专利名称：一种纤维烧结式微热管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及微电子领域的微热管技术，特别是涉及一种纤维烧结式微热管及其制造方法。
背景技术：
随着光电子/微电子芯片及其应用系统的微型化及其高集成度的发展趋势，导致散热空间狭小及高热流密度等致命问题。传统的单纯通过增大铝/铜散热片体积、重量和比表面积来增加散热面积的方式已难以满足今后进一步发展要求，因此，要解决狭小空间高热流密度芯片热控制问题，必须采用更高效散热方式来取代常规空气强制对流散热技术。具有高导热率、良好的等温性、热响应快、重量轻、结构简单、无需额外电力驱动等优点的微型热管已成为高热流密度电子芯片导热的理想元件。热管的工作原理是当热管的一端受热时管体内的液体工质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再凭借毛细组织的毛细吸力作用流回蒸发段。如此循环不已，热量可以高效的由管体的一端传至另一端。微热管的传热性能主要取决于管内吸液芯结构。传统的吸液芯结构主要有沟槽式吸液芯和粉末烧结式吸液芯。传统的粉末烧结式吸液芯结构虽然具有较强的毛细压力，但吸液芯孔隙率低且不能控制，液体回流阻力大，且吸液芯结构易损坏，更致命的是烧结层较厚，热阻较大，重量比沟槽式重40% -60%。而光滑沟槽式吸液芯结构的热管虽然具有重量轻，轴向传热能力大、液体回流阻力小等优点。但其毛细压力小，对沟槽深度和宽度要求很高，方向性很强，当热管出现大弯折的时候，热管传热性能大幅度下降，抗重力性能差，且其加工工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纤维烧结式微热管及其制造方法，本发明加工工艺简单，成本低廉，吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小，金属纤维烧结层比表面积大，毛细力大，纤维之间形成稳定的三维网状多孔结构，不易损坏。本发明通过以下技术方案来实现一种纤维烧结式微热管，包括基管、吸液芯和填充在吸液芯内的液体工质，所述基管两端封闭，基管内部抽真空。所述基管为外径为5mm 10mm、壁厚为0. 2mm 0. 5mm的金属圆管。所述吸液芯为紧密贴合在基管内壁的圆环状金属纤维管，该吸液芯厚度为 0. 3mm 0. 5mm,孔隙率为65 % 90 %。所述基管所用材料为紫铜、铝合金或不锈钢中的任意一种。所述金属纤维管是铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维中的任意一种。所述液体工质为纯净水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一种。上述纤维烧结式微热管的制造方法，包括如下步骤(1)基管的制备首先利用切割机将一中空金属管材切割成一定长度的短管，接着对其一端用缩管模具进行缩管处理，然后将其放入酸性抛光液中清洗Imin 5min，洗去表面油污及金属管内残留碎屑，最后用清水冲洗去金属管表面残留抛光液，得到基管；(2)金属纤维的加工采用大刃倾角多齿刀具在车床上加工出不同参数的连续型纤维，然后利用剪切设备将其剪成一定长度的短纤维，并用超声波清洗IOmin 30min，洗去表面油污，得到金属短纤维；(3)吸液芯的制造在基管中插入一根不锈钢圆柱芯棒，芯棒处于基管中心位置， 使芯棒与基管内壁形成环形空间中，将清洗后的金属短纤维均勻填充在芯棒与基管内壁所形成的环形空间中，然后整体放入气氛保护电阻烧结炉中进行高温烧结，待烧结炉冷却至室温后抽出不锈钢圆柱芯棒；烧结温度为600°C 950°C，烧结过程采用分段升温，升温速率彡5°C /min，烧结氛围为氢气、氮气或氩气保护氛围，烧结时间为30min 120min。烧结之后金属短纤维与金属短纤维之间、以及吸液芯与基管内壁之间通过分子间扩散连接到一起。(4)封装先将基管未经过缩管处理的一端焊接密封，接着从经过缩管处理的一端向基管内灌注一定量液体工质，然后对基管进行抽真空处理，最后对经过缩管处理的这一端焊接密封，得到纤维烧结式微热管。焊接密封采用火焰焊或氩弧焊中的一种。本发明纤维烧结式微热管。金属纤维表面具有丰富的多/微尺度表面结构，高温烧结后纤维与纤维之间以及纤维吸液芯与基管内壁之间实现冶金结合，形成了大量的多尺度孔隙结构。所制造的纤维烧结式微热管具有吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小；烧结层比表面积大，毛细力大；良好的传热传质性能；结构稳定，不易损坏，制造工艺简单，成本低廉等优点。与现有技术相比本发明的有益效果在于1.本发明采用多齿切削法加工的金属纤维制造微热管吸液芯，纤维表面具有丰富的多/微尺度表面结构，增大了纤维与纤维之间，纤维吸液芯与基管内壁之间的接触面积， 显著提高了纤维之间以及纤维与基管内壁之间的结合强度。2.烧结后纤维之间形成了大量的多尺度三维网状多孔结构，孔隙率高且可控，比表面积大，吸液芯毛细力大、渗透率高、液体回流阻力小，有利于提高热管中液体工质的回流速度，从而提高微热管的散热性能。3.本发明采用的金属纤维采用切削法加工，加工工艺简单，成本低廉，同时纤维表面的微结构有利于降低吸液芯制造过程中的烧结温度，缩短烧结时间，降低微热管制造成本。
图1为本发明纤维烧结式微热管成型原理结构示意图；图2为本发明纤维烧结式微热管SEM图。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图1、图2所示，本发明纤维烧结式微热管包括基管1、吸液芯2和填充在吸液芯内的液体工质，液体工质为纯净水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一种，所述基管1的内部抽真空，两端为封闭结构。该基管1为外径约5mm 10mm、壁厚0. 2mm 0. 5mm的金属圆管。该吸液芯2为紧密贴合在基管1内壁的圆环状金属纤维管，该吸液芯厚度约为0. 3mm 0. 5mm, 孔隙率约为65% 90%。该基管1的所用材料可以是紫铜、铝合金或不锈钢。该金属纤维管采用的纤维可以是铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维。上述纤维烧结式微热管的制造方法，可通过如下步骤实现(1)基管的制备首先利用切割机将一中空金属管材切割成一定长度的短管，接着对其一端用缩管模具进行缩管处理，然后将其放入酸性抛光液中清洗Imin 5min，洗去表面油污及金属管内残留碎屑，最后用清水冲洗去金属管表面残留抛光液，得到基管；(2)金属纤维的加工采用大刃倾角多齿刀具在车床上加工出不同参数的连续型纤维，纤维表面具有多/微尺度表面结构，纤维当量直径35 μ m-100 μ m，然后利用剪切设备将其剪成一定长度的短纤维，并用超声波清洗IOmin 30min，洗去表面油污，得到金属短纤维；(3)吸液芯的制造在基管中插入一根不锈钢圆柱芯棒，芯棒处于基管中心位置， 使芯棒与基管内壁形成环形空间中，将清洗后的金属短纤维均勻填充在芯棒与基管内壁所形成的环形空间中，然后整体放入气氛保护电阻烧结炉中进行高温烧结，待烧结炉冷却至室温后抽出不锈钢圆柱芯棒；烧结温度为600°C 950°C，烧结过程采用分段升温，升温速率彡50C /min，烧结氛围为氢气、氮气或氩气保护氛围，烧结时间为30min 120min。烧结之后金属短纤维与金属短纤维之间、以及吸液芯与基管内壁之间通过分子间扩散连接到一起。(4)封装先将基管未经过缩管处理的一端焊接密封，接着从经过缩管处理的一端向基管内灌注一定量液体工质，然后对基管进行抽真空处理，最后对经过缩管处理的这一端焊接密封，得到纤维烧结式微热管。焊接密封采用火焰焊或氩弧焊中的一种。通过上述制造方法，即可得到纤维烧结式微热管。金属纤维表面具有丰富的多/ 微尺度表面结构，高温烧结后纤维之间以及吸液芯与基管内壁之间实现冶金结合，形成了大量的多尺度孔隙结构。所制造的纤维烧结式微热管具有吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小；烧结层比表面积大，毛细力大；良好的传热传质性能；结构稳定，不易损坏，制造工艺简单，成本低廉等优点。如上所述便可较好地实现本发明。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种纤维烧结式微热管，其特征在于包括基管、吸液芯和填充在吸液芯内的液体工质，所述基管两端封闭，基管内部抽真空。
2.根据权利要求1所述的纤维烧结式微热管，其特征在于所述基管为外径为5mm 10mm、壁厚为0. 2mm 0. 5mm的金属圆管。
3.根据权利要求2所述的纤维烧结式微热管，其特征在于所述吸液芯为紧密贴合在基管内壁的圆环状金属纤维管，该吸液芯厚度为0. 3mm 0. 5mm，孔隙率为65% 90%。
4.根据权利要求3所述的纤维烧结式微热管，其特征在于所述基管所用材料为紫铜、 铝合金或不锈钢中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的纤维烧结式微热管，其特征在于所述金属纤维管是铜纤维、 铝纤维或不锈钢纤维中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的纤维烧结式微热管，其特征在于所述液体工质为纯净水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一种。
7.权利要求1 6中任一项所述纤维烧结式微热管的制造方法，其特征在于包括如下步骤(1)基管的制备首先利用切割机将一中空金属管材切割成一定长度的短管，接着对其一端用缩管模具进行缩管处理，然后将其放入酸性抛光液中清洗Imin 5min，洗去表面油污及金属管内残留碎屑，最后用清水冲洗去金属管表面残留抛光液，得到基管；(2)金属纤维的加工采用大刃倾角多齿刀具在车床上加工出不同参数的连续型纤维，然后利用剪切设备将其剪成一定长度的短纤维，并用超声波清洗IOmin 30min，洗去表面油污，得到金属短纤维；(3)吸液芯的制造在基管中插入一根不锈钢圆柱芯棒，芯棒位于基管中心位置，使芯棒与基管内壁形成环形空间，将清洗后的金属短纤维均勻填充在芯棒与基管内壁所形成的环形空间中，然后整体放入气氛保护电阻烧结炉中进行高温烧结，待烧结炉冷却至室温后抽出不锈钢圆柱芯棒；(4)封装先将基管未经过缩管处理的一端焊接密封，接着从经过缩管处理的一端向基管内灌注一定量液体工质，然后对基管进行抽真空处理，最后对经过缩管处理的这一端焊接密封，得到纤维烧结式微热管。
8.根据权利要求7所述的纤维烧结式微热管的制造方法，其特征在于所述步骤(3)烧结温度为600°C 950°C，烧结过程采用分段升温，升温速率彡5°C /min，烧结氛围为氢气、 氮气或氩气保护氛围，烧结时间为30min 120min。
9.根据权利要求8所述的纤维烧结式微热管的制造方法，其特征在于所述步骤(4)焊接密封采用火焰焊或氩弧焊中的一种。
全文摘要
本发明专利公开了一种纤维烧结式微热管及其制造方法。该微热管由基管，吸液芯和液体工质构成，其中吸液芯由金属纤维经固相烧结而成。纤维烧结式微热管的制造方法主要可以分为基管的制备，金属纤维的加工，吸液芯的制造及其精密封装四个步骤。金属纤维经过烧结后，纤维间实现冶金结合，形成了大量的多尺度孔隙结构。本发明所制造的纤维烧结式微热管具有加工工艺简单，成本低廉，吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小，金属纤维烧结层比表面积大，毛细力大，纤维之间形成稳定的三维网状多孔结构，不易损坏等优点。
文档编号F28D15/04GK102305564SQ20111024907
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者万珍平, 刘彬, 徐燕小, 李耀超 申请人:华南理工大学