專利名稱：熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種應(yīng)用于電子散熱裝置中的熱管及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱管是依靠自身內(nèi)部工作流體相變實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的導(dǎo)熱組件，其具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)良等溫性等優(yōu)良特性，導(dǎo)熱效果好，應(yīng)用廣泛。
近年來電子技術(shù)迅速發(fā)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(fā)熱量劇增，熱管技術(shù)以其高效、緊湊以及靈活可靠等特點(diǎn)，適合解決目前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題。
請參閱圖1，典型熱管10由管殼11、吸液芯12(毛細(xì)結(jié)構(gòu))以及密封在管內(nèi)的工作流體13組成。熱管10的制作通常先將管內(nèi)抽成真空后充以適當(dāng)工作流體13，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯12中充滿工作流體13后加以密封。熱管10的一端為蒸發(fā)段10a(加熱段)，另一端為冷凝段10b(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要可在蒸發(fā)段10a與冷凝段10b的間布置絕熱段。當(dāng)熱管10蒸發(fā)段10a受熱時吸液芯12中工作流體13蒸發(fā)氣化形成蒸氣14，蒸氣14在微小氣壓差作用下流向熱管10的冷凝段10b，凝結(jié)成工作流體13幷放出熱量15，工作流體13再靠毛細(xì)作用沿吸液芯12流回蒸發(fā)段10a。如此循環(huán)，熱量15由熱管10的蒸發(fā)段10a不斷地傳至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
熱管10在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱過程中，包含以下六個相互關(guān)聯(lián)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(fā)段10a內(nèi)液-氣分界面上蒸發(fā)；(3)蒸氣14從蒸發(fā)段10a流到冷凝段10b；(4)蒸氣14在冷凝段10b內(nèi)氣-液分界面上凝結(jié)；(5)熱量15從氣-液分界面通過吸液芯12、工作液體13及管殼11傳給冷源；(6)在吸液芯12內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作流體13回流到蒸發(fā)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(dǎo)熱作用，在過程(6)中對冷凝后的工作流體13迅速回流起到?jīng)Q定作用，因此，吸液芯12對于熱管10的正常有效地工作非常必要。
現(xiàn)有技術(shù)中吸液芯12一般為絲網(wǎng)型、溝槽型或燒結(jié)型。
其中燒結(jié)型吸液芯是將大量填充用金屬粉末粒子在熱管管殼內(nèi)壁燒結(jié)而成，因而能確保吸液芯與熱管管殼內(nèi)壁良好接觸，從而使得熱管導(dǎo)熱均勻迅速。如1981年6月23日公告的美國專利第4,274,479號揭露一種燒結(jié)型熱管吸液芯，該吸液芯采用金屬粉體或陶瓷粉體燒結(jié)而成，緊貼熱管管殼內(nèi)壁，毛細(xì)力大，毛細(xì)性能好。但是，傳統(tǒng)燒結(jié)型吸液芯一般熱阻較大，不利于熱管導(dǎo)熱能力提高。2002年11月27日公告的中國專利第02205487.1號揭露一種熱管，其吸液芯采用碳納米管等納米材料燒結(jié)而成，納米碳管具有強(qiáng)導(dǎo)熱性能，但是碳納米管成本較高。
絲網(wǎng)型吸液芯是采用一定網(wǎng)目數(shù)的銅、不銹鋼或鐵絲網(wǎng)，經(jīng)過清洗及必要的處理后卷制成所需要的形狀插入管殼而成。但是，直接插入管殼的吸液芯依靠其彈性張力貼于熱管管殼內(nèi)壁，彈性不夠時，易出現(xiàn)吸液芯貼合管殼內(nèi)壁不嚴(yán)實(shí)、不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致熱管導(dǎo)熱效率降低。
溝槽型吸液芯如2004年3月2日公告的美國專利第6,698,502號所揭示，在管殼內(nèi)壁形成微小溝槽，溝槽尺寸越小，毛細(xì)性能越好。為達(dá)到較佳毛細(xì)性能，常采用電子束刻蝕等方法形成微米級甚至納米級尺寸的溝槽，而電子束刻蝕等工藝成本高。
有鑒于上述內(nèi)容，提供一種吸液芯緊貼熱管管殼內(nèi)壁、毛細(xì)性能強(qiáng)、成本低、導(dǎo)熱效率高的熱管非常必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種吸液芯緊貼熱管管殼內(nèi)壁、毛細(xì)性能強(qiáng)、成本低、導(dǎo)熱效率高的熱管，并提供上述熱管的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種熱管，該熱管包括一中空的管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯以及充滿毛細(xì)吸液芯并密封于管殼內(nèi)的工作流體，其中毛細(xì)吸液芯包括一納米二氧化鈦層。
所述納米二氧化鈦為管狀晶體，該管狀晶體內(nèi)徑為10～200納米。
以及，提供一種熱管制備方法，其包括下列步驟提供一中空管；在中空管內(nèi)壁形成一納米二氧化鈦層；將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；將工作流體密封于管內(nèi)。
優(yōu)選地，采用溶膠-凝膠法在中空管內(nèi)壁形成一納米二氧化鈦層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述熱管有以下優(yōu)點(diǎn)熱管的毛細(xì)吸液芯包括納米二氧化鈦層，二氧化鈦導(dǎo)熱系數(shù)高，且由于該納米二氧化鈦為管狀晶體，其內(nèi)徑具有納米級尺寸，使得吸液芯孔隙率大，毛細(xì)性能強(qiáng)，能加快工作流體回流速度，故熱管導(dǎo)熱效率提高；另，納米二氧化鈦層采用溶膠-凝膠法形成于管殼內(nèi)壁，能緊貼管殼內(nèi)壁，且制程簡單，成本低。

圖1是熱管工作原理示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施方式所提供的熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)徑向截面示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖標(biāo)來說明熱管的實(shí)施方式請參閱圖2，本實(shí)施方式所提供的熱管20包括管殼21、毛細(xì)吸液芯22以及工作流體(未標(biāo)示)，其中毛細(xì)吸液芯22為納米二氧化鈦層。
管殼21一般為銅管，也可根據(jù)不同需要采用不同材料，如鋁、鐵等金屬。管殼21徑向截面可以為標(biāo)準(zhǔn)圓形，亦可以為異型，如橢圓形、正方形、矩形、三角形等。管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至數(shù)十米。管殼21可以為直管，亦可以為不同形狀的彎管。
毛細(xì)吸液芯22是采用溶膠-凝膠法制備的納米二氧化鈦層，二氧化鈦呈管狀，管內(nèi)徑為10～200納米。該納米二氧化鈦層厚度為0.1～1毫米。
工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液體，亦可在液體中添加導(dǎo)熱材料的微粒，如銅粉、納米碳球、內(nèi)部填充有納米級銅粉的納米碳球等，以增加工作流體的導(dǎo)熱性能。
本實(shí)施方式熱管20的管殼21采用徑向截面為圓形的銅管，管徑為10毫米，長80毫米，毛細(xì)吸液芯22為納米二氧化鈦層，工作流體為純水。
上述實(shí)施方式的熱管制備方法包括提供一中空管，作為熱管管殼；該管可以為銅管，也可根據(jù)不同需要采用不同材料，如鋁、鋼、碳鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鈦等及其合金。管殼21徑向截面可以為標(biāo)準(zhǔn)圓形，也可以為異型，如橢圓形、正方形、矩形、三角形等。管徑為2毫米～200毫米，管長可從幾毫米至數(shù)十米，可以為直管，也可以為不同形狀的彎管。本實(shí)施例提供一徑向截面為圓形的直銅管，管徑為10毫米，長80毫米。
在中空管內(nèi)壁形成一納米二氧化鈦層；本實(shí)施方式采用溶膠-凝膠法在中空管內(nèi)壁形成納米二氧化鈦層，具體方法如下將鈦酸正四丁脂、二乙醇胺、水以及無水乙醇以1∶26.5∶1∶1(摩爾比)的比例混合，得到濃度為0.5mol/L的二氧化鈦溶液，將該溶液涂覆到中空管內(nèi)壁，濕膜在100℃烘箱內(nèi)干燥10分鐘后，再涂覆一次溶液，反復(fù)多次，最后在300～500℃環(huán)境下烘烤3小時左右即可得到二氧化鈦層，該二氧化鈦為管狀晶體，其管體內(nèi)徑為10～200納米。二氧化鈦層厚度以0.1～1毫米為宜，上述溶液涂覆次數(shù)越多，該二氧化層厚度越厚。
將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體，本實(shí)施方式采用純水。
將中空管封口，工作流體密封于管內(nèi)，得到熱管20。
熱管20工作時一端(即加熱段)接觸發(fā)熱電子元件，另一端(冷凝段)通常連接多個散熱鰭片。電子元件散發(fā)的熱量使得熱管內(nèi)的工作流體蒸發(fā)氣化形成蒸氣，蒸氣在氣壓差作用下流向熱管20的冷凝段，冷凝成液態(tài)工作流體釋放出熱量，工作流體依靠吸液芯22的毛細(xì)作用沿吸液芯22回流，熱量依靠散熱鰭片散發(fā)。如此循環(huán)，熱量由熱管20的蒸發(fā)段不斷地傳至冷凝段，并被冷凝段一端的冷源吸收。
由于熱管的毛細(xì)吸液芯包括納米二氧化鈦層，二氧化鈦導(dǎo)熱能力強(qiáng)，且該納米二氧化鈦為管狀晶體，其內(nèi)徑具有納米級尺寸，使得吸液芯空隙率大，毛細(xì)性能強(qiáng)，能加快工作流體回流速度，故熱管導(dǎo)熱效率提高；另，納米二氧化鈦層采用溶膠-凝膠法形成于管殼內(nèi)壁，能緊貼管殼內(nèi)壁，且制程簡單，成本低。
權(quán)利要求
1.一種熱管，其包括一中空管殼；一緊貼于管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯；及密封于管殼內(nèi)的工作流體；其特征在于該毛細(xì)吸液芯包括一納米二氧化鈦層。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該二氧化鈦為管狀晶體。
3.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于該二氧化鈦管狀晶體內(nèi)徑為10～200納米。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該納米二氧化鈦層厚度為0.1～1毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷。
6.如權(quán)利要求4所述的熱管，其特征在于該工作流體進(jìn)一步包括懸浮于液態(tài)工作流體中的導(dǎo)熱材料微粒。
7.如權(quán)利要求5所述的熱管，其特征在于該導(dǎo)熱材料微粒包括銅粉、納米碳球或內(nèi)部填充有納米級銅粉的納米碳球。
8.一種熱管制備方法，包括步驟提供一中空管；于中空管內(nèi)壁形成一納米二氧化鈦層；將中空管內(nèi)抽成真空，往管內(nèi)灌入適量液體作為工作流體；將中空管兩端封口。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管制備方法，其特征在于采用溶膠-凝膠法形成納米二氧化鈦層。
10.如權(quán)利要求8所述的熱管制備方法，其特征在于中空管包括銅管、鋁管或鐵管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱管及其制備方法。該熱管包括一中空管殼、緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯以及充滿毛細(xì)吸液芯并密封于管殼內(nèi)的工作流體，其中毛細(xì)吸液芯包括納米二氧化鈦層，二氧化鈦為管狀晶體，該管狀晶體內(nèi)徑為50～200納米。本發(fā)明還提供該熱管的制備方法。本發(fā)明所提供的熱管吸液芯包括納米二氧化鈦層，該二氧化鈦為管狀晶體，其內(nèi)徑具有納米級尺寸，使得吸液芯孔隙率大，毛細(xì)能力強(qiáng)，加快工作流體回流速度，因此熱管導(dǎo)熱效率提高，適合應(yīng)用于電子器件的散熱。
文檔編號F28D15/04GK1815129SQ20051003320
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者林志泉 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司