[发明专利]一种纤维烧结式微热管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域的微热管技术，特别是涉及一种纤维烧结式微热管及其制造方法。

背景技术

随着光电子/微电子芯片及其应用系统的微型化及其高集成度的发展趋势，导致散热空间狭小及高热流密度等致命问题。传统的单纯通过增大铝/铜散热片体积、重量和比表面积来增加散热面积的方式已难以满足今后进一步发展要求，因此，要解决狭小空间高热流密度芯片热控制问题，必须采用更高效散热方式来取代常规空气强制对流散热技术。

具有高导热率、良好的等温性、热响应快、重量轻、结构简单、无需额外电力驱动等优点的微型热管已成为高热流密度电子芯片导热的理想元件。热管的工作原理是：当热管的一端受热时管体内的液体工质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再凭借毛细组织的毛细吸力作用流回蒸发段。如此循环不已，热量可以高效的由管体的一端传至另一端。

微热管的传热性能主要取决于管内吸液芯结构。传统的吸液芯结构主要有沟槽式吸液芯和粉末烧结式吸液芯。

传统的粉末烧结式吸液芯结构虽然具有较强的毛细压力，但吸液芯孔隙率低且不能控制，液体回流阻力大，且吸液芯结构易损坏，更致命的是烧结层较厚，热阻较大，重量比沟槽式重40％-60％。

而光滑沟槽式吸液芯结构的热管虽然具有重量轻，轴向传热能力大、液体回流阻力小等优点。但其毛细压力小，对沟槽深度和宽度要求很高，方向性很强，当热管出现大弯折的时候，热管传热性能大幅度下降，抗重力性能差，且其加工工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纤维烧结式微热管及其制造方法，本发明加工工艺简单，成本低廉，吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小，金属纤维烧结层比表面积大，毛细力大，纤维之间形成稳定的三维网状多孔结构，不易损坏。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种纤维烧结式微热管，包括基管、吸液芯和填充在吸液芯内的液体工质，所述基管两端封闭，基管内部抽真空。

所述基管为外径为5mm～10mm、壁厚为0.2mm～0.5mm的金属圆管。

所述吸液芯为紧密贴合在基管内壁的圆环状金属纤维管，该吸液芯厚度为0.3mm～0.5mm，孔隙率为65％～90％。

所述基管所用材料为紫铜、铝合金或不锈钢中的任意一种。所述金属纤维管是铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维中的任意一种。

所述液体工质为纯净水、甲醇、乙醇或丙酮中任意一种。

上述纤维烧结式微热管的制造方法，包括如下步骤：

(1)基管的制备：首先利用切割机将一中空金属管材切割成一定长度的短管，接着对其一端用缩管模具进行缩管处理，然后将其放入酸性抛光液中清洗1min～5min，洗去表面油污及金属管内残留碎屑，最后用清水冲洗去金属管表面残留抛光液，得到基管；

(2)金属纤维的加工：采用大刃倾角多齿刀具在车床上加工出不同参数的连续型纤维，然后利用剪切设备将其剪成一定长度的短纤维，并用超声波清洗10min～30min，洗去表面油污，得到金属短纤维；

(3)吸液芯的制造：在基管中插入一根不锈钢圆柱芯棒，芯棒处于基管中心位置，使芯棒与基管内壁形成环形空间中，将清洗后的金属短纤维均匀填充在芯棒与基管内壁所形成的环形空间中，然后整体放入气氛保护电阻烧结炉中进行高温烧结，待烧结炉冷却至室温后抽出不锈钢圆柱芯棒；

烧结温度为600℃～950℃，烧结过程采用分段升温，升温速率≤5℃/min，烧结氛围为氢气、氮气或氩气保护氛围，烧结时间为30min～120min。烧结之后金属短纤维与金属短纤维之间、以及吸液芯与基管内壁之间通过分子间扩散连接到一起。

(4)封装：先将基管未经过缩管处理的一端焊接密封，接着从经过缩管处理的一端向基管内灌注一定量液体工质，然后对基管进行抽真空处理，最后对经过缩管处理的这一端焊接密封，得到纤维烧结式微热管。焊接密封采用火焰焊或氩弧焊中的一种。

本发明纤维烧结式微热管。金属纤维表面具有丰富的多/微尺度表面结构，高温烧结后纤维与纤维之间以及纤维吸液芯与基管内壁之间实现冶金结合，形成了大量的多尺度孔隙结构。所制造的纤维烧结式微热管具有吸液芯孔隙率高且可控，渗透率高，液体回流阻力小；烧结层比表面积大，毛细力大；良好的传热传质性能；结构稳定，不易损坏，制造工艺简单，成本低廉等优点。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：