熱管及其製備方法
2023-09-17 08:30:05
專利名稱：熱管及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種熱管，特別涉及一種管殼內壁形成有溝槽的熱管及其製備方法。
背景技術：
熱管是依靠自身內部工作流體相變實現導熱的導熱元件，其具有高導熱性、優良等溫性等優良特性，導熱效果好，應用廣泛。
近年來電子技術迅速發展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集及微型化，使得單位容積電子器件發熱量劇增，熱管技術以其高效、緊湊以及靈活可靠等特點，適合解決目前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題。
如圖9所示，典型熱管10由管殼11、吸液芯12(毛細結構)以及密封於管內的工作流體13組成。熱管10的製作通常先將管內抽成真空後充以適當工作流體13，使緊貼管內壁的吸液芯12中充滿工作流體13後加以密封。熱管10的一端為蒸發段10a(加熱段)，另一端為冷凝段10b(冷卻段)，根據應用需要可在蒸發段10a與冷凝段10b之間設置絕熱段。當熱管10蒸發段10a受熱時吸液芯12中工作流體13蒸發氣化形成蒸氣14，蒸氣14在微小壓力差作用下流向熱管10的冷凝段10b，凝結成工作流體13並放出熱量15，工作流體13再靠毛細作用沿吸液芯12流回蒸發段10a。如此循環，熱量15由熱管10的蒸發段10a不斷地傳至冷凝段10b，並被冷凝段10b一端的冷源吸收。
熱管10在實現導熱過程中，包含以下六個相互關聯的主要過程(1)熱量15從熱源通過熱管管殼11和充滿工作流體13的吸液芯12傳遞給工作流體13；(2)工作液體13在蒸發段10a內液-氣分接口上蒸發；(3)蒸氣14從蒸發段10a流到冷凝段10b；(4)蒸氣14在冷凝段10b內氣-液分接口上凝結；(5)熱量15從氣-液分接口通過吸液芯12、工作液體13及管殼11傳給冷源；(6)在吸液芯12內由於毛細作用使冷凝後的工作流體13回流到蒸發段10a。
從上述六個過程看出，吸液芯12在過程(1)與過程(5)中起到重要導熱作用，在過程(6)中對冷凝後的工作流體13迅速回流起到決定作用，因此，吸液芯12對於熱管10的正常有效地工作非常必要。
現有技術中吸液芯12一般為絲網型、溝槽型或燒結型。
其中溝槽型吸液芯是在熱管內壁加工出各種形狀的溝槽，如1977年1月25日公告的美國專利第4,004,441號所揭露的熱管毛細吸液芯，或通過在溝槽中填放吸液芯材料，或在熱管內壁上設置多孔性材料後在該材料上開設溝槽等形式而構成。
熱管溝槽型吸液芯一般分成軸向溝槽和環向溝槽兩種形式。
軸向溝槽通常由擠壓和拉削而成，有三角形槽、梯形槽、矩形槽及倒梯形槽等類型。環向溝槽是形成在熱管內壁圓周方向的凹槽，其可使液體達成良好的環向分布。溝槽尺寸越小，越有利於增大熱管的散熱面積及溝槽的毛細力，從而有利於提高熱管的傳熱效率。
由於一般熱管以抽拉成型方式製成，受限於該成型方式，溝槽深度難以控制，且每一溝槽間距較大，從而出現散熱面積受到限制、且毛細力不足的現象，導致回流的液體和氣體相互幹擾，影響熱管傳熱能力。為克服此缺陷，蔡政龍發明一種溝槽式熱管，揭露在2004年8月4日公開的中國專利第03100687.6號中，該溝槽式熱管是採用衝壓的方法在基片上形成溝槽，然後將該基片模塑成型成熱管。由於先在平面基片上形成溝槽，因此，溝槽深度、溝槽間距皆可控制，能得到較理想的熱管。
但是，上述衝壓方法形成的溝槽，由於受到衝壓方法的限制，其尺寸在微米級以上，因此，該衝壓方式形成的熱管，其傳熱效率仍有提升的空間。
發明內容本發明所要解決的第一技術問題是提供一種吸液芯毛細力大、散熱面積大的熱管。
本發明所要解決的第二技術問題是提供一種上述熱管的製備方法。
本發明解決第一技術問題的技術方案是提供一種熱管，該熱管包括一管殼及密封於管殼內的工作流體，其中該管殼內壁形成有溝槽，溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米。該溝槽起毛細吸液芯的作用，能將熱管冷凝段冷凝後的液態工作流體抽吸回蒸發段。
本發明解決第二技術問題的技術方案是提供一種上述熱管的製備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成深度及開口寬度均為10納米至1微米的溝槽；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內表面；將管內抽成真空，再填充適量工作流體，最後將管體密封。
其中在基片表面上形成溝槽的方法包括納米壓印。
與現有技術相比，本發明具有以下優點採用納米壓印的方法形成溝槽，該溝槽由於其具有納米級尺寸，使其毛細能力增強，並使得熱管管殼內表面的傳熱面積增大，增強熱管傳熱能力。
圖1是表面形成有溝槽的基板示意圖。
圖2是圖1中基板II部分局部放大示意圖。
圖3是將基板沿垂直於溝槽延伸方向捲起並焊接而成的管殼示意圖。
圖4是圖3中管殼IV部分局部放大示意圖。
圖5是將基板沿溝槽延伸方向捲起並焊接而成的管殼示意圖。
圖6是圖5中管殼VI部分局部放大示意圖。
圖7是將基板沿與溝槽延伸方向呈一定角度捲起並焊接而成管殼的示意圖。
圖8是圖7中管殼VIII部分局部放大示意圖。
圖9是現有技術熱管工作原理示意圖。
具體實施方式以下結合
本發明所提供的溝槽型熱管的結構及其製備方法如圖1和圖2所示，提供一基板1，並在基板1一表面上形成溝槽20。該基板1為一金屬薄板，如銅板、鋁板、鐵板、不鏽鋼板等。該溝槽20包括橫截面為V形、U形、矩形、弧形、梯形或倒梯形的溝槽，其中倒梯形溝槽是指溝槽底部比溝槽開口寬的形狀。圖2為圖1中基板1的局部放大示意圖，圖中所示溝槽20為橫截面為V形的溝槽，其中溝槽底部V形角度θ範圍為45度至90度，溝槽深度H為10納米至1微米，溝槽開口寬度L為10納米至1微米，相鄰兩溝槽的間距離W為20納米至1微米。
在基板1表面形成溝槽20的方法包括納米壓印技術，其步驟包括制模及壓印。
其中制模步驟可包括設計圖案，並製備具有該圖案的掩模，該圖案及圖案尺寸與本發明所要蝕刻的溝槽對應；提供一矽基片，在該矽基片上塗覆一光阻層；採用上述掩模覆蓋在該矽基片上曝光顯影；去除掩模，在顯影后的矽基片上形成一層金膜；在金膜上電鑄一層鎳；用氫氧化鉀等鹼液溶解去除矽；再用反應性離子蝕刻方法去除殘留的光阻層，得到複製有預定圖案且表面附有一層金膜的鎳模。
壓模也可以通過下列步驟得到設計圖案，並製備具有該圖案的掩模，該圖案及圖案尺寸與本發明所要蝕刻的溝槽對應；提供一鎳基片，在該鎳基片上塗覆一光阻層；採用上述掩模覆蓋在該鎳基片上曝光顯影；採用反應性離子蝕刻方法去除殘留的光阻層，得到複製有預定圖案的鎳模。
上述鎳模製成後，採用熱壓印方法在金屬基板1上形成溝槽20。該熱壓印過程包括在金屬基板1表面上塗覆壓印材料，加熱基板1使壓印材料軟化，將鎳模壓到壓印材料上壓印出預定圖形，蝕刻形成溝槽等過程。
如圖3所示，將表面形成有溝槽20的基板1成型成管30，形成有溝槽20的表面為管30的內表面。成型方法包括將基板1捲起成管30並焊接。當基板1沿與溝槽20延伸方向垂直的方向捲起，則溝槽在管體內壁沿管體軸向延伸，如圖4所示。當基板1沿溝槽延伸方向捲起成管40，則溝槽20為環向溝槽，每一溝槽形成一與管體中心軸垂直的圓環，如圖5和圖6所示。當基板1捲曲方向與溝槽延伸方向呈一非九十度或非零度的角度時，溝槽20在管殼內壁呈螺旋型延伸，如圖7和圖8所示。
將圖3、圖5或圖7所示的管體內抽成真空，再充入適量熱管工作流體，並將其密封在管體中，則製備出溝槽型熱管。其中工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液態工作流體，也可以進一步在液態工作流體中添加懸浮在液態工作流體中的導熱材料微粒，增強工作流體的傳熱性能。其中該導熱材料微粒包括銅粉、納米碳管、納米碳球或內部填充有納米級銅粉的納米碳管、納米碳球。
由於本發明採用先形成溝槽後成型熱管的方法製備熱管，並採用納米壓印技術形成溝槽，從而實現熱管溝槽型吸液芯具有納米級尺寸，使其毛細能力增強，並使得熱管管殼內表面的傳熱面積增大，從而使得熱管傳熱能力增強。
權利要求
1.一種熱管，其包括一中空管殼及密封於管殼內的工作流體，其特徵在於該管殼內壁形成有溝槽，溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米。
2.如權利要求1所述的熱管，其特徵在於該溝槽沿管殼軸向直線延伸。
3.如權利要求1所述的熱管，其特徵在於該溝槽在管殼內壁呈螺紋形排布。
4.如權利要求1所述的熱管，其特徵在於該溝槽在管殼內壁形成圓周環。
5.如權利要求1所述的熱管，其特徵在於該溝槽的橫截面包括V形、U形、矩形、弧形、梯形及倒梯形。
6.如權利要求5所述的熱管，其特徵在於該V型角度範圍為45度至90度。
7.如權利要求1或5所述的熱管，其特徵在於相鄰兩溝槽之間距離為20納米至1微米。
8.一種熱管制備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成一溝槽，該溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內表面；將管內抽成真空，再填充適量工作流體，最後將管體密封。
9.如權利要求8所述的熱管制備方法，其特徵在於基片材質包括銅、鋁、鐵或不鏽鋼。
10.如權利要求8所述的熱管制備方法，其特徵在於在基片一表面上形成溝槽的方法包括納米壓印。
全文摘要
本發明涉及一種熱管及其製備方法。該熱管包括一管殼及密封於管殼內的工作流體，其中該管殼內壁形成有溝槽，溝槽深度及其開口寬度均為10納米至1微米。本發明還提供該熱管的製備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成深度及開口寬度均為10納米至1微米的溝槽；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內表面；將管內抽成真空，再填充適量工作流體，最後將管體密封。
文檔編號B01D53/06GK1743783SQ200410051348
公開日2006年3月8日 申請日期2004年9月1日 優先權日2004年9月1日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司