专利名称：热管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及导热结构，特别涉及一种热管及其制备方法。
背景技术：
热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热组件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。
近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。
如图1所示，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封在管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管管壳11内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b之间布置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；(3)蒸气14从蒸发段10a流到冷凝段10b；(4)蒸气14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后工作流体13回流到蒸发段10a。
从上述六个过程看出，管壳11在过程(1)和过程(5)中起到重要导热作用。
现有技术中热管管壳通常径向截面为方形、圆形、三角形等形状，表面光滑，材质为铜、铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛或其合金。上述金属或合金均具有较高导热能力，但是，表面光滑不利于热量对流、辐射和传导，从而不利于热管导热效率提升。
发明内容为解决现有技术中热管管壳表面光滑，不利于热管导热效率提升的技术问题，本发明的第一目的在于提供一种管壳表面具有微孔、导热效率高的热管。
本发明的第二目的在于提供制备一种管壳表面具有微孔的热管的方法。
本发明所提供的热管包括一中空的管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，其中管壳外表面上具有多个微孔。
本发明所提供的制备一种管壳表面具有微孔的热管的方法包括下列步骤提供一中空管；在中空管内壁形成一毛细结构作为吸液芯；将中空管内抽成真空，再往管内灌入适量液体作为工作流体；将工作流体密封在管内；以及在热管管壳表面形成多个微孔。其中在热管管壳表面形成微孔的步骤包括下列步骤清洁热管表面及腐蚀。
与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点热管的管壳表面通过腐蚀形成多个微孔，使得管壳表面粗糙，表面积增大，有利于热量辐射、对流和传导，从而提高热管导热效率。
图1是现有技术热管工作原理示意图。
图2是本发明热管径向截面示意图。
图3是本发明热管管壳平面展开示意图。
图4是本发明热管管壳表面微孔形成方法流程图。
具体实施方式下面结合图标来说明本发明所提供的热管的第一实施方式如图2所示，本发明所提供的热管20包括管壳21、毛细结构吸液芯22以及工作流体(未标示)，该管壳21表面具有多个微孔23(如图3所示)，该微孔直径小于100微米，优选为小于1微米；微孔深度小于管壳壁厚之1/10，优选小于100微米，特别优选小于1微米。
管壳21一般为铜管，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金。管壳21径向截面可以为标准圆形，也可以为异型，如椭圆形、正方形、矩形、三角形等。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米。
本实施方式采用圆形铜管，管径为4毫米，长50毫米，铜管外表面具有多个微孔。
吸液芯22可以为丝网型、沟槽型或烧结型。
丝网型吸液芯比较容易制作，在市场购置定型网目数的丝网，其材料一般为铜、不锈钢、铁丝网，可根据热管工作流体的兼容性来选定。丝网买来后经过清洗及必要的处理后卷制成所需要的形状插入热管。吸液芯紧贴管壳内壁非常重要，特别在蒸发段，如果出现吸液芯贴合管壳内壁不均匀，将出现局部过热。
沟槽型吸液芯为轴向沟槽或环向沟槽形式。轴向沟槽通过挤压和拉削而成；环向沟槽一般为加工方便而刻成螺纹型。
烧结型吸液芯孔隙率一般为40～50％，将大量填充用金属粉末粒子烧结而成。适当选择金属粉末粒子粒度，烧结后可得到不同空隙尺寸的吸液芯。烧结温度一般比烧结材料溶点低100～200℃。
本实施方式采用铜粉末烧结吸液芯，烧结的大致方法为于热管中央插入一根芯棒(可用不锈钢芯棒)，棒粗细代表将来蒸气腔内径大小，然后在芯棒和管壁所形成的环型空间中填入待烧结的金属铜粉末，将芯棒用支架固定后送入加热炉，在氢气保护下烧结约半小时，烧结温度为810℃～880℃。将管子从炉中取出，待冷却后抽出芯棒，并再次放入炉中烧结约一小时。
热管可采用纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体作为工作流体，也可在液体中添加导热材料的微粒，如铜粉等，以增加其导热性能。本实施方式采用纯水作为工作流体。
本实施方式的热管制作方法为提供一管径为4毫米，长50毫米的圆形铜管作为热管管壳21，在铜管内壁烧结一层金属铜粉作为吸液芯22，将铜管抽成真空，再往管内灌入适量纯水作为工作流体，然后将铜管密封，最后对热管表面进行腐蚀，使管壳21表面形成多个微孔23。
如图4所示，本发明在热管管壳表面形成复数微孔的方法包括下列步骤
步骤1，除油；本发明采用化学法除油，除油液为氢氧化钠(10～15g/L)、碳酸钠(20～30g/L)、磷酸三钠(50～70g/L)以及硅酸钠(5～10g/L)混合溶液，将该混合溶液加热到70～80℃，再将热管浸泡其中，直至热管表面干净。
步骤2，清洗；该步骤系用去离子水将热管表面的化学除油液冲洗干净。
步骤3，腐蚀；本发明采用三氯化铁溶液对铜进行腐蚀，首先配制PH值小于5的三氯化铁溶液，PH值越低，对铜腐蚀程度越大；常温下将洗净的热管放入该三氯化铁溶液中，浸泡适当时间，铜管被腐蚀，表面形成复数微孔，浸泡时间越长，腐蚀程度越大，微孔孔径与深度均增大。本步骤目的在于尽量增大热管管壳表面积，故应尽量保证微孔数量多，孔径小；另外，为防止管壁穿孔，应保证微孔深度小。因此，本发明所需的三氯化铁溶液酸性不宜过强，热管在三氯化铁溶液中浸泡时间不宜过长，根据三氯化铁溶液酸性强弱浸泡5～30秒即可。
步骤4，清洗；该步骤系用去离子水将热管表面的化学腐蚀剂冲洗干净。
步骤5，干燥；将热管放入通风处或特定仪器中风干，即可直接应用于电子器件的散热装置中。
本发明第二实施方式所提供的热管包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，其中管壳为方形铝管，其外表面具有多个微孔。毛细吸液芯为沟槽型吸液芯，其轴向沟槽通过挤压和拉削形成于管壳内壁。工作流体为庚烷。
在方形铝管管壳表面形成微孔的方法与第一实施方式提供的方法类似，包括步骤除油；清洗；腐蚀；清洗；干燥。其不同之处在于其中除油液为磷酸三钠(40g/L)与硅酸钠(10～15g/L)之混合液，在65～85℃条件下除油；化学腐蚀剂为磷酸溶液。
本发明第三实施方式所提供的热管包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，其中管壳为扁平不锈钢管，其外表面具有多个微孔。毛细吸液芯为一铁丝网，该铁丝网弹性良好，塞入管壳内之后能紧贴管壳内壁。工作流体为丙酮。
在不锈钢管管壳表面形成微孔的方法与第一实施方式提供的方法类似，包括步骤除油；清洗；腐蚀；清洗；干燥。其不同之处在于其中除油操作温度为80～90℃；化学腐蚀剂为氯水。
除典型热管之外，还有重力热管(即两相闭式热虹吸管，工作时蒸发段置于冷凝段下方)、旋转热管以及分离式热管等，上述热管中无毛细结构的吸液芯，工作时工作流体冷凝后依靠重力或离心力回流。该特殊热管管壳材质与普通热管没有本质区别，因此特殊热管管壳表面也可形成微孔，以增加管壳表面积，提高热管导热效率。
由于热管管壳表面通过腐蚀形成多个微孔，使得管壳表面粗糙，表面积增大，有利于热量辐射、对流和传导，从而热管导热效率提高。
权利要求
1.一种热管，其包括一中空管壳；一毛细吸液芯；以及密封在管壳内的工作流体；其特征在于管壳外表面具有多个微孔。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该微孔直径小于100微米。
3.如权利要求1所述的热管，其特征在于该微孔深度小于100微米。
4.如权利要求1所述的热管，其特征在于管壳材质包括铜、铝、铁、镍、钛、碳钢、不锈钢等金属或合金。
5.一种制备热管的方法，包括提供一中空管；在中空管内壁形成一毛细结构作为吸液芯；将中空管内抽成真空，再往管内灌入适量液体作为工作流体；将工作流体密封在管中；以及在热管管壳表面形成多个微孔；其中在热管管壳表面形成多个微孔的步骤包括下列步骤清洁热管表面和腐蚀。
6.如权利要求5所述的制备热管的方法，其特征在于清洁热管表面包括步骤除油，清洗。
7.如权利要求5所述的制备热管的方法，其特征在于中空管为铜管，腐蚀所采用的腐蚀剂为三氯化铁溶液。
8.如权利要求5所述的制备热管的方法，其特征在于中空管为铝管，腐蚀所采用的腐蚀剂为磷酸溶液。
9.如权利要求5所述的制备热管的方法，其特征在于中空管为不锈钢管，腐蚀所采用的腐蚀剂为氯水。
10.如权利要求5所述的制备热管的方法，其特征在于热管管壳表面形成多个微孔后进一步包括清洗，以去除热管表面残留的腐蚀剂。
全文摘要
本发明涉及一种热管及其制备方法。本发明所提供的热管，包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，其中该管壳表面通过腐蚀形成微孔，以增加管壳表面积，提高热管导热能力。本发明所提供的热管导热效率高，适合应用于电子器件的散热装置中。本发明还提供制备该热管的方法。
文档编号F28D15/04GK1621772SQ20031011240
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者简扬昌 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司