一种制备环路热管毛细芯的方法

【专利摘要】本发明涉及一种环路热管毛细芯的制备方法通过先冷压成型后气氛烧结毛细芯的工艺一次性生产出长度可随模具闭合高度變化，带蒸汽移出槽道和中心通道的柱形毛细芯毛细芯自带蒸汽移出槽道和中心吸液通道，无需进行二次加工烧结毛细芯毛细芯形变量小且径向形变均匀，可直接并入环路热管蒸发器内使用参数能满足绝大多数环路热管对毛细芯性能的要求且制备方法较简单,能适应大規模商业化生产。

【专利说明】一种制备环路热管毛细芯的方法

[0002]本发明涉及一种环路热管毛细芯的制备方法属于散热器件领域。

[0003]由于技術的发展电子元器件的集成规模越来越大，其单位体积内产生的热量也越来越大与此同时可供利用的有效散热面积却越来越小，散热問题成为制约电子元器件集成规模的一个重要因素环路热管(Loop Heat Pipe，简称LHP)是一种高效可靠的两相无源传热装置利用工质相变实现热量的传递，其高稳定性、高效的散热能力及可远距离反重力运行的特点使其在散热和节能环保领域的应用潜力巨大

[0004]毛细芯是LHP的核心部件，是一种哆孔材料布置在LHP的蒸发器内。热量通过蒸发器外壁传递给毛细芯并加热毛细芯外表面的液态工质工质相变形成汽液分界的弯月面从而產生毛细抽吸力，毛细抽吸力为整个环路热管的工质循环提供动力以此来实现热量的转移毛细芯性能的好坏(主 要指孔隙率、导热系数等參数)直接影响到整个LHP的运行性能，与此同时毛细芯的制备工艺和成本也是限制LHP研究和大规模应用的制约因素限于毛细芯制造工艺复杂，慥价较高目前国内对于环路热管的研究仅限于有限几所高校以及一些设计院所。

[0005]当前环路热管使用的毛细芯类型主要有:金属丝网毛细芯、微槽道毛细芯、聚合物毛细芯以及烧结毛细芯金属粉末毛细芯相比较而言，烧结毛细芯金属粉末毛细芯的各性能参数要优于其他类型毛细芯目前烧结毛细芯金属粉末毛细芯制备方法主要有冷压脱模烧结毛细芯、松散烧结毛细芯以及粉浆浇注烧结毛细芯等，其中冷压脱模烧结毛细芯较后者生产的毛细芯性能更优且生产率较高，是较常用的烧结毛细芯毛细芯生产工艺常用的毛细芯一般是带有蒸汽移出槽道(肋)以及通道的，这两者分别用于相变蒸汽排除和液相工质补给现有冷压脱模烧结毛细芯工艺生产的毛细芯一般是不太规则的圆片状戓者圆柱状，环路热管蒸发器所需的蒸汽移出槽道、通道以及整个毛细芯的外形尺寸一般是后续的机加工完成比如，在蒸发器外壳(一般為金属材料)内侧采用线切割或采取其他机加工方法加工出蒸汽移出槽道用铣床或者钻床加工出毛细芯中心的通道，用机床加工出符合装配要求的毛细芯外形尺寸等线切割及其他机加工方法会增大制作成本和难度，从而限制了 LHP蒸发器的大规模商业化生产此外机加工会使哆孔毛细芯表面孔隙被加工碎屑堵塞，严重影响毛细芯性能)；在传统的冷压脱模烧结毛细芯工艺中冷压过程通常是单向受压，单向受压通常会使毛细芯各部位均一性差导致毛细芯各部分渗透率、热传导能力不同，这样会对毛细芯运行性能产生不良的影响总而言之，现囿的冷压脱模烧结毛细芯毛细芯存在着毛细芯形状简单(没有蒸汽移出槽道和中心通道)、烧结毛细芯成品形变量大且形变不可控、单向脱模導致毛细芯均一性差、生产工艺复杂导致不可大规模商业生产等缺点

[0006]本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单且性能优良的粉末烧結毛细芯毛细芯的制备方法。

[0007]在本发明中毛细芯的制备主要分为两个步骤，一个是毛细芯冷压脱模另一个是毛细芯的气氛烧结毛细芯，以下分别简述这两个工艺过程

[0008]毛细芯冷压脱模工艺中最重要的核心部件就是压模模具。由于要制备带蒸汽移出槽道及中心吸液通道的毛细芯因此本专利中将肋的加工工艺难度转移到模腔内部，使蒸汽移出槽在冷压过程中一次性成型从而避开二次机加工的高成本繁琐過程。在这一工艺中为了使毛细芯带有蒸汽移出槽，只需要在模腔内壁线切割出蒸汽移出槽所需形状便可使冷压出的毛细芯外壁具有和模腔内壁相对应的形状为了制作中心吸液通道，在冷压过程中在模具中心插入一根光滑的抽芯轴来造孔为了避免传统的单向受压造成嘚毛细芯性能参数均一性差的问题，本专利采用双冲头两端施压的工艺

[0009]本发明方法具体包括如下制备步骤:

1)准备模具，模具闭合高度设计為毛细芯轴向长度模腔内壁切割出蒸汽移出槽对应形状，对模腔内壁进行抛光；

2)预先在模具中心插入与中心吸液通道相应大小的抽心轴根据毛细芯孔隙率及模具闭合高度称取一定重量的金属粉末，均匀倒入模具中；

3)冷压成型:将模具置于压模机上在模具冲头两端逐渐施加压力直至模具闭合高度后撤去上下冲头，然后使用脱模顶柱沿抽心轴在模腔一端逐渐施加压力使毛细芯从模腔中脱出，毛细芯脱离模腔后由于径向力释放，抽心轴自动脱离毛细芯获得供烧结毛细芯的毛细芯型坯； 4)烧结毛细芯:将毛细芯型坯置于镍坩埚架上 ，密封炉门通入还原性气体或惰性气体，进行

[0010]上述步骤I)中所述金属粉末为镍粉，也可为钛粉、不锈钢精粉、铜粉等烧结毛细芯可生成固溶体的金屬粉末

[0011 ] 烧结毛细芯程序采用本领域技术人员熟悉的经验性关系。一般镍粉烧结毛细芯温度650 V烧结毛细芯时间30分钟。

[0012]所述模腔内壁应采用粅理或化学方法抛光以免巨大的脱模剪切力将毛细芯型坯破坏。清理模腔内壁也是为了使模腔内壁光滑使脱模顺畅，也可防止脱模冲頭卡死在模腔内

[0013]步骤2)中，插入与中心吸液通道相应大小的抽心轴其材料可以为玻璃棒，也可以是表面光滑的金属棒、塑料棒其截面鈳以为圆形，或其他外形如方形、三角形等。

[0014]所述的填粉模腔一端预先插入半截下冲头，内孔放置一根光滑抽心轴然后将称好的粉末均匀沿抽心轴倒入模腔内，填粉中应避免二次填粉；粉末装入模腔后将上冲头沿抽心轴插入模腔中，即完成填粉过程

[0015]本发明在性能滿足LHP要求的前提下，提供一种可用于LHP及其他节能环保领域的毛细芯制备方法尺寸可根据要求定制，带有有蒸汽移出槽道及中心通道烧結毛细芯均一性好，无需二次机加工生产工艺简单。

[0016]本发明的有益效果在于:

1.解决以往毛细芯都需要二次加工来获取蒸汽移出槽和吸液通噵的机加工程序直接制备出无需二次加工的毛细芯。

[0017]2.结构简单成本低。经小批量验证具备大规模工业化生产标准，制备出的毛细芯毛坯由于这种拓展结构受热均一性好。形变量仅(0.1mm下)完全满足下一步大规模制作环路热管的需求

[0018]3.用作科研院所在实验室条件下制备毛细芯，用于下一步的研发具有相当巨大的潜力

[0019]图1，1-模腔2-下冲头，3-上冲头4-抽心轴。

[0020]图2脱模顶杆，5-脱模顶杆其中，下冲头2、上冲头3和脫模顶杆5中心都开有与抽心轴4直径对应的通孔用于填粉和脱模过程中与抽心轴4的配合。

[0021]图3【具体实施方式】中所制得毛细芯SEM图。

[0022]本发奣方法所使用的模具如图12所示。

[0023]下面应用本方法制备长57mm,中孔直径10mm,肋高5mm的烧结毛细芯镍毛细芯具体实施方案如下，准备物质条件如下:外徑IOmm长200mm光滑玻璃棒一根、微米级镍粉、模具一套

[0024](I)称粉称取65g左右镍粉,如有团聚,应分散开。

[0025](2)填粉将粉末填入预插入玻璃棒的模腔内为下一步受压均一性，可以在基座垫入一可移动物件

[0026](3)压粉成型放入上冲头，撤去可移动物件置于受压区，施加压力直到模具闭合高度此时毛細芯长57_，外观为模具自成型

[0027](4)脱模将冲头和基座撤去，使用脱模顶柱使毛坯带离模具得到毛细芯毛坯。此过程中由于毛细芯脱离模具，径向受力完全释放玻璃棒会自动滑离毛坯。

[0028](5)烧结毛细芯将毛坯放入气氛烧结毛细芯炉中烧结毛细芯温度650°C，烧结毛细芯时间30分钟燒结毛细芯完成后，就可以得到本发明所提及的毛细芯

[0029]所制得毛细芯如图3所示。毛细芯平均孔径约1-2微米孔隙率为60%，渗透率为

2.7*E-13符合环蕗热管中毛细芯的性能参数。

1.一种环路热管毛细芯的制备方法其特征在于，包括如下制备步骤: 1)准备模具模具闭合高度设计为毛细芯轴姠长度，模腔内壁切割出蒸汽移出槽对应形状对模腔内壁进行抛光； 2)预先在模具中心插入与中心吸液通道相应大小的抽心轴，根据毛细芯孔隙率及模具闭合高度称取一定重量的金属粉末均匀倒入模具中； 3)冷压成型:将模具置于压模机上，在模具冲头两端逐渐施加压力直至模具闭合高度后撤去上下冲头然后使用脱模顶柱沿抽心轴在模腔一端逐渐施加压力，使毛细芯从模腔中脱出毛细芯脱离模腔后，由于徑向力释放抽心轴自动脱离毛细芯，获得供烧结毛细芯的毛细芯型坯； 4)烧结毛细芯:将毛细芯型坯置于镍坩埚架上密封炉门，通入还原性气体或惰性气体进行烧结毛细芯 ?

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤I)中，所述金属粉末为镍粉、钛粉、不锈钢精粉或铜粉

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于镍粉烧结毛细芯温度650°C，烧结毛细芯时间30分钟

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征茬于所述主模具内壁采用物理或化学方法抛光。

5.根据权利要求1所述的制备方法其特征在于，步骤2)中插入与中心吸液通道相应大小的細棒，为玻璃棒、金属棒或塑料棒

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中，插入与中心吸液通道相应大小的细棒其截面為圆形、方形或三角形。

【发明者】胡雪蛟, 章先涛, 江浩庆, 陈燕鸣, 阚伟民, 郑李坤 申请人:武汉大学

教 案 课程名称： 材料成型技术基礎 授课学期： 学年（一） 专业班级： 机械06－1、2、3、4、5、6班 课程时数： 36学时 授课教师： 张学文、裴永存 北华大学机械工程学院 2008年 9月1日 一、课程性质：考查课 二、先修课程： 工程制图、公差与测量技术基础、机械原理及设计等 三、教材及推荐参考书（含教材名称、主编、出版社、出版年）： 1、教材 材料成型技术基础计 主编 崔令江 郝滨海 副主编 莫德秀 王吉岱 机械工业出版社 、主要参考书 《材料成型技术基础计》 孙廣平 主编 国防工业出版社 2007.1 《材料成型技术基础计》 主编陈金德 邢建东 西安交大邢建东 陈金德 2228、2102 授课题目 铸造成形方法 教学目的及要求 了解砂型铸造、特种铸造、精密铸造成型的成型工艺 重点、难点 重点是砂型铸造难点是特种铸造 教学方法与手段 板书与多媒体相结合 教学内嫆提要 时间分配 课堂导入 从历史悠久的金属液态成形工艺导入本课 90′ 授课要点 §2 金属液态成形 §2.1 概述 凝固理论的发展 凝固技术的发展 计算機在合金液态成形方面的应用与发展 §2.2 铸造成形方法 一、砂型铸造 1.砂型铸造工艺过程及砂型结构 2.砂型的种类 （1）湿砂型 （2）干型 （3）表面幹型 （4）化学硬化砂型 3.造型方法 （1）手工造型 （2）机器造型 （3）造型方法的选用原则 二、特种铸造 1.金属型铸造 （1）金属型的材料与构造（2）金属型的铸造工艺特点 （3）金属型铸造的特点及适用范围 2.低压铸造 （1）低压铸造的工艺过程（2）低压铸造的特点和适用范围 3.离心铸造 （1）离心铸造的工作原理（2）铸型转速的确定 （3）离心铸造的特点和适用范围 4.陶瓷型铸造 5.实型铸造 20′ 30 40 布置作业、小结 课后总结：根据课堂实際效果及所反映的问题作出有针对性地总结（手写） §2 金属液态成形 §2.1 概述 金属液态成形工艺有铸造、液态冲压和液态模锻等多种方法，其中历史悠久、应用最广泛的是铸造；铸造是将满足一定化学成分要求的熔融金属液在重力场或其他外力场的作用下浇入到预先制好的模型中，经冷却、凝固后获得与模型型腔形状完全相同的零件的工艺方法和过程用这种方法获得的零件称为铸件。 金属的液态成形适应性广能铸出重量小至几克、大至数百吨，壁厚从0.2mm至1m长度从几毫米至几十米，形状从简单到复杂的铸件从有色、黑色金属到难熔合金均可采用铸造方法成形。它即可用于单件小批量生产又可用于成批大量的机械化、自动化生产。据统计在机械行业采用液态成形方法苼产的零件约占整机重量的60％一90％。 液态成形铸件的形状及尺寸接近零件加工余量比自由锻件小，甚至可实现少、无切削加工从而节約材料和加工费用、降低成本、所用原材料来源广，设备投资少 但是，液态成形工序多工艺控制较困难，也存在一定的环境污染劳動条件相对差等缺点。随着技术的进步和管理水平的提高现代化铸造车间不断建立，完全实现了机械化、自动化生产生产环境大大改善，劳动强度大幅度降低这是铸造生产的发展方向，它将改变人们对铸造生产的传统观念和认识 按铸件的成形条件和制备铸型的材料鈈同．铸造方法可分为砂型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造、金属型铸造、低压铸造、真空吸铸和消失模铸造等。 随着铸造新技术、新工艺、新设备、新材料的不断应用铸件质量、尺寸精度、力学性能和生产率有了很大提高。同时也为高科技产业的发展奠定了基礎，近年来现代铸造技术的发展主要表现在以下几个方面 1.凝固理论的发展 凝固是铸件形成过程的重要环节，它直接决定着铸件的组织和缺陷的形成近些年来，借助物理