[发明专利]一种二维梯度孔隙复合毛细芯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型二维梯度孔隙复合毛细芯，属于热管技术领域，包括在x方向存在孔隙梯度g1的多孔层m1、多孔层m2、...、多孔层m，以及在y方向存在孔隙梯度g2的多孔层n1、多孔层n2、...、多孔层n，其中m、n均为自然数，且m≥2、n≥2，g1和g2以及x和y可根据需要进行设置。所述新型二维梯度孔隙复合毛细芯在制备时，采用分区梯度填料的方法，分区填入不同粒径的粉末和不同造孔剂含量，不同分区之间采用薄隔板隔开，在成型前缓慢地将隔板抽离，从而最终能够控制毛细芯在两个指定维度上的粉末分布。本发明可以根据需要在两个维度形成一定梯度的孔隙梯度，最大限度地满足不同方向维度上的不同功能需求，可以极大地提高复合毛细芯及至整个热管的性能。

技术领域

本发明涉及一种二维梯度复合毛细芯及其制备方法，属于热管技术领域。

背景技术

热管是一种利用相变原理进行高效传热的装置，具有传热温差小、传热性能高、远距离传输热量和控温特性良好等优点，正逐渐被广泛应用于空间和地面各种热控制领域。

新型热管种类繁多，从热管内部有无毛细芯的角度，可分为有毛细芯的热管(Wicked Heat Pipe)和无毛细芯的热管(Wickless Heat Pipe)。对于有毛细芯的热管而言，毛细芯是整个热管的关键部件，它为热管内部工质的循环提供驱动力，毛细芯内部孔隙产生的毛细抽吸力以及工质在毛细芯内的流动状况决定了整个热管的传热性能。常见的毛细芯包括烧结芯(Sintered Wick)、丝网芯(Screen Wick)、沟槽芯(Grooved Wick)。

一般认为，优质的毛细芯应具有较大的毛细抽吸力，同时具有较大的渗透率，但上述这两个指标往往是互相矛盾的，具有较大毛细抽吸力的毛细芯、其渗透率往往较小；而具有较大渗透率的毛细芯、其毛细抽吸力往往又较小。

在正常工作状态下，提供毛细抽吸力和作为蒸发面的只是毛细芯的最外一小薄层，而其中绝大部分只是作为液态工质流动的通道。鉴于此，复合毛细芯(Composite Wick)引起了广大学者的关注和研究。复合毛细芯包含多种形式，一种是多层毛细芯，各层采用不同类型或是不同参数的毛细结构。最常见的多层复合毛细芯的外层一般采用导热性能较好、粒度相对较细的金属粉末烧结而成，这样可以得到有效毛细孔径较小、孔径分布较均匀的多孔结构，为热管提供较大的毛细抽吸力，这一层通常被称为主毛细芯(Primary wick)；多层复合毛细芯的内层则一般采用导热性能较差、粒径较大的粉末烧结而成，这样毛细芯内层的有效孔径较大，可以减少蒸发表面向毛细芯内部的传热，防止内部液体因局部过热而产生气泡，从而阻塞流体通道，甚至导致毛细芯局部烧干，同时还可以减小液态工质回流到蒸发界面的流动阻力，这一层通常被称为次毛细芯(Secondary wick)。

另一种类型的复合毛细芯是双孔隙结构(Biporous Structure)的毛细芯，这种毛细芯一般是采用两种以上的粉末成型后烧结得到，例如烧结镍铜芯、烧结镍钛芯以及使用造孔剂(易消失相)工艺制备得到的烧结铜芯、烧结镍芯等。对于单一孔隙结构的毛细芯，若孔径过大会导致毛细抽吸力不足，孔径过小则会导致蒸汽溢出阻力过大，很难协调蒸汽溢出和液体吸入的矛盾关系。而复合毛细芯在同一平面上具有不同尺度的孔径，较小孔径用于液体吸入，较大孔径用于蒸汽溢出，在解决毛细芯对于孔径尺度的不同需求方面体现出极大的优势。为满足工质高效蒸发和抑制热泄漏对毛细芯热导的不同需求，复合毛细芯已成为毛细芯发展的新趋势。

复合毛细芯及其制备方法目前已有一些专利公开，例如专利201710166648.X、201610286113.1、201610926875.3、201210410979.0和200410103068.9中提到的复合毛细芯及其制备方法。但这些毛细芯只是在一个方向上存在孔隙梯度(以应用于圆柱形蒸发器的毛细芯为例，对于应用于平板式蒸发器的毛细芯则是平面法向)，虽然层数可能比较多(达到3层以上)，但毕竟只是一维梯度孔隙，且部分只适用于环路热管或是毛细芯回路热管。