一种多层复合吸液芯平板微热管及其制备方法与流程

本发明涉及微热管领域，尤其涉及一种多层复合吸液芯平板微热管及其制备方法。

背景技术：

微热管是以相变传热为基本工作原理的一种有效的散热器件。随着电子信息产业的发展，电子产品散热问题关系到电子设备的寿命和可靠性，其性能随着温度的升高而降低，失效率也随着其温度成指数关系。微型热管能成功的解决诸如微电子芯片等微小电子器件的散热问题，为其提供稳定的工作环境。微热管还可以满足许多灵敏器件高均温性的要求，所以微热管在航天航空、生物、医疗等领域得到广泛的应用。而在微电子、LED照明和高热流密度的电子芯片领域，平板微热管具有散热面积大，散热效果好、良好的启动性和均温性；易于制造出光滑平整、几何适应性好的外表面，可与电子产品紧密贴合。

微热管的性能主要取决于吸液芯的性能，当毛细力抽回液体不能满足蒸发所需的量时，蒸发端的吸液芯干涸，蒸发端管壁温度急剧上升，导致管壁烧坏。由于平板微热管内部极小的空间以及低的充液率所以更需要增强内部吸液芯的毛细回流能力，减小热阻增加传热量。因而平板微热管吸液芯的毛细力驱动液体回流的大小是制约微热管工作能力的关键因素。

常用平板微热管内部吸液芯的有烧结型、沟槽型、丝网型这几种类型。烧结吸液芯由一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，也有用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯.此种管芯有较高的毛细抽吸力，并较大地改善了径向热阻，但因其渗透率较差，故轴向传热能力小。沟槽型吸液芯，在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压力及液体回流通道，槽道式管芯虽然毛细压力较小，但液体流动阻力甚小，因此可达到较高的轴向传热能力，工艺重复性良好，但因此毛细压力小而不利于液体回流；丝网吸液芯，由单层或多层网的网层与管壁之间亦应贴合，各层网的目数可相同或不同可粗可细，若网层多，则液体流通截面大，阻力小，但径向热阻大；用细网时毛细抽吸力大但渗透率较低，液体回流阻力较大，如在近壁因数层用粗孔网，渗透率提升但毛细压力减小，热管的轴向传热能力受到限制，此外其径向热阻较大，工艺重复性差又不能适应管道弯曲的情况。

现有平板微热管制备中常用沟槽式、烧结式和丝网作为内部吸液芯；烧结式吸液芯平板微热管是由金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，此种管芯有较高的毛细抽吸力，但因其渗透率较差，会产生很大的回流阻力；沟槽式吸液芯平板微热管，在管壳内壁采用犁削成形开轴向细槽以提供毛细压头及液体回流通道，槽的截面形状可为矩形，梯形，圆形及变截面槽道，槽道式管芯毛细压力较小，很难加工出深宽比大的毛细沟槽，来提升毛细力，同样难以适用在平板微热管中；丝网式吸液芯平板微热管，单层多层丝网紧贴在管壁之上，但是采用细网时毛细抽吸力大但流动阻力亦增加，采用粗网的毛细抽吸力小但流动阻力小，会产生很大的热阻。热管吸液芯的设计制备目的是提升毛细抽力和渗透率，以保证吸液芯在提供足够的毛细压力和高渗透率的同时，还要起到强化传热的效果，这样不仅能提高热管的传热量和极限热流密度，还能提高热管的均温性保证热管安全高效的运行。

单一的吸液芯结构存在各自的缺点很难进一步提升传热性能。采用由两种或以上吸液芯结构或材料组成的复合吸液芯结构，来克服单一吸液芯结构所存在的不可避免的缺点，即沟槽吸液芯结构毛细力小、烧结吸液芯结构渗透率低和丝网吸液芯结构热阻大等问题，复合吸液芯结构能够综合单一吸液芯结构的优点，达到提高传热性能的目的。而且随着金属3D打印技术的发展，通过激光对金属粉末的选区烧结技术得到复杂的单层、双层或者多层的铜金属网状吸液芯结构。

因此采用由两种或以上吸液芯结构或材料组成的复合吸液芯结构，复合吸液芯结构克服单一吸液芯结构所存在的不可避免的缺点，即沟槽吸液芯结构毛细力小、烧结吸液芯结构渗透率低和丝网吸液芯结构热阻大等问题，复合吸液芯结构能够综合单一吸液芯结构的优点，达到提高传热性能的目的。

然而现有的复合吸液芯结构的结构简单，大多是网状结构，额外增加的吸液芯层大多是泡沫铜层等普通的薄层，这种一层是网状结构，另一层是普通薄层的结构的毛细回流效果差，蒸发和冷凝慢，传热量低。并且，如果想要做成多个网状结构层结合的方式，现有的制备工艺无法将多个网状结构层结合。

因而，现有的基于复合吸液芯结构的微热管一层是网状结构，另一层是普通薄层，毛细回流效果差，蒸发和冷凝慢，传热量低是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种多层复合吸液芯平板微热管及其制备方法，用于解决现有的基于复合吸液芯结构的微热管一层是网状结构，另一层是普通薄层，毛细回流效果差，蒸发和冷凝慢，传热量低的技术问题。

本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管，包括：微细沟槽基板、至少一层细网状结构、至少一层粗网菱形结构、支撑筋、上盖板；

所述细网状结构与所述粗网菱形结构通过所述支撑筋连接，所述细网状结构、所述粗网菱形结构和所述支撑筋组成吸液芯结构；

所述吸液芯结构设置于所述微细沟槽基板和所述上盖板之间，所述微细沟槽基板和所述上盖板形成密封结构。

优选地，所述支撑筋分别对称设置于所述细网状结构与所述粗网菱形结构的侧边；

对称设置的两个所述支撑筋之间通过3D打印系统的激光加工烧结结合。

优选地，所述细网状结构与所述粗网菱形结构为铜金属粉末通过3D打印系统的激光加工选区烧结而成。

优选地，所述微细沟槽基板上设置有长方形基槽，所述基槽上设置有微细槽。

优选地，所述基槽的深度为1～5mm，所述微细槽的宽度为50～200μm。

优选地，本发明实施例还包括注液管；

所述微细沟槽基板的侧边设置有侧边槽；

所述注液管设置于侧边槽上，用于对所述密封结构进行抽真空注液。

本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管制备方法，即上述的多层复合吸液芯平板微热管的制备方法，包括：

S1：导入预设的吸液芯结构图形并根据吸液芯结构图形交替反复进行铜金属粉末的逐层铺粉和对吸液芯结构图形中预设有结构的选区进行烧结成型，获得吸液芯结构；

S2：将所述吸液芯结构放置于预置的微细沟槽基板上并盖上上盖板，对所述微细沟槽基板和上盖板的贴合边缘进行焊接密封；

其中，预设有的结构包括细网状结构、粗网菱形结构和支撑筋。

优选地，所述步骤S1具体包括：

S1001：导入预设的吸液芯结构图形并铺设第一层铜金属粉末；

S1002：根据吸液芯结构图形中的第一层图形的预设有结构的选区进行烧结成型；

S1003：铺设下一层铜金属粉末；

S1004：根据吸液芯结构图形中的下一层图形的预设有结构的选区进行烧结成型；

S1005：重复步骤S1003至步骤S1004，直到吸液芯结构图形的所有层图形烧结完毕。

优选地，所述步骤S1之前还包括：

S0：通过铣刀在微细沟槽基板上开深度为1～5mm的长方形基槽，并在侧边开深度为1～2mm的侧边槽，然后通过光纤激光在长方形基槽内刻蚀出50～200μm宽的微细槽，在侧边槽中放置注液管。

优选地，所述步骤S2之后还包括：

S3：通过侧边槽中的注液管对焊接密封后的多层复合吸液芯平板微热管进行抽真空注液，然后将注液管封口。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管及其制备方法，通过细网状结构与粗网菱形结构组成吸液芯结构，并且将吸液芯结构密封放置于微细沟槽基板和上盖板之间，形成复合结构，通过细网状结构提供大的毛细抽吸压力，通过粗网菱形结构提升渗透率减小工质的回流阻力，从而提升工质毛细回流，促进蒸发和冷凝过程，获得更高传热量的平板微热管，解决了现有的基于复合吸液芯结构的微热管一层是网状结构，另一层是普通薄层，毛细回流效果差，蒸发和冷凝慢，传热量低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管的一个实施例的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管的一个实施例中的粗网菱形结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管的一个实施例中的细网状结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管制备方法的一个实施例的示意图；

图示说明：

1、上盖板；2、细网状结构；3、粗网菱形结构；4、支撑筋；5、微细沟槽基板；6、注液管。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种多层复合吸液芯平板微热管及其制备方法，用于解决现有的基于复合吸液芯结构的微热管一层是网状结构，另一层是普通薄层，毛细回流效果差，蒸发和冷凝慢，传热量低的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管的一个实施例，包括：微细沟槽基板5、至少一层细网状结构2、至少一层粗网菱形结构3、支撑筋4、上盖板1；

细网状结构2与粗网菱形结构3通过支撑筋4连接，细网状结构2、粗网菱形结构3和支撑筋4组成吸液芯结构；

吸液芯结构设置于微细沟槽基板5和上盖板1之间，微细沟槽基板5和上盖板1形成密封结构。

至少一层细网状结构2、至少一层粗网菱形结构3、支撑筋4组成的吸液芯结构主要由3D打印系统通过3D打印和激光加工做成。

支撑筋4分别对称设置于细网状结构2与粗网菱形结构3的侧边；

对称设置的两个支撑筋4之间通过3D打印系统的激光加工烧结结合。

细网状结构2与粗网菱形结构3为铜金属粉末通过3D打印系统的激光加工选区烧结而成。

细网状结构2与粗网菱形结构3具体为紫铜金属粉末、青铜金属粉末制成的结构。

微细沟槽基板5上设置有长方形基槽，基槽上设置有微细槽。

基槽的深度为1～5mm，微细槽的宽度为50～200μm。

微细槽具体由激光加工系统刻蚀而成；

微细槽可以是长条形的微细槽，与基板的中轴线成一定角度。

本发明实施例还包括注液管6；

微细沟槽基板5的侧边设置有侧边槽；

侧边槽的深度为1～2mm；

注液管6设置于侧边槽上，用于对密封结构进行抽真空注液。

本发明实施例也可以做成弯曲的平板微热管，只需把地板及相应的结构设计成弯曲的平板就行，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中的细网状结构2与粗网菱形结构3仅是本发明实施例的一个最优组合，本领域技术人员也可以根据实际情况设计更多形状和图案，以达到更好的效果。

请参阅图2，图2为本发明实施例中的粗网菱形结构3的示意图；

请参阅图3，图3为本发明实施例中的细网状结构2的示意图。

以下将对本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管制备方法的一个实施例进行详细的描述。

请参阅图4，本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管制备方法的一个实施例，即上述的多层复合吸液芯平板微热管的制备方法，包括：

S0：通过铣刀在微细沟槽基板上开深度为1～5mm的长方形基槽，并在侧边开深度为1～2mm的侧边槽，然后通过光纤激光在长方形基槽内刻蚀出50～200μm宽的微细槽，在侧边槽中放置注液管。

S1：导入预设的吸液芯结构图形并根据吸液芯结构图形交替反复进行铜金属粉末的逐层铺粉和对吸液芯结构图形中预设有结构的选区进行烧结成型，获得吸液芯结构；

步骤S1具体包括：

S1001：导入预设的吸液芯结构图形并铺设第一层铜金属粉末；

S1002：根据吸液芯结构图形中的第一层图形的预设有结构的选区进行烧结成型；

S1003：铺设下一层铜金属粉末；

S1004：根据吸液芯结构图形中的下一层图形的预设有结构的选区进行烧结成型；

S1005：重复步骤S1003至步骤S1004，直到吸液芯结构图形的所有层图形烧结完毕。

吸液芯结构图形中的预设有的结构包括细网状结构、粗网菱形结构和支撑筋，他们为三维的结构，在吸液芯结构图形中被切割成一层一层的图形，本发明实施例的步骤S1是根据切割形成的这个一层一层的吸液芯结构图形中的每一层图形进行逐层铺粉和烧结，最终形成细网状结构、粗网菱形结构和支撑筋的结构。

本发明实施例中的步骤S1具体是由3D打印系统(包含激光加工系统)根据预设的指令进行的。

S2：将吸液芯结构放置于预置的微细沟槽基板上并盖上上盖板，对微细沟槽基板和上盖板的贴合边缘进行焊接密封；

S3：通过侧边槽中的注液管对焊接密封后的多层复合吸液芯平板微热管进行抽真空注液，然后将注液管封口。

其中，预设有的结构包括细网状结构、粗网菱形结构和支撑筋。

与现有的技术相比，本发明的优点在于:

3D打印可控的吸液芯结构，上层方形细网状结构在汽液分界面上提供大的毛细抽吸压力，与液体接触的底层采用较粗的菱形网状提升渗透率减小工质的回流阻力；激光加工能够制备高深宽比，尺寸合适，不会对管壁进行破坏同时产生超亲水的表面，提高毛细沟槽的回流能力。

(1)所制备的复合吸液芯的单层、双层或多层结构可以通过3D打印的方式定向得到各种结构可以每层相同、也可得到多层各层不同的吸液芯结构；

(2)3D打印的网状结构可以再平板微热管内部起支撑作用防止内部沟槽吸液芯的压溃损坏，提升平板微热管强度；

(3)3D打印结构具有可定制的特点，针对不同尺寸大小，不同厚度容积大小的热管定制相应的吸液芯复合支撑结构；

(4)激光加工可以在二维平面任意扫描，3D打印可制备任意形状的吸液芯，对于弯曲的热管也可适用。

以下将对本发明实施例提供的一种多层复合吸液芯平板微热管制备方法的一个应用例进行详细的描述，本应用例为双层的复合吸液芯平板微热管制备方法，即细网状结构、粗网菱形结构各为一层。

(1)首先用铣刀在基板开1～5mm深的槽，优选的2mm槽，并然后侧边开一个1～2mm的微细槽，优选的1mm槽预准备放置注液管，然后通过光纤激光加工系统在槽内刻蚀出50～200μm宽的微槽，优选的150mm宽完成微细沟槽基板的加工；

(2)吸液芯结构图形在计算机辅助设计(CAD)软件中设计出，双层的上层为细网状结构下层为粗网菱形结构结构间通过支撑筋相连接并起支撑作用；

(3)将所设计三维结构图形导入至金属3D打印系统中，系统将三维图形进行切片处理，再通过铜金属粉末的逐层铺粉的同时，激光对有结构的选区进行烧结成形，之后再铺一层铜金属粉末再次烧结，如此交替往复得到三维的双层吸液芯结构；

(4)打印出来双层吸液芯结构贴紧放置在激光加工的微槽面上，形成复合吸液芯结构；

(5)之后在微细沟槽基板面盖上上盖板再对边缘进行焊接密封，并对通过注液口进行抽真空注液再将注液管封口完成整个热管的封装。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。