[发明专利]环路热管蒸发器的一体化制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种环路热管蒸发器，特别涉及环路热管蒸发器的一体化制备工艺。

背景技术

环路热管(loop heat pipe，LHP)是一种依靠工质的蒸发与冷凝来达到强化传热目的的高效两相传热设备，在航天器热控及电子元件散热等领域应用广泛。本质上环路热管换热原理与普通的热管是一样的，也是依靠相变换热，既通过工质的蒸发、冷凝的交替循环来达到换热的目的，但又与传统的热管不同，传统的热管一般是依靠重力使冷凝的工质回流来达到换热的目的，而环路热管是依靠其蒸发器中的毛细芯产生的毛细吸力来提供驱动力的，一方面需提供强大的毛细驱动力来循环工质，另一方面，毛细芯需及时将产生的蒸汽转移至蒸汽管道，进而实现LHP内热量的正向传递。从其作用机理可以看出，毛细芯需要与蒸发腔壁配合严格，保证蒸汽只能单向流动来确保环路热管能正常循环工作，目前是依靠在蒸发腔壁上加工出蒸汽通道来保证的，不但加工工艺复杂，而且需要毛细芯的外形尺寸与蒸发腔的内径尺寸匹配严格，过大的间隙不但造成漏热，而且可能造成蒸汽的反向流动，造成环路热管工作的失败。毛细芯需要二次机加工，就需要提高其强度，以适应机加工过程中的夹持等，而一般的孔隙率高的毛细芯其强度都相对较低。另外毛细芯因为要提供毛细吸力，毛细吸力希望越大越好，减小毛细孔径可提高毛细抽吸力，但过小的毛细孔径会阻碍蒸汽的及时排出，甚至影响到整个环路热管的正常启动。采用单一孔隙特征的毛细芯很难实现其整体性能的进一步提高，因此现在有诸多的研究采用复合毛细芯结构，如申请号为200410103068.9的中国专利公开了一种两相毛细泵环路复合毛细芯，它包括一大孔径的内芯，内芯外侧设置小孔径外芯，但其制备工艺非常复杂。

发明内容

本发明的目的是针对目前环路热管蒸发腔与毛细芯装配及毛细芯制备复杂的问题，而提供一种环路热管蒸发器的一体化制备工艺。

本发明采取的技术方案为：

环路热管蒸发器，包括蒸发腔体、毛细芯，毛细芯的中间形成蓄液腔，蓄液腔与蒸发腔相通，毛细芯与蒸发腔体内壁间有多条蒸汽通道，毛细芯为单一孔隙毛细芯层或复合孔隙毛细芯层。

环路热管蒸发器的一体化制备工艺，步骤如下：

(1)选取蒸发腔体，除去蒸发腔体内表面的氧化膜，在其中加入毛细芯烧结基体粉末与造孔剂的混合粉末，在粉末中间插入一根圆柱形蓄液腔模子，插入深度根据蓄液腔的大小确定，将粉末压实在蒸发腔体与蓄液腔模子之间，放入烧结炉内烧结；

或者选取蒸发腔体，除去蒸发腔体内表面的氧化膜，首先将一筒状物放入蒸发腔体内中央，在筒状物与蒸发腔体内壁间填入第一种孔隙毛细芯的烧结基体粉末与造孔剂的混合粉末，在筒状物内装入第二种孔隙毛细芯的烧结基体粉末与造孔剂的混合粉末(筒状物要求一定的强度，能保证两种不同毛细芯粉末的隔离，同时该筒状物在以后的烧结过程中被烧掉或反应掉，残留物对毛细芯的作用没有明显的影响)，在第二种孔隙毛细芯的混合粉末中间插入一根圆柱形蓄液腔模子，插入深度根据蓄液腔的大小确定，将粉末压实，放入烧结炉内烧结，烧结温度、时间根据毛细芯烧结基体粉末、蒸发腔体的材质确定；

(2)烧结冷却后沿蒸发腔体内壁用钻头钻出数条蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一体化的环路热管蒸发器。

所述的蒸发腔体的材质可以是铜、铜合金、不锈钢或铝合金等。根据需要可以设计为圆筒状或长方体状。推荐采用铜、铜合金或铝合金做蒸发器，这样可以有更好的传热效果；在某些强氧化、腐蚀环境下推荐用不锈钢。

所述的毛细芯烧结基体粉末可以是镍基粉末、不锈钢粉末或陶瓷粉末等，造孔剂的加入质量百分比为1-60％，超过60％以上，毛细芯的强度下降太多；每种孔隙毛细芯的造孔剂加入量不同。

所述的筒状物优选可燃材料制成。可燃材料可以为硬纸材料。

所述的蓄液腔模子为石墨棒或其它耐高温且不与毛细芯粉末反应的物质如碳化硅棒、三氧化铝棒，石墨棒最好，高温烧结时(800度以上)要求石墨棒或碳化硅棒外面包裹石墨纸。

所述的烧结温度，对于铝材质的蒸发腔体其烧结温度在580-600℃，铜材质的蒸发腔体其烧结温度在580-750℃，不锈钢的蒸发腔体烧结温度600-1300℃；烧结时间在0.5-2小时。

所述的蒸汽通道直径大小在0.5-2毫米，个数根据蒸发腔的内径计算(以圆筒状蒸发腔为例)，最小个数为1，最大个数为圆周内径除以蒸汽通道的直径。