專利名稱：環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器，特別涉及環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝。
技術背景
環(huán)路熱管(loop heat pipe, LHP)是一種依靠工質的蒸發(fā)與冷凝來達到強化傳熱目的的高效兩相傳熱設備，在航天器熱控及電子元件散熱等領域應用廣泛。本質上環(huán)路熱管換熱原理與普通的熱管是一樣的，也是依靠相變換熱，既通過工質的蒸發(fā)、冷凝的交替循環(huán)來達到換熱的目的，但又與傳統(tǒng)的熱管不同，傳統(tǒng)的熱管一般是依靠重力使冷凝的工質回流來達到換熱的目的，而環(huán)路熱管是依靠其蒸發(fā)器中的毛細芯產生的毛細吸力來提供驅動力的，一方面需提供強大的毛細驅動力來循環(huán)工質，另一方面，毛細芯需及時將產生的蒸汽轉移至蒸汽管道，進而實現(xiàn)LHP內熱量的正向傳遞。從其作用機理可以看出，毛細芯需要與蒸發(fā)腔壁配合嚴格，保證蒸汽只能單向流動來確保環(huán)路熱管能正常循環(huán)工作，目前是依靠在蒸發(fā)腔壁上加工出蒸汽通道來保證的，不但加工工藝復雜，而且需要毛細芯的外形尺寸與蒸發(fā)腔的內徑尺寸匹配嚴格，過大的間隙不但造成漏熱，而且可能造成蒸汽的反向流動，造成環(huán)路熱管工作的失敗。毛細芯需要二次機加工，就需要提高其強度，以適應機加工過程中的夾持等，而一般的孔隙率高的毛細芯其強度都相對較低。另外毛細芯因為要提供毛細吸力，毛細吸力希望越大越好，減小毛細孔徑可提高毛細抽吸力，但過小的毛細孔徑會阻礙蒸汽的及時排出，甚至影響到整個環(huán)路熱管的正常啟動。采用單一孔隙特征的毛細芯很難實現(xiàn)其整體性能的進一步提高，因此現(xiàn)在有諸多的研究采用復合毛細芯結構，如申請?zhí)枮?00410103068.9的中國專利公開了一種兩相毛細泵環(huán)路復合毛細芯，它包括一大孔徑的內芯，內芯外側設置小孔徑外芯，但其制備工藝非常復雜。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對目前環(huán)路熱管蒸發(fā)腔與毛細芯裝配及毛細芯制備復雜的問題，而提供一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝。
本發(fā)明采取的技術方案為
環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體、毛細芯，毛細芯的中間形成蓄液腔，蓄液腔與蒸發(fā)腔相通，毛細芯與蒸發(fā)腔體內壁間有多條蒸汽通道，毛細芯為單一孔隙毛細芯層或復合孔隙毛細芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內表面的氧化膜，在其中加入毛細芯燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據蓄液腔的大小確定，將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結；
或者選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內表面的氧化膜，首先將一筒狀物放入蒸發(fā)腔體內中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔體內壁間填入第一種孔隙毛細芯的燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在筒狀物內裝入第二種孔隙毛細芯的燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末(筒狀3物要求一定的強度，能保證兩種不同毛細芯粉末的隔離，同時該筒狀物在以后的燒結過程中被燒掉或反應掉，殘留物對毛細芯的作用沒有明顯的影響)，在第二種孔隙毛細芯的混合粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據蓄液腔的大小確定，將粉末壓實，放入燒結爐內燒結，燒結溫度、時間根據毛細芯燒結基體粉末、蒸發(fā)腔體的材質確定；
(2)燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用鉆頭鉆出數條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
所述的蒸發(fā)腔體的材質可以是銅、銅合金、不銹鋼或鋁合金等。根據需要可以設計為圓筒狀或長方體狀。推薦采用銅、銅合金或鋁合金做蒸發(fā)器，這樣可以有更好的傳熱效果；在某些強氧化、腐蝕環(huán)境下推薦用不銹鋼。
所述的毛細芯燒結基體粉末可以是鎳基粉末、不銹鋼粉末或陶瓷粉末等，造孔劑的加入質量百分比為1-60%，超過60%以上，毛細芯的強度下降太多；每種孔隙毛細芯的造孔劑加入量不同。
所述的筒狀物優(yōu)選可燃材料制成?？扇疾牧峡梢詾橛布埐牧?。
所述的蓄液腔模子為石墨棒或其它耐高溫且不與毛細芯粉末反應的物質如碳化硅棒、三氧化鋁棒，石墨棒最好，高溫燒結時(800度以上)要求石墨棒或碳化硅棒外面包裹石墨紙。
所述的燒結溫度，對于鋁材質的蒸發(fā)腔體其燒結溫度在580-600°C，銅材質的蒸發(fā)腔體其燒結溫度在580-750°C，不銹鋼的蒸發(fā)腔體燒結溫度600-1300°C ；燒結時間在0. 5-2 小時。
所述的蒸汽通道直徑大小在0. 5-2毫米，個數根據蒸發(fā)腔的內徑計算(以圓筒狀蒸發(fā)腔為例)，最小個數為1，最大個數為圓周內徑除以蒸汽通道的直徑。
在需要制造環(huán)路熱管的時候，只需要將其蒸發(fā)腔體與其他管路焊接即可。燒結前， 蒸發(fā)腔體壁需要認真清洗掉表面的氧化膜，暴露出新鮮的金屬表面，對于促進毛細芯與蒸發(fā)腔體表面的結合是有利的；在燒結前對填入的粉末予以適當的加壓，促進燒結粉末致密也是必須的，過于松散的粉末燒結后會影響和蒸發(fā)腔體避免的結合狀態(tài)，比較差的情況是未能緊密和蒸發(fā)腔體壁面緊密結合，存在較大的空隙，成為漏熱及蒸汽反向流動的地方。由于本發(fā)明的毛細芯直接密閉燒結在蒸發(fā)腔體內，不但與蒸發(fā)腔體壁結合緊密，避免了漏熱或蒸汽反向流動的問題，而且燒結后的毛細芯直接使用，避免了二次機加工帶來的毛細芯破碎及精度要求高等問題，允許使用較低的強度來實現(xiàn)高的孔隙率，這對增加毛細抽吸力是有利的。


圖1為單一孔隙毛細芯環(huán)路熱管蒸發(fā)器結構圖2為復合孔隙毛細芯環(huán)路熱管蒸發(fā)器結構其中1.蒸發(fā)腔體，2.毛細芯，3.蓄液腔，4.蒸汽通道，5.蒸發(fā)腔。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例進一步說明本專利。
實施例1
如圖1示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細芯2，毛細芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細芯2與蒸發(fā)腔體1內壁間有多條蒸汽通道4，毛細芯2 為單一孔隙毛細芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取銅質蒸發(fā)腔體(內徑為2厘米，長度5厘米)，在其中加入鎳粉毛細芯燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末；裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內表面；
(2)在粉末中間插入一根圓柱形石墨蓄液腔模子，插入深度約為蒸發(fā)腔體高度的 4/5，將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結，燒結溫度650°C，燒結 1小時；
(3)燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
實施例2
如圖2示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細芯2，毛細芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細芯2與蒸發(fā)腔體1內壁間有多條蒸汽通道4，毛細芯2 為復合孔隙毛細芯層。
(1)選取銅質蒸發(fā)腔體(內徑為2厘米長度5厘米)，裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內表面；先用一內徑為1.2厘米的筒狀物(本研究采用硬紙制作筒狀物)植入蒸發(fā)腔中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔之間填入第一種比例的鎳粉與造孔劑的混合粉末；然后再在筒狀物內填入第二種比例的鎳粉與造孔劑的混合粉末，中間插入一內徑為6毫米的石墨棒， 插入深度4厘米。
(2)將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結，燒結溫度 650°C，燒結1小時；燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
燒結過程中硬紙制作的筒狀物會分解碳化，為了消除碳化硬紙層的影響，可將制備完畢的蒸發(fā)腔至于200度的空氣爐中10分鐘，可燃燒掉筒狀物的殘留物。這個步驟不是必須的，一般筒狀物較薄的情況下，殘留的筒狀物基本對復合芯沒有太大的影響。
實施例3
如圖1示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細芯2，毛細芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細芯2與蒸發(fā)腔體1內壁間有多條蒸汽通道4，毛細芯2 為單一孔隙毛細芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取鋁質蒸發(fā)腔體(內徑為2厘米，長度5厘米)，在其中加入陶瓷粉毛細芯燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末；裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內表面；
(2)在粉末中間插入一根圓柱形石墨蓄液腔模子，插入深度約為蒸發(fā)腔體高度的 4/5，將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結，燒結溫度600°C，燒結 1. 2小時；
(3)燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發(fā)5明的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，步驟如下(1)選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內表面的氧化膜，在其中加入毛細芯燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結；或者選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內表面的氧化膜，首先將一筒狀物放入蒸發(fā)腔體內中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔體內壁間填入第一種孔隙毛細芯的燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在筒狀物內裝入第二種孔隙毛細芯的燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在第二種孔隙毛細芯的混合粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，將粉末壓實，放入燒結爐內燒結；(2)燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用鉆頭鉆出數條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
2.根據權利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的蒸發(fā)腔體的材質是銅、銅合金、不銹鋼或鋁合金。
3.根據權利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的燒結基體粉末為鎳基粉末、不銹鋼粉末或陶瓷粉末，造孔劑的加入質量百分比為1_60%。
4.根據權利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的筒狀物為可燃材料制成。
5.根據權利要求4所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的筒狀物為硬紙材料制成。
6.根據權利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的蓄液腔模子為石墨棒、碳化硅棒或氧化鋁棒。
7.根據權利要求2所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的燒結溫度，對于鋁材質的蒸發(fā)腔體其燒結溫度在580-600°C，銅材質的蒸發(fā)腔體其燒結溫度在 580-750°C，不銹鋼的蒸發(fā)腔體燒結溫度600-1300°C ；燒結時間在0. 5-2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內表面的氧化膜，在其中加入毛細芯燒結基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據蓄液腔的大小確定，將粉末壓實在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結爐內燒結，燒結冷卻后沿蒸發(fā)腔體內壁用鉆頭鉆出數條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。本發(fā)明的毛細芯直接密閉燒結在蒸發(fā)腔體內，不但與蒸發(fā)腔體壁結合緊密，避免了漏熱或蒸汽反向流動的問題，而且燒結后的毛細芯直接使用，避免了二次機加工帶來的毛細芯破碎及精度要求高等問題，允許使用較低的強度來實現(xiàn)高的孔隙率，這對增加毛細抽吸力是有利的。
文檔編號F28D15/04GK102519289SQ20111045809
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者徐計元, 欒濤, 鄒勇 申請人:山東大學