专利名称：烧结式热管及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种传热装置及其制造方法，特别是关于一种利用毛细原理进行传热的烧结式热管及其制造方法。
背景技术：
现有散热领域中，热管由于具有传热快的特点而得到广泛应用，其是利用壳体内的工作液体在气、液两相变换时吸收或放出大量热的原理进行工作，壳体内壁上通常设置有便于冷凝液体回流的毛细结构，其功能是提供冷凝后液体加速回流所需的驱动力，该驱动力来源于毛细作用所产生的压力差，常用的毛细结构有沟槽状、丝网状或烧结式金属粉末状等。在使用时，热管之一端(蒸发端)置于高温热源处，壳体内的工作液体受热而蒸发成气态，该蒸气经由壳内空腔流向热管之另一端(冷凝端)后放出热量而冷凝成液态，该冷凝液体在壳体内壁毛细结构的吸附力下快速返回蒸发端并继续下一次工作循环。
现有热管内部的毛细结构一般是采用均匀且单一孔隙的多孔结构，如烧结式金属粉末结构。众所周知，毛细结构的毛细作用力的大小与多孔结构的孔隙大小成反比关系。当多孔结构间的孔隙较小时，其具有较大的毛细作用力，但此时回流液体回流时受到的摩擦阻力与粘滞力亦较大，即产生较大的回流阻力；反之，当多孔结构间的孔隙较大时，其对回流液体产生的阻力较小，但所具有的毛细作用力亦随之降低。因此，该结构单一的毛细结构无法同时兼顾较大的毛细作用力与较小的液体回流阻力。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种可兼顾毛细作用力与回流阻力的烧结式热管，以及该烧结式热管的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明烧结式热管包括金属壳体，该壳体内壁上设有毛细结构，该毛细结构是由颗粒尺寸大小彼此不同的至少三层粉末颗粒沿壳体的径向烧结形成，且该等粉末层的颗粒尺寸大小沿壳体内壁向外依递增或递减的顺序排布。
该烧结式热管的制造方法包括如下步骤(1)提供一金属壳体及至少三种颗粒尺寸大小彼此不同的粉末；(2)分批次将上述粉末以颗粒尺寸大小递增或者递减的顺序依次填入至壳体内，且每次填入一种颗粒尺寸的粉末时均以一芯棒作为结构层厚度的控制并作快速烧结；(3)所有粉末均填入壳体内后作整体烧结，烧结完成后将最后一次插入的芯棒抽出；(4)往壳体空腔内充入工作液体并密闭该壳体。
与现有技术相比较，本发明烧结式热管通过在壳体内壁上沿径向设置由颗粒尺寸大小彼此不同的多层金属粉末烧结形成的毛细结构，该多层毛细结构具有的毛细孔隙大小不一，其中颗粒尺寸较大的金属粉末层可以降低液体回流的阻力，而颗粒尺寸较小的金属粉末层则可以维持较强的毛细作用力，从而兼顾毛细结构的毛细作用力与冷凝液体的回流阻力。
下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明烧结式热管第一实施例的轴向剖面示意图。
图2是本发明烧结式热管第二实施例的轴向剖面示意图。
图3(A)至图3(C)是本发明第一实施例中的烧结式热管之制造方法过程示意图。
具体实施方式图1为本发明烧结式热管第一实施例的轴向剖面示意图，该烧结式热管10包括一金属壳体12，该壳体12内壁上形成有由烧结粉末颗粒构成的多层毛细结构14，该粉末颗粒可以为陶瓷粉末颗粒，或者为金属粉末颗粒如铜粉等，该多层毛细结构14沿壳体12的径向相互层叠设置，其中图中揭示为三层，即沿壳体12内壁向外依次为内层141，中间层142及外层143，且层与层之间所采用之颗粒尺寸大小彼此均不同并呈由壳体12内壁向轴心方向递增之顺序排布，内层141的粉末颗粒尺寸最小，中间层142次之，外层143粉末颗粒尺寸最大，即该三层由内至外按颗粒尺寸大小依次递增的顺序排布，如此构建所得之混合型毛细结构14，可同时兼顾较大的毛细作用力与较小的液体回流阻力，实现毛细作用力与回流阻力之间的优化，其中，颗粒尺寸较大的外层143由于具有较大的毛隙孔隙，可降低冷凝后的液体回流时所受到的回流阻力，而颗粒尺寸较小的内层141由于具有较小的毛隙孔隙，可维持较大的毛细作用力，使层与层之间产生一定的毛细压力差，即内层141比外层143具有更强的毛细作用力，使得冷凝后的液体容易由外层143往内层141渗入至充满整个管壁区域，同时，内层141较小颗粒尺寸的金属粉末可增大与壳体12间的热传接触面积，使高温热源处的热量更容易传递至壳体12内，提升热量传递，如此则可实现管内工作液体的良性循环传热。
图2为本发明烧结式热管第二实施例的轴向剖面示意图，该烧结式热管20与上述第一实施例不同之处在于其多层毛细结构在排布上刚好相反，即层与层之间毛细孔隙呈由轴心向壳体12内壁方向增大的顺序排布，内层241的粉末颗粒尺寸最大，而中间层242次之，外层243粉末颗粒尺寸则最小，如此，毛隙孔隙较小的外层243具有较强的毛细吸附力，可加速冷凝液体进入毛细结构的速度，并通过孔隙较大的内层241降低回流阻力，该热管20较适合于所需热管长度较短的工作环境。
图3(A)至图3(C)为本发明烧结式热管的制造方法过程示意图，图中仅针对第一实施例所述的烧结式热管进行说明。首先，通过筛选等方式准备三种颗粒尺寸大小彼此不同的金属粉末如铜粉，以供分梯次形成在壳体10内；然后，在预先制好的金属壳体10中插入一芯棒30a如铜柱，并于30a与壳体10内壁之间填入颗粒最小的金属粉末作快速初步烧结，如图3(A)所示；之后，抽出芯棒30a并替换另一尺寸较小的芯棒30b，此时于壳体10内填入另一种颗粒更大的金属粉末颗粒并作快速初步烧结，如图3(B)所示，其中快速烧结的目的在于使金属粉末颗粒暂时连接在壳体10上，当芯棒抽出后不致沿壳体10上散脱下来，以金属铜粉末为例，该快速烧结温度一般为630℃左右，接着重复该步骤，即抽出芯棒30b并替换另一尺寸较小的芯棒30c，并于壳体10内填入颗粒最大的金属粉末颗粒，如图3(C)所示，此时，所有颗粒大小的金属粉末均被填入壳体10内，即可进行金属粉末的整体烧结，针对金属铜粉末而言，该整体烧结温度为950℃左右，烧结完成后将最后一次插入的芯棒30c抽出；最后，往壳体10空腔内充入工作液体，抽成真空后并对该壳体10进行密闭，即制得本发明烧结式热管10。在上述填入金属粉末的过程中，改变各种颗粒大小的金属粉末填入顺序，即可得到本发明各个实施例之烧结式热管，如最初填入的金属粉末的颗粒最大，而以后每次填入的金属粉末的颗粒依次减小，则可得到上述第二实施例所述之烧结式热管。
当然上述方法亦同样适用第二实施例，为防止后填入的细粉掉入先填入的粗粉间隙中，可在层与层之间喷一层高分子黏结剂，该黏结剂在预烧或者最终烧结时可被烧除掉。
本发明中，亦可在上述三层毛细结构之基础上，再加设更多的毛细结构层，另外，根据所使用的壳体及芯棒形状之不同，亦可以制造出具有各种截面形状的多层烧结式热管，如圆形、方形、三角形或多边形等几何形状。
权利要求
1.一种烧结式热管，其包括金属壳体，该壳体内壁上设有毛细结构，其特征在于该毛细结构是由颗粒尺寸大小彼此不同的至少三层粉末颗粒沿壳体的径向烧结形成，且该等粉末层的颗粒尺寸大小沿壳体内壁向外依递增或递减的顺序排布。
2.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于该粉末颗粒为金属粉末或陶瓷粉末。
3.如权利要求2所述的烧结式热管，其特征在于该金属粉末为铜粉。
4.如权利要求1所述的烧结式热管，其特征在于该粉末颗粒层为三层。
5.一种烧结式热管的制造方法，包括如下步骤(1)提供一金属壳体及至少三种颗粒尺寸大小彼此不同的粉末；(2)分批次将上述粉末以颗粒尺寸大小递增或者递减的顺序依次填入至壳体内，且每次填入一种颗粒尺寸的粉末时均以一芯棒作为结构层厚度的控制并作快速烧结；(3)所有粉末均填入壳体内后作整体烧结，烧结完成后将最后一次插入的芯棒抽出；及(4)往壳体空腔内充入工作液体并密闭该壳体。
6.如权利要求5所述的烧结式热管的制造方法，其特征在于所提供的粉末为金属粉末或陶瓷粉末。
7.如权利要求6所述的烧结式热管的制造方法，其特征在于该金属粉末为铜粉。
8.如权利要求5所述的烧结式热管的制造方法，其特征在于快速烧结的温度为630℃左右。
9.如权利要求5所述的烧结式热管的制造方法，其特征在于整体烧结的温度为950℃左右。
全文摘要
本发明公开了一种烧结式热管及其制造方法，该方法包括如下步骤(1)提供一金属壳体及至少三种颗粒尺寸大小彼此不同的金属粉末；(2)分批次将上述金属粉末以颗粒尺寸大小递增或者递减的顺序依次填入至壳体内，且每次填入一种金属粉末时均以一芯棒作为结构层厚度的控制并作快速烧结；(3)所有金属粉末均填入壳体内后作整体烧结，烧结完成后将最后一次插入的芯棒抽出；(4)往壳体空腔内充入工作液体并密闭该壳体，从而得到本发明烧结式热管，其内壁上形成有相互层叠的多层毛细结构，且按颗粒尺寸大小依递增或者递减的顺序排布。
文档编号F28D15/04GK1815130SQ200510033210
公开日2006年8月9日 申请日期2005年2月4日 优先权日2005年2月4日
发明者吴荣源, 洪居万, 骆长定, 郑景太 申请人:富准精密工业(深圳)有限公司, 鸿准精密工业股份有限公司