一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸液芯，特別是涉及一種用于兩相傳熱裝置的溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱管、熱柱、均熱板等兩相傳熱裝置具有熱導(dǎo)率高、熱響應(yīng)快、無需外加驅(qū)動力等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于高熱流密度電子產(chǎn)品的散熱系統(tǒng)之中，而隨著微電子制造技術(shù)的快速發(fā)展，電子芯片的熱流密度將大大增加，這對兩相傳熱裝置的傳熱性能提出更高的要求。在兩相傳熱裝置中，蒸發(fā)段中的工質(zhì)液體受熱蒸發(fā)成氣體并在壓差的作用下進(jìn)入冷凝段，冷凝段通過熱傳導(dǎo)或熱對流將熱量傳遞出去，工質(zhì)蒸汽的熱量被帶走后凝結(jié)成液體并在吸液芯的毛細(xì)壓力驅(qū)動下回流到蒸發(fā)段，這種氣液兩相的循環(huán)將蒸發(fā)段的熱量不斷往冷凝段輸送，從而實現(xiàn)高效傳熱。在這種兩相循環(huán)傳熱過程中，冷凝端液體在吸液芯中的滲透回流速度對蒸發(fā)段工質(zhì)的及時補(bǔ)充起到至關(guān)重要的作用，因此，吸液芯的毛細(xì)壓力和滲透率決定了兩相傳熱裝置的毛細(xì)極限及
傳熱性能。
[0003]目前，溝槽、粉末燒結(jié)的吸液芯應(yīng)用最普遍，溝槽吸液芯雖然具有良好的滲透率，液體在溝槽中流動阻力較小，但溝槽能提供的毛細(xì)壓力較低，因此傳熱量較小，不適合用于高熱流密度散熱系統(tǒng)中；粉末燒結(jié)吸液芯中具有眾多細(xì)小孔隙，可以提供較高的毛細(xì)壓力，但其滲透率非常第，液體在燒結(jié)粉末中的流動阻力極大，阻礙其毛細(xì)極限和傳熱性能的提高。對于單一吸液芯結(jié)構(gòu)，毛細(xì)壓力和滲透率無法同時達(dá)到最優(yōu)，需對這兩個參數(shù)進(jìn)行折衷選取，從而限制了兩相傳熱裝置傳熱性能的進(jìn)一步提升。針對這一矛盾，本發(fā)明提出了一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯及其制造方法，微結(jié)構(gòu)中的微細(xì)孔隙可提供良好的毛細(xì)壓力，同時由于復(fù)合吸液芯的特殊結(jié)構(gòu)為工質(zhì)液體的流動提供了額外的通道，因此其滲透率高、液體流動阻力小。本發(fā)明提出的復(fù)合吸液芯具有良好的綜合毛細(xì)性能(滲透率與毛細(xì)壓力的綜合指標(biāo))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前常用單一吸液芯結(jié)構(gòu)的不足，提出一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯及其制造方法，該復(fù)合吸液芯同時具備較高的毛細(xì)壓力和滲透率，具有良好的綜合毛細(xì)性能。
[0005]本發(fā)明提出的一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯，包括表面加工有溝槽的紫銅基體，所述溝槽內(nèi)表面及紫銅基體加工有溝槽的外表面均設(shè)置有厚度為0.1~1000 μπι的微結(jié)構(gòu)層，所述微結(jié)構(gòu)層主要由粒徑在0.1~20 μπι之間的微細(xì)銅顆粒構(gòu)成，微細(xì)銅顆粒之間形成1~100 μπι的微小孔隙，所述的微結(jié)構(gòu)覆蓋了所述溝槽的所有內(nèi)表面，但并未填滿溝槽，溝槽各壁面間仍存在空隙。
[0006]進(jìn)一步地，所述溝槽的橫截面形狀為V形、矩形、梯形或圓弧形，也可以是其他不規(guī)則形。
[0007]進(jìn)一步地，所述溝槽的最大寬度為0.0l-1OOmm,深度為0.05~50mm。
[0008]進(jìn)一步地，所述的銅基體包括紫銅管或紫銅板基體。
[0009]本發(fā)明提出的一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯的制造方法通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種如所述的溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯的制造方法，包括以下步驟和工藝條件:
(1)采用拉削工藝在紫銅管內(nèi)或采用刨削工藝在紫銅板上加工出溝槽結(jié)構(gòu)；
(2)清洗溝槽結(jié)構(gòu)后利用電化學(xué)沉積的方法在作為陰極的溝槽表面構(gòu)筑微結(jié)構(gòu)；
(3)通過燒結(jié)固化工藝提高微結(jié)構(gòu)與溝槽表面之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。
[0010]進(jìn)一步地，步驟(I)中所述刨削工藝是基于多齒刀具的一次同時加工多條溝槽的刨削工藝。
[0011]進(jìn)一步地，所述電化學(xué)沉積所用的電解液為含銅離子的溶液，銅離子濃度為0.001mol/L~0.45mol/L。
[0012]進(jìn)一步地，銅離子溶液為CuS04、CuCl2S者兩者的混合溶液。
[0013]進(jìn)一步地，所述電化學(xué)沉積的電流密度為10mA/cm2~lA/cm2，電化學(xué)沉積時間為I秒至10小時。
[0014]進(jìn)一步地，所述燒結(jié)固化工藝的燒結(jié)溫度為100°C ~1000°C，燒結(jié)時間為I小時至24小時，燒結(jié)保護(hù)氣體可以是但不局限于氮氣、氫氣和氬氣。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明提出的溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯及其制造方法，微結(jié)構(gòu)中的銅顆粒間形成眾多微小孔隙，孔徑小于目前常用燒結(jié)粉末吸液芯的孔徑，有效毛細(xì)半徑更小因此具有更尚的毛細(xì)壓力；
(2)由于該復(fù)合吸液芯的特殊結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)覆蓋了溝槽的所有表面，但并未完全填滿溝槽，為吸液芯中液體流動提供了額外通道，提高了吸液芯的滲透率，液體在該吸液芯中的流動阻力遠(yuǎn)小于在燒結(jié)粉末中的流動阻力。因此，該吸液芯同時具備較高的毛細(xì)壓力和滲透率，具有良好的綜合毛細(xì)性能。
[0016](3)相比于粉末燒結(jié)吸液芯，該復(fù)合吸液芯中微結(jié)構(gòu)層的厚度較小，重量較輕且管壁熱阻較小，因此可以減少兩相傳熱裝置的重量，實現(xiàn)散熱系統(tǒng)的輕量化；相比于溝槽吸液芯，該復(fù)合吸液芯可應(yīng)用于高熱流密度場合，且可在反重力、長距離運輸狀態(tài)下工作。
【附圖說明】
[0017]圖1為溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯橫截面示意圖；
圖2為基于多齒刀具的刨削加工示意圖；
圖3為溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯的溝槽與微結(jié)構(gòu)微觀貌圖；
圖4為溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯的微結(jié)構(gòu)局部放大圖。
[0018]圖中所示為:1-紫銅板基體；2-空隙；3_微結(jié)構(gòu)；4_多齒刀具。
【具體實施方式】
[0019]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方法作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍不局限于此。
[0020]實施例一
如圖1所示，一種溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯，包括表面加工有溝槽的紫銅板基體1，所述溝槽內(nèi)表面及紫銅板基體I加工有溝槽的外表面均設(shè)置有厚度為0.1-1000 μ m的微結(jié)構(gòu)層3，所述的微結(jié)構(gòu)3覆蓋了溝槽的所有表面，但并未填滿溝槽，溝槽各壁面間仍存在空隙2，所述微結(jié)構(gòu)層3主要由粒徑在0.1~20 μπι之間的微細(xì)銅顆粒構(gòu)成，微細(xì)銅顆粒之間形成1-100 μπι的微小孔隙。
[0021]具體來說，本實施中所述溝槽的橫截面形狀為V形、矩形、梯形或圓弧形，也可以是其他不規(guī)則形，本實施例溝槽的橫截面形狀為矩形。
[0022]具體來說，本實施中所述溝槽的最大寬度為0.01~100mm，深度為0.05~50mm，本實施例的溝槽的寬度優(yōu)選0.5mm，溝槽的深度優(yōu)選0.8mm。
[0023]本實施例提供的溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯重量輕、具備較高的毛細(xì)壓力和滲透率以及良好的綜合毛細(xì)性能，可應(yīng)用于高熱流密度場合，且可在反重力、長距離運輸狀態(tài)下工作。
[0024]實施例二
一種如所述的溝槽與微結(jié)構(gòu)復(fù)合吸液芯的制造