熱管的製造方法以及製造熱管的治具的製作方法

2023-04-23 22:18:41

專利名稱：熱管的製造方法以及製造熱管的治具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱管的製造方法、及適用該方法的治具，特別是涉及一種複合型熱管的製造方法、及適用該方法的治具。
背景技術：
由於熱管具有較佳的散熱能力，因此可以有效率的將熱由熱源快速的帶離，達到快速散熱的目的。近年來，熱管被廣泛的利用在運作時會產生高溫的電子元件上(例如中央處理器)，以有效的將其所產生的熱能移除。一般來說，傳統熱管可分為蒸發部、絕熱部以及冷凝部三個區域。當熱管的蒸發部受熱時。熱量由管壁傳入毛細結構，並使工作流體於液汽界面蒸發，隨著流體的持續蒸發， 蒸發部具有較大的蒸氣壓，迫使傳送蒸氣流經絕熱部併到達冷凝部凝結。此外，凝結的工作流體在毛細結構的作用下向受熱端回流，如此往復循環使熱量其由一端傳至另一端，由於流體循環速度快，加之選用比熱大、密度大、黏度小的工作液體，從而熱管具有高效的熱傳導性能且可實現遠距離傳熱。粉末與粉末間的孔徑大小、孔隙率、以及滲透率為影響熱管最為重要的三大參數。以燒結式熱管而言，影響此些參數的製造條件包括了燒結粉末的幾何形狀、平均粒徑、燒結溫度、燒結時間等。文獻指出熱管的蒸發部、絕熱部、冷凝部的燒結層對於上述三種參數的需求是不一樣的。在一理想的狀況下，蒸發部較佳是具有較小的粉末粒徑、而絕熱部與冷凝部則需選用較大的粉末粒徑，原因是因為蒸發部需要較大毛細力補充液體與較多的蒸發麵積進行熱交換，而絕熱部與冷凝部用來快速傳輸液體流經毛細結構故流體阻抗要越小越好。為得到上述具有不同粉末粒徑的熱管，一種現有的作法是使用兩種以上的粉末粒徑來進行熱管的製造，然而由於粉末的物料管控不易與生產效率低，並不適合大量生產。

發明內容
為解決上述問題，本發明提出一種熱管的製造方法，其包含提供中空管，中空管具有開放端與封閉端；由開放端置入中心棒於中空管內，中心棒與中空管的內壁相隔一預定距離，其中中心棒包含至少第一部分及至少一第二部分，且第一部分的熱膨脹係數大於第二部分的熱膨脹係數；填入粉體於中心棒與中空管之間；對中空管進行一燒結製作工藝，使粉體形成至少第一燒結區及至少一第二燒結區，其中第一燒結區是由與中心棒的第一部分相鄰的粉體經燒結製作工藝後所形成，而第二燒結區是由與中心棒的第二部分相鄰的粉體經燒結製作工藝後所形成，且其中第一燒結區的厚度小於第二燒結區的厚度；以及，抽出中心棒；注入工作流體於中空管；以及密封中空管的開放端。本發明也提出一種製造熱管的治具，施用於本發明所述的熱管制造方法，治具為中心棒，中心棒包含第一部分及第二部分，而第一部分的熱膨脹係數大於第二部分的熱膨脹係數。
以下通過數個實施例及比較實施例，以更進一步說明本發明的方法、特徵及優點，但並非用來限制本發明的範圍，本發明的範圍應以所附的權利要求為準。


圖I為本發明一實施例所述的熱管制造方法的步驟流程圖；圖2-圖7為一系列剖面結構圖，用以說明本發明一實施例所述的熱管制造方法；圖8為本發明另一實施例所述的熱管制造方法所得的熱管剖面結構圖；圖9為本發明又一實施例所述的熱管制造方法所得的熱管剖面結構圖。主要元件符號說明·10 中空管；11 封閉端；12 中心棒；12a 第一部分；12b 第二部分；13 開放端；15 中空管內壁；16 粉體；18 燒結層；18a 第一燒結區；18b 第二燒結區；20 工作流體；50 燒結製作工藝；100 熱管；101 步驟；102 步驟；103 步驟；104 步驟；105 步驟；106 步驟；107 步驟；T 粉體厚度；Tl 第一燒結區厚度；以及T2 第二燒結區厚度。
具體實施例方式本發明揭露一種熱管的製造方法、及適用該方法的治具。該熱管制造方法的特徵在於使用一具有不同熱膨脹係數部分的中心棒，並裝填單一粉體進行燒結，得到具有不同厚度(即不同粉體壓縮率、燒結層密度、及孔隙率)的燒結層，使得所得的熱管具有低孔隙率(增加毛細力的效果)的蒸發部、以及高孔隙率(即滲透率高、流體阻抗小、易於工作流體輸送)的絕熱部與冷凝部，大幅提升熱管的最大熱傳量。為了達成前述目的，本發明所述的熱管的製造方法，包含下列步驟提供一中空管，該中空管具有一開放端與一封閉端；由該開放端置入一中心棒於該中空管內，該中心棒與該中空管的內壁相隔一預定距離，其中該中心棒包含至少一第一部分及至少一第二部分，且該第一部分的熱膨脹係數大於該第二部分的熱膨脹係數；填入一粉體於該中心棒與該中空管之間；對該中空管進行一燒結製作工藝，使該粉體形成一燒結層；待燒結製作工藝完成後，降至室溫，抽出該中心棒；在抽真空後，注入一工作流體於該中空管；以及，密封該中空管的開放端，得到本發明所述的熱管。由於該中心棒具有不同熱膨脹係數的部分，因此在燒結的過程中，具有較高熱膨脹係數的第一部分其膨脹量會大於具有較低熱膨脹係數的第二部分，因此會加強擠壓該粉體，使得所得的燒結層會具有不同厚度(不同燒結層密度)的區域，導致所得的燒結層包含具有不同孔隙率及滲透率的區域，進而劃分為熱管的蒸發部、絕熱部、或是冷凝部。 此外，本發明也提供一種製造熱管的治具，其為一中心棒，該中心棒包含至少一第一部分及至少一第二部分，而該第一部分的熱膨脹係數大於該第二部分的熱膨脹係數。為了詳細說明本發明所述熱管制造方法的特點所在，茲舉以下的實施例並配合

如後。根據本明一實施例，本發明所述的熱管的製造方法，可包含以下步驟，請參照圖I 首先，提供一中空管10(步驟101)，該中空管10具有一封閉端11與一開放端13，請參照圖2。該中空管10的材質可為具有高導熱效果的金屬或合金，例如銅、鋁、鐵、鎳、鈦、不鏽鋼等金屬或其合金。該中空管的外圍徑向截面可為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。此夕卜，該中空管的內壁徑向截面也可為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。接著，將一中心棒12由該開放端13置入該中空管10內，使得該中心棒12與該中空管10的內壁15相隔一預定距離(步驟102)，請參照圖3。其中該中心棒12包含一第一部分12a及一第二部分12b，且該第一部分12a的熱膨脹係數大於該第二部分12b的熱膨脹係數。一般來說，該中心棒的材質可為鋁、鋁合金、或是不鏽鋼。值得注意的是，為方便在後續步驟取出，本發明所述的中心棒12可在室溫下具有一單一截面，而該心棒的截面可為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。本發明所述熱管的製造方法其特點在於使用一具有不同熱膨脹係數部分的中心棒12，通過該中心棒第一部分12a及第二部分12b的熱膨脹係數差異，使得中心棒在燒結過程中第一部分12a及第二部分12b的膨脹量不同，得到不同厚度及密度的燒結層區域。基於上述，調控中心棒12第一部分12a及第二部分12b的熱膨脹係數的差異及達成其的技術手段，則為本發明的重心所在，此部分將於後續步驟中詳述。接著，將一粉體16填滿該中心棒12與該中空管10之間(步驟103)，請參照圖4。此時，填入該容置空間14的粉體16具有一厚度T。所使用的粉體16為單一種類的粉體，即具有相同的粒徑。所使用的粉體可例如銅粉、鈦粉、納米碳材、或其結合。接著，對該中空管12進行一燒結製作工藝50，使該粉體形成一燒結層18(步驟104)，請參照圖5。在該燒結製作工藝50中，該中空管10在一固定的燒結溫度(指該中空管的各段在相同的燒結溫度下)下進行燒結，該燒結溫度可介於900-1100°C。值得注意的是，由於該中心棒12的第一部分12a的熱膨脹係數大於第二部分12b的熱膨脹係數，因此在燒結的過程中，該粉體16與該中心棒第一部分12a相鄰的部分會受到較大的擠壓，因此會形成厚度相對較薄的第一燒結區18a(具有一厚度Tl、及一壓縮率Cl (Cl = T1/T)) 』另一方面，該粉體16與該中心棒第二部分12b相鄰的部分會受到較小的擠壓，因此會形成厚度相對較厚的第二燒結區18b (具有一厚度T2、及一壓縮率C2 (Cl = T2/T)，厚度T2大於厚度Tl、壓縮率Cl大於壓縮率C2)。一般來說，壓縮率Cl及C2可大於或等於I %，較佳是介於10-90%之間。在此實施例中，第一燒結區18a由於具有較高的燒結層密度、低的孔隙率，故具有增加毛細力的效果，可作為熱管的蒸發部；此外，第二燒結區18b由於具有較低的燒結層密度、高的孔隙率，故具高的滲透率，使得流體阻抗較小(絕熱部與冷凝部)，可作為熱管的絕熱部與冷凝部。為形成具有較高燒結層密度的第一燒結區18a及具有較低燒結層密度的第二燒結區18b，本發明作為治具的中心棒其各段熱膨脹係數必須有所區別。該具有熱膨脹係數部分的中心棒，主要可通過熱處理技術，控制該中心棒(例如不鏽鋼棒)的金相組織與成分，例如在同一不鏽鋼棒製作出含304不鏽鋼的部分(第一部分12a)，及具有430不鏽鋼的部分(第二部分12a)。大體來說，不鏽鋼的熱膨脹係數與金相組織結構有關，304不鏽鋼屬於·沃斯田體系(Austenitic)不鏽鋼,而430不鏽鋼,屬於肥粒體系(Ferritic)不鏽鋼。沃斯田體系的熱膨脹係數會高於肥粒體系的不鏽鋼，工業最常用的就是304不鏽鋼與430不鏽鋼，熱膨脹係數相差了 I. 5倍(304不鏽鋼含碳量在O. 08%以下，含鉻18 20%，含鎳8 11%，其熱膨脹係數在982°C時是18. 8X10E-6m/m-K ；430不鏽鋼含碳量在O. 12%以下，含鉻14 18%，熱膨脹係數較小，性質接近碳鋼，其熱膨脹係數在982°C時是11. 9X10E-6m/m-K)。本發明所述的熱管制造方法所使用的治具(中心棒)，其第一部分的熱膨脹係數與該第二部分的熱膨脹係數的比值可介於I. 01至2. 00之間。該第一部分與該第二部分的熱膨脹係數的比值的選用是依據該粉體16的厚度、以及所欲形成的熱管的用途。舉例來說，當粉體16的厚度小於O. 3mm時，該中心棒第一部分的熱膨脹係數與該第二部分的熱膨脹係數的比值可介於I. 01-1. I。此外，當粉體16的厚度小於IOmm時，要避免該第一部分熱膨脹係數與該第二部分熱膨脹係數的比值大於2. 00，以免在第一燒結區18a及第二燒結區18b之間出現斷點。請參照表1，是舉例列出本發明所述的中心棒，其具有不同熱膨脹係數部分，所適合選用的不鏽鋼型號，而本發明所述的中心棒可為該表中所列的不鏽鋼型號任意選取二者所製作而得
權利要求
1.一種熱管的製造方法，包含 提供一中空管，該中空管具有開放端與封閉端； 由該開放端置入一中心棒於該中空管內，該中心棒與該中空管的內壁相隔一預定距離，其中該中心棒包含至少一第一部分及至少一第二部分，且該第一部分的熱膨脹係數大於該第二部分的熱膨脹係數； 填入一粉體於該中心棒與該中空管之間； 對該中空管進行一燒結製作工藝，使該粉體形成至少一第一燒結區及至少一第二燒結區，其中該第一燒結區由與該中心棒的第一部分相鄰的該粉體經該燒結製作工藝後所形成，而該第二燒結區由與該中心棒的第二部分相鄰的該粉體經該燒結製作工藝後所形成， 且其中該第一燒結區的厚度小於該第二燒結區的厚度； 抽出該中心棒； 注入一工作流體於該中空管；以及 密封該中空管的開放端。
2.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中心棒的材質為不鏽鋼，該第一部分的熱膨脹係數與該第二部分的熱膨脹係數的比值介於I. Ol至2. 00之間。
3.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中空管的材質為銅、鋁、鐵、鎳、鈦、不鏽鋼等金屬或其合金。
4.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該粉體為銅粉、鈦粉、納米碳材、或其結口 ο
5.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該工作流體包含純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷、或其混合。
6.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中心棒具有一單一截面。
7.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中空管的外圍徑向截面為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。
8.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中空管的內壁徑向截面為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。
9.如權利要求I所述的熱管的製造方法，其中該中心棒的截面為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。
10.一種製造熱管的治具，其為一中心棒，該中心棒包含至少一第一部分及至少一第二部分，而該第一部分的熱膨脹係數大於該第二部分的熱膨脹係數。
11.如權利要求10所述的製造熱管的治具，其中該中心棒材質為不鏽鋼，該第一部分的熱膨脹與該第二部分的熱膨脹係數的比值介於I. 01至2. 00之間。
12.如權利要求10所述的製造熱管的治具，其中該中心棒具有一單一截面。
13.如權利要求10所述的製造熱管的治具，其中該中心棒的截面為圓形、橢圓形、多邊形、或其結合。
全文摘要
本發明公開一種熱管的製造方法、以及製造熱管的治具。熱管的製造方法包含提供中空管，中空管具有開放端與封閉端；由開放端置入中心棒於中空管內，中心棒與中空管的內壁相隔預定距離，中心棒包含至少一第一部分及至少一第二部分，且第一部分的熱膨脹係數大於第二部分的熱膨脹係數；填入粉體於中心棒與中空管之間；對中空管進行燒結製作工藝，使粉體形成至少一第一燒結區及至少一第二燒結區。
文檔編號F28D15/02GK102954721SQ201110259568
公開日2013年3月6日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年8月19日
發明者周煒程 申請人:緯創資通股份有限公司