結熱管及其製備方法與流程

2023-05-23 15:52:31 1

本發明涉及熱管技術領域，具體涉及一種結熱管及其製備方法。

背景技術：

結熱管廣泛應用於宇航、軍事等行業，其充分利用熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，通過結熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外；結熱管的導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力，是一種傳熱性極好的人工構件；結熱管的工作原理為：在結熱管的蒸發段，管芯內的工作液受熱蒸發，並帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發潛熱，蒸汽從中心通道流向結熱管的冷凝段，凝結成液體，同時放出潛熱，在毛細力的作用下，液體回流到蒸發段。這樣，就完成了一個閉合循環，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。

常用的結熱管由三部分組成：管殼、管芯和工作液；管殼是受壓部件，要求由高導熱率、耐壓、耐熱應力的材料製造，管殼可以是標準圓形，也可以是異型的，如橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等。管芯是一種位於管殼內壁的毛細結構，通常用多層金屬絲網或纖維等以襯裡形式緊貼管殼內壁以減少接觸熱阻；工作液是導熱介質，結熱管主要依靠的就是工作液的氣、液相變進行傳熱的，由於工作液熱阻很小，因此具有很好的導熱能力。

現有技術中結熱管的管殼多為金屬無縫鋼管，管殼的材料種類也以銅居多。銅是電纜、電子元件中最常見的材料，其導熱性也很高，但是由於銅比較柔軟，導致現有的管殼硬度較低，容易發生變形，管殼變形，不僅會影響結熱管的傳熱性能，而且會大大降低結熱管的使用壽命。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種結熱管，不易變形，能有效提高結熱管的傳熱性能及使用壽命，同時提供上述結熱管的製備方法。

為達到上述目的，本發明的基礎方案如下：提供一種結熱管，包括管殼，設在管殼內壁的管芯，以及密封在管殼內的工作液體，管殼包括一體成型的白剛玉段和氮化硼段，白剛玉段佔管殼長度的1/2～5/6，氮化硼段佔管殼長度的1/6～1/2。

上述技術方案的工作原理和有益效果在於：白剛玉是一種主要以三氧化二鋁為原料，並含有少量氧化鐵、氧化矽等成分的物質，其質地緻密、硬度大、強度高、耐高溫、耐磨性好、導熱性好，且化學穩定性好，不易發生變形；氮化硼是一種超硬材料，硬度僅次於金剛石，可進一步提高結熱管的防變形功能，具有良好的導熱性，能有效提高結熱管的傳熱性能及使用壽命；且氮化硼與白剛玉的連接強度較大，能提高結熱管的整體強度，從而提高結熱管抗壓能力；本結熱管一端為白剛玉段，另一端為氮化硼段，且氮化硼段佔管殼整體的長度相對白剛玉段佔管殼整體的長度要小，氮化硼的成本較白剛玉較高，但氮化硼的硬度較白剛玉大，不僅能保證結熱管的整體抗變形能力，而且成本相對得以控制減少，生產成本少。

優選方案一：作為上述基礎方案的優選方案，管殼的外徑為65mm～100mm，內徑為55mm～90mm，高度為125mm～165mm。本技術方案中的結熱管整體尺寸較小，且管殼的外徑大小相對管殼的高度大小差異較小，相對於現有技術中高度大小遠遠大於管殼外徑大小的結熱管，本結熱管承受壓力的能力更強，抗變形能力也更強。

優選方案二：作為上述基礎方案或者優選方案一的優選方案，氮化硼段的自由端為圓形，白剛玉段的自由端為一凸起。將結熱管與其他工件接觸擠壓時，使本結熱管的氮化硼段處於擠壓力較強的一面，氮化硼段的自由端為圓形，可以讓氮化硼段和工件進行充分接觸；白剛玉段的自由端為一凸起，還有利於辨別區分氮化硼段和白剛玉段。

本發明提供的結熱管的製備方法，包括如下步驟：

a、備料：將白剛玉和氮化硼分別加熱至熔融狀態；

b、注塑：先將熔融狀態的白剛玉注入衝壓模具中，冷卻得固態的白剛玉，用壓頭衝壓白剛玉；再將熔融狀態的氮化硼注入衝壓模具，冷卻得固態的氮化硼，用壓頭衝壓氮化硼；製得一端為氮化硼段，另一端為白剛玉段的管殼；

c、管殼準備：清洗步驟b製得的管殼；

d、管芯製作：在管殼內壁形成毛細結構作為管芯；

e、充液：將管殼抽成真空，並向管殼內注入工作液體；

f、封口：將管殼的兩端封口。

上述技術方案的工作原理和有益效果在於：先將液態的白剛玉注塑到模具中並冷卻，形成中空的管狀結構，並用壓頭衝壓白剛玉，使得白剛玉內部的結構更加緊緻縝密，強度更高；然後再將熔融狀態的氮化硼注入白剛玉的頂部，有利於讓白剛玉和氮化硼的連接端面進行充分接觸，並冷卻氮化硼形成中空的管狀結構，再用壓頭衝壓氮化硼，不僅能使得氮化硼內部的結構更加緊緻縝密，而且也進一步提高了白剛玉和氮化硼的連接強度，製得的結熱管結構強度高，抗變形性能好，導熱性好，化學穩定性好，不易被環境中的酸或鹼等物質腐蝕，使用壽命長。將管殼進行充分清洗有利於後續毛細結構的形成，也有利於提高管殼真空度，保證工作液體浸潤管殼和管芯，還有助於防止封口時由於金屬不清潔而影響封口質量。優選方案三：作為上述結熱管的製備方法的優選方案，步驟a為將白剛玉經電弧加熱2200℃～2500℃至熔融狀態，將氮化硼經電弧加熱2800℃～3200℃至熔融狀態。通過電弧加熱至本技術方案中的溫度的方式熔融白剛玉和氮化硼，不僅環保，而且加熱效率高，加熱得到的白剛玉和氮化硼成分均勻，有利於提高後續管殼的結構緻密性。

優選方案四：作為優選方案三的優選方案，步驟b中白剛玉的冷卻溫度為30℃～45℃，氮化硼的冷卻溫度為35℃～80℃。將白剛玉冷卻至30℃～45℃，不僅能保證氮化硼和白剛玉的接觸端面進行充分的接觸，同時也能防止熔融狀態的氮化硼進入白剛玉的非端面區域中，使得白剛玉主體的內部結構不變，從而保證白剛玉的性能。

優選方案五：作為上述結熱管的製備方法的優選方案，步驟c中清洗管殼的溶液為硝酸和氫氟酸的混酸，且硝酸和氫氟酸的體積比為0.2～0.5:1。通過本技術方案中的體積比製得的混酸，可以充分去除結熱管表面的油汙、氧化皮及粗糙金屬顆粒等雜質，不僅結熱管表面光澤度好，更有利於提高後續的管芯製作、充液和封口效果，製得的結熱管質量好。

附圖說明

圖1是本發明結熱管的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

說明書附圖中的附圖標記包括：氮化硼段1、白剛玉段2。

實施例1

實施例基本如附圖1所示：提供一種結熱管，包括管殼，緊貼管殼內壁的管芯和密封在管殼內的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1佔管殼長度的1/2，白剛玉段2佔管殼長度的1/2，管殼的外徑為65mm，內徑為55mm，高度為125mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。

本實施例中結熱管的製備方法，包括如下步驟：

a、備料：將白剛玉經電弧加熱2200℃至熔融狀態，將氮化硼經電弧加熱2800℃至熔融狀態；

b、注塑：先將熔融狀態的白剛玉注入衝壓模具中，待白剛玉冷卻至30℃得固態的白剛玉後，用壓頭衝壓白剛玉；再將熔融狀態的氮化硼注入衝壓模具，待氮化硼冷卻至35℃得固態的氮化硼後，用壓頭衝壓氮化硼，製得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；

c、管殼準備：充分冷卻步驟b製得的管殼至室溫1h，並製備體積比為0.2:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗後用去離子水清洗管殼，同時也可以結合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；

d、管芯製作：在管殼內壁形成毛細結構作為管芯；

e、充液：將管殼抽成真空，並向管殼內注入適量液體作為工作液體；

f、封口：將管殼的兩端封口。

實施例2

本實施提供的一種結熱管，包括管殼，緊貼管殼內壁的管芯和密封在管殼內的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1佔管殼長度的1/3，白剛玉段2佔管殼長度的2/3，管殼的外徑為80mm，內徑為70mm，高度為140mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。

本實施例中結熱管的製備方法，包括如下步驟：

a、備料：將白剛玉經電弧加熱2350℃至熔融狀態，將氮化硼經電弧加熱2900℃至熔融狀態；

b、注塑：先將熔融狀態的白剛玉注入衝壓模具中，待白剛玉冷卻至35℃得固態的白剛玉後，用壓頭衝壓白剛玉；再將熔融狀態的氮化硼注入衝壓模具，待氮化硼冷卻至60℃得固態的氮化硼後，用壓頭衝壓氮化硼，製得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；

c、管殼準備：充分冷卻步驟b製得的管殼至室溫1.5h，並製備體積比為0.3:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗後用去離子水清洗管殼，同時也可以結合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；

d、管芯製作：在管殼內壁形成毛細結構作為管芯；

e、充液：將管殼抽成真空，並向管殼內注入適量液體作為工作液體；

f、封口：將管殼的兩端封口。

實施例3

本實施提供的一種結熱管，包括管殼，緊貼管殼內壁的管芯和密封在管殼內的工作液體，管殼包括氮化硼段1和白剛玉段2，其中氮化硼段1佔管殼長度的1/6，白剛玉段2佔管殼長度的5/6，管殼的外徑為100mm，內徑為90mm，高度為165mm；且氮化硼段1的自由端為圓形，白剛玉段2的自由端為一凸起。

本實施例中結熱管的製備方法，包括如下步驟：

a、備料：將白剛玉經電弧加熱2500℃至熔融狀態，將氮化硼經電弧加熱3200℃至熔融狀態；

b、注塑：先將熔融狀態的白剛玉注入衝壓模具中，待白剛玉冷卻至45℃得固態的白剛玉後，用壓頭衝壓白剛玉；再將熔融狀態的氮化硼注入衝壓模具，待氮化硼冷卻至80℃得固態的氮化硼後，用壓頭衝壓氮化硼，製得一端為氮化硼段1、另一端為白剛玉段2的管殼；

c、管殼準備：充分冷卻步驟b製得的管殼至室溫2.5h，並製備體積比為0.5:1的硝酸和氫氟酸混酸，清洗管殼，清洗後用去離子水清洗管殼，同時也可以結合超聲波清洗劑傾斜管殼，以進一步提高管殼的清潔效果；

d、管芯製作：在管殼內壁形成毛細結構作為管芯；

e、充液：將管殼抽成真空，並向管殼內注入適量液體作為工作液體；

f、封口：將管殼的兩端封口。

對比例1

本對比例提供的一種結熱管，包括管殼，緊貼管殼內壁的管芯和密封在管殼內的工作液體，管殼為銅管，且銅管的外徑為65mm，內徑為55mm，高度為125mm。

本實施例中結熱管的製備方法，包括如下步驟：

a、備料：將銅加熱1000℃至熔融狀態；

b、注塑：將熔融狀態的銅注入模具得銅管管殼；

c、管殼準備：用水清洗管殼；

d、管芯製作：在管殼內壁形成毛細結構作為管芯；

e、充液：向管殼內注入適量液體作為工作液體；

f、封口：將管殼的兩端封口。

分別選取十個實施例1、實施例2、實施例3以及對比例1製得的結熱管作為試驗樣本，進行理化試驗測試和可靠性壽命試驗，測得平均值，結果統計如表1所示：

表1

從上表可以看出，通過本發明製得的結熱管彎曲強度比現有技術中的銅管的彎曲強度大很多，導熱係數也相對較大，平均壽命也長很多，說明本技術方案中製得的結熱管硬度大，抗變形能力強，使用壽命也得到了提升，傳熱性能好。

以上所述的僅是本發明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發明的保護範圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護範圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用於解釋權利要求的內容。

《《《結尾》》》