[发明专利]一种环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯及其结合涂层制备方法

说明书

本发明涉及一种环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯及其结合涂层制备方法，包括初级氮化硅毛细芯，以及包覆于所述初级氮化硅毛细芯外表面的至少一层氮化硅小孔层，所述初级氮化硅毛细芯的孔隙率为60～90%、孔径为10～200微米，所述氮化硅小孔层的孔隙率为40～60%、孔径为0.1～1微米。

技术领域

本发明涉及一种环路热管用梯度多孔毛细芯及其制备方法，特别涉及采用涂层法制备氮化硅梯度多孔结构毛细芯的方法。

背景技术

环路热管作为高效的相变传热装置，是电子元件和航天器件在恒定温度下稳定长寿运行的关键部件，而毛细泵主芯是环路热管中最关键的部件之一。随着相关仪器设备的功耗越来越大，对系统散热和恒温要求越来越高，现有的金属毛细泵主芯在散热及耐腐蚀等方面已不能满足稳定长寿需求。另一方面，环路热管用毛细芯既需要强大的毛细驱动力来循环工质，也需要及时将产生的蒸汽转移到蒸汽管道。因此，通过材质上的改良和梯度多孔结构的设计来优化毛细芯性能显得尤为重要。

环路热管用毛细芯一方面需要强大的毛细驱动力来循环工质，另一方面，毛细芯需要及时将产生的蒸汽转移到蒸汽管道。因此对于毛细芯产品，在保证较高的孔隙率的条件下，既需要通过减小毛细孔径提高毛细吸力，同时也期望具有较大的气孔来实现蒸汽的高效转移。但是传统毛细泵均为单一孔径和孔隙率，难以同时满足在提高毛细吸力的同时实现蒸汽的高效转移。而且传统的压制工艺只能制备一些形状简单的毛细芯产品，且加工复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种力学性能良好和兼具大的毛细抽吸力和高的渗透率的功能性环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯，包括初级氮化硅毛细芯，以及位于包覆于所述初级氮化硅毛细芯外表面的至少一层氮化硅小孔层，所述初级氮化硅毛细芯的孔隙率为60～90％、孔径为10～200微米，氮化硅小孔层的孔隙率为40～60％、孔径为0.1～1微米。

本发明通过梯度孔结构设计，制备了一种外表面包覆至少一层有氮化硅小孔层的初级氮化硅毛细芯，即环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯。本发明中氮化硅小孔层的40～60％、孔径为0.1～1微米，使得所述氮化硅梯度多孔毛细芯兼具大的毛细抽吸力(也就是说，可实现高的毛细管力)。所述初级氮化硅毛细芯的孔隙率为60～90％、孔径为10～200微米，使得所述氮化硅梯度多孔毛细芯具有高的渗透率，可实现媒介大通量传输。而且所述氮化硅大孔层和氮化硅小孔层层间结合良好，即氮化硅大孔层和氮化硅大孔层具有相互连通的开孔结构，可在具有良好力学性能的条件下，通过梯度结构拓展了毛细芯的功能性(实现蒸汽的高效转移)。

较佳地，所述氮化硅小孔层的厚度为0.1～1mm，以均衡实现大的动力及通量。

较佳地，所述环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯的外形为圆柱形状、碟状、板状或者平椭圆状。

第二方面，本发明还提供了一种结合涂层法制备上述环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯的方法，包括：

将氮化硅粉体、烧结助剂、凝胶剂、造孔剂加入到水中，球磨混合后，得到浆料，所述氮化硅粉体、烧结助剂、凝胶剂、造孔剂与水的质量比为100：(0.5～10)：(0.1～5)：(0～20)：(20～300)；

将所得浆料以喷涂或涂覆的形式沉积在所述初级氮化硅毛细芯的表面，再经固化、干燥、烧结、加工，得到所述环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯。本发明采用气相浆料沉积技术在所述初级氮化硅毛细芯的表面沉积氮化硅小孔层，再进行加工，得到所述环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯。

较佳地，所述喷涂的参数包括：喷头直径为0.8～1.8mm、压力为0.2～0.8MPa、喷枪与实践的距离为150～300mm。

较佳地，所述固化为在25～60℃下固化6～12小时；所述干燥为在80～150℃下干燥2～6小时。