯制备方法主要有冷压脱模烧结、松散烧结以及粉浆浇注烧结等，其中冷压脱模烧结较后者生产的毛细芯性能更优，且生产率较高，是较常用的烧结毛细芯生产工艺。常用的毛细芯一般是带有蒸汽移出槽道（肋）以及通道的，这两者分别用于相变蒸汽排除和液相工质补给，现有冷压脱模烧结工艺生产的毛细芯一般是不太规则的圆片状或者圆柱状，环路热管蒸发器所需的蒸汽移出槽道、通道以及整个毛细芯的外形尺寸一般是后续的机加工完成。比如，在蒸发器外壳（一般为金属材料）内侧采用线切割或采取其他机加工方法加工出蒸汽移出槽道，用铣床或者钻床加工出毛细芯中心的通道，用机床加工出符合装配要求的毛细芯外形尺寸等。线切割及其他机加工方法会增大制作成本和难度，从而限制了LHP蒸发器的大规模商业化生产。此外机加工会使多孔毛细芯表面孔隙被加工碎屑堵塞，严重影响毛细芯性能）；在传统的冷压脱模烧结工艺中，冷压过程通常是单向受压，单向受压通常会使毛细芯各部位均一性差，导致毛细芯各部分渗透率、热传导能力不同，这样会对毛细芯运行性能产生不良的影响。总而言之，现有的冷压脱模烧结毛细芯存在着毛细芯形状简单（没有蒸汽移出槽道和中心通道）、烧结成品形变量大且形变不可控、单向脱模导致毛细芯均一性差、生产工艺复杂导致不可大规模商业生产等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单且性能优良的粉末烧结毛细芯的制备方法。

在本发明中，毛细芯的制备主要分为两个步骤，一个是毛细芯冷压脱模，另一个是毛细芯的气氛烧结，以下分别简述这两个工艺过程。

毛细芯冷压脱模工艺中最重要的核心部件就是压模模具。由于要制备带蒸汽移出槽道及中心吸液通道的毛细芯，因此本专利中将肋的加工工艺难度转移到模腔内部，使蒸汽移出槽在冷压过程中一次性成型，从而避开二次机加工的高成本繁琐过程。在这一工艺中，为了使毛细芯带有蒸汽移出槽，只需要在模腔内壁线切割出蒸汽移出槽所需形状便可使冷压出的毛细芯外壁具有和模腔内壁相对应的形状。为了制作中心吸液通道，在冷压过程中在模具中心插入一根光滑的抽芯轴来造孔。为了避免传统的单向受压造成的毛细芯性能参数均一性差的问题，本专利采用双冲头两端施压的工艺。

本发明方法具体包括如下制备步骤：

1）准备模具，模具闭合高度设计为毛细芯轴向长度，模腔内壁切割出蒸汽移出槽对应形状，对模腔内壁进行抛光；

2）预先在模具中心插入与中心吸液通道相应大小的抽心轴，根据毛细芯孔隙率及模具闭合高度称取一定重量的金属粉末，均匀倒入模具中；

3）冷压成型：将模具置于压模机上，在模具冲头两端逐渐施加压力直至模具闭合高度后撤去上下冲头，然后使用脱模顶柱沿抽心轴在模腔一端逐渐施加压力，使毛细芯从模腔中脱出，毛细芯脱离模腔后，由于径向力释放，抽心轴自动脱离毛细芯，获得供烧结的毛细芯型坯；

4）烧结：将毛细芯型坯置于镍坩埚架上，密封炉门，通入还原性气体或惰性气体，进行烧结。

上述步骤1）中,所述金属粉末为镍粉，也可为钛粉、不锈钢精粉、铜粉等烧结可生成固溶体的金属粉末。

烧结程序采用本领域技术人员熟悉的经验性关系。一般镍粉烧结温度650℃，烧结时间30分钟。