本實(shí)用新型涉及散熱領(lǐng)域的相變傳熱技術(shù)，具體的說，涉及一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管。

背景技術(shù)：

熱管依靠相變傳熱原理，具有高熱導(dǎo)率、良好等溫性、熱啟動快、結(jié)構(gòu)簡單、無額外電力驅(qū)動等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為各個行業(yè)散熱領(lǐng)域的理想元件。

熱管傳熱性能主要取決于吸液芯的性能。吸液芯結(jié)構(gòu)主要有溝槽式、絲網(wǎng)式、纖維式和燒結(jié)式四種。

溝槽式吸液芯滲透性能最好，工質(zhì)流動阻力最小，但毛吸力最小，抗重力工作能力差，而且對溝槽深度和寬度的尺寸要求很高而且方向性很強(qiáng)。絲網(wǎng)式吸液芯結(jié)構(gòu)簡單，可以通過絲網(wǎng)扎緊力靈活控制其孔隙率和孔徑，但是軸向傳熱能力有限，徑向熱阻也較大。纖維式吸液芯具有高孔隙率、高滲透率的特點(diǎn)，但是孔隙結(jié)構(gòu)毛細(xì)力小，抗重力工作能力差。粉末燒結(jié)式吸液芯毛細(xì)吸力最大，抗重力工作能力好，是目前應(yīng)用最多的吸液芯結(jié)構(gòu)。

銅具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，目前市面上絕大多數(shù)的熱管都是銅熱管。然而在核電、航空衛(wèi)星、海洋探索工程等領(lǐng)域，尤其是核電散熱領(lǐng)域，具有高溫高壓、強(qiáng)輻射、強(qiáng)腐蝕性等嚴(yán)苛的環(huán)境，這對熱管材質(zhì)提出了更高的要求。由于不銹鋼具有抗腐蝕、抗輻射、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，研制不銹鋼熱管成為了一種可行方案。因此，粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管可具有良好的傳熱性能，對于各種嚴(yán)苛環(huán)境的適用性更大?，F(xiàn)有技術(shù)不存在不銹鋼熱管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是：提供一種能在嚴(yán)苛環(huán)境使用的粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管，包括不銹鋼管、第一不銹鋼片、第二不銹鋼片、吸液芯、液體工質(zhì)；第一不銹鋼片焊接在不銹鋼管的一端，帶有抽口的第二不銹鋼片焊接在不銹鋼管的另一端，用于灌注液體工質(zhì)和抽真空的抽口的端部密封，第一不銹鋼片、第二不銹鋼片、不銹鋼管圍成真空腔室；吸液芯為固相燒結(jié)成的圓環(huán)狀金屬粉末管，經(jīng)固相燒結(jié)緊密貼合在不銹鋼管內(nèi)壁上；液體工質(zhì)在吸液芯的內(nèi)側(cè)。

作為一種優(yōu)選，不銹鋼管為長度0.1～1m，外徑5～30mm，壁厚0.3～2mm的無縫圓管。

作為一種優(yōu)選，吸液芯厚度為0.3～2mm，孔隙率為35％～55％。

作為一種優(yōu)選，吸液芯的金屬粉末為不銹鋼粉或鎳粉。

作為一種優(yōu)選，金屬粉末為球狀金屬粉末或枝狀金屬粉末，粒徑為20～200um。

作為一種優(yōu)選，液體工質(zhì)為去離子水、液氨、丙酮、乙醇或R134a。

一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管的制備方法，制備粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管，包括如下步驟：(1)不銹鋼管的制備：首先將無縫不銹鋼管切割成所需長度，然后將其放入堿性溶液清洗5～15min除去表面油污，再放入酸性溶液中清洗5～15min進(jìn)行除銹除垢，最后用清水沖洗烘干，得到不銹鋼管；(2)吸液芯的制備：在不銹鋼管中插入一根陶瓷芯棒，芯棒與不銹鋼管同軸心；將選定的金屬粉末均勻填充在芯棒與不銹鋼管內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間中，不銹鋼管兩端采用不銹鋼帽密封；最后整體放入氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；待燒結(jié)爐爐冷至室溫，取下不銹鋼帽，抽出陶瓷芯棒；(3)封裝：先將不銹鋼管一端用第一不銹鋼片焊接密封，另一端用帶有抽口的第二不銹鋼片焊接，接著通過抽口向管內(nèi)灌注液體工質(zhì)，然后對不銹鋼管進(jìn)行抽真空處理，并經(jīng)高溫除去管內(nèi)不凝性氣體，最后抽口處由夾具夾斷并進(jìn)行焊接密封，得到粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管。

作為一種優(yōu)選，步驟(2)中，燒結(jié)溫度為1100～1300℃，燒結(jié)時(shí)間為30～240min，燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)、氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)燒結(jié)或氬氣氣氛保護(hù)燒結(jié)；步驟(3)中，焊接密封采用氬弧焊或釬焊。

作為一種優(yōu)選，步驟(2)中，不銹鋼帽開有同軸的第一圓形凹槽和第二圓形凹槽，第一圓形凹槽開設(shè)在不銹鋼帽的端面用于不銹鋼管的端部和外側(cè)的定位，第二圓形凹槽開設(shè)在第一圓形凹槽的底部用于芯棒的端部和外側(cè)的定位。

作為一種優(yōu)選，不銹鋼帽開有至少兩個沿著圓周均勻布置的螺紋孔，每個螺紋孔均貫穿第一圓形凹槽的側(cè)壁；螺釘穿過螺紋孔后，端部頂在不銹鋼管的外側(cè)，對金屬粉末封堵。

本實(shí)用新型的原理是：基于金屬粉末固相燒結(jié)技術(shù)，熱管包括不銹鋼管、吸液芯和液體工質(zhì)。經(jīng)過高溫固相燒結(jié)，金屬粉末之間以及金屬粉末與不銹鋼管內(nèi)壁之間形成燒結(jié)頸，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了具有大量多/微尺度孔隙結(jié)構(gòu)的吸液芯。在燒結(jié)吸液芯內(nèi)灌注完液體工質(zhì)，接著不銹鋼管內(nèi)部抽真空，然后管兩端采用焊接密封。得到的粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管具有良好的傳熱效果，并且能適用于核電、航空衛(wèi)星、海洋探索工程等領(lǐng)域的特殊環(huán)境。

總的說來，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用金屬粉末固相燒結(jié)形成吸液芯，得到的燒結(jié)吸液芯具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、孔隙率高且可控、毛細(xì)力大等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高熱管的傳熱性能。

2.采用不銹鋼作為管壁材料，制備出的粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管具有強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能適用于核電、航空衛(wèi)星、海洋探索工程等領(lǐng)域的特殊環(huán)境。

3.采用兩個階梯式結(jié)構(gòu)的圓形凹槽，保證不銹鋼管和芯棒同軸，操作方便。

4.固相燒結(jié)時(shí)，不銹鋼管的端部被穿過不銹鋼帽的螺釘頂緊，不銹鋼帽第一圓形凹槽底面緊貼著不銹鋼管端部，第二圓形凹槽內(nèi)表面緊貼著陶瓷芯棒，實(shí)現(xiàn)對金屬粉末封堵，保證吸液芯的加工質(zhì)量。

附圖說明

圖1是一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管燒結(jié)成型示意圖。

其中，1-1為不銹鋼管，1-2為吸液芯，1-3為液體工質(zhì)，2-1為不銹鋼帽，2-2為金屬粉末，2-3為芯棒。

具體實(shí)施方式

下面來對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

一種粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管，包括不銹鋼管、第一不銹鋼片、第二不銹鋼片、吸液芯、液體工質(zhì)。第一不銹鋼片焊接密封在不銹鋼管的一端，帶有抽口的第二不銹鋼片焊接密封在不銹鋼管的另一端，用于灌注液體工質(zhì)和抽真空的抽口的端部密封，第一不銹鋼片、第二不銹鋼片、不銹鋼管圍成真空腔室，內(nèi)部抽真空；吸液芯為固相燒結(jié)成的圓環(huán)狀金屬粉末管，經(jīng)固相燒結(jié)緊密貼合在不銹鋼管內(nèi)壁上；液體工質(zhì)在吸液芯的內(nèi)側(cè)。

不銹鋼管為長度1m，外徑25mm，壁厚1.5mm的304L不銹鋼無縫圓管。吸液芯為304L不銹鋼球粉經(jīng)固相燒結(jié)緊密貼合在不銹鋼管內(nèi)壁上而形成的圓環(huán)狀金屬粉末管，該吸液芯厚度為2mm，孔隙率約為40％。液體工質(zhì)為去離子水。

上述粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管的制備方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)不銹鋼管的制備：首先將一長段無縫不銹鋼管切割成所需長度的短管，然后將其放入堿性溶液清洗5～15min除去表面油污，再放入酸性溶液中清洗5～15min進(jìn)行除銹除垢，最后用清水沖洗烘干，得到不銹鋼管。

(2)吸液芯的制備：如圖2所示，在不銹鋼管中插入一根陶瓷芯棒，芯棒與不銹鋼管同軸心；將粒徑為50-75um的304L不銹鋼球粉均勻填充在芯棒與不銹鋼管內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間中，不銹鋼管兩端采用不銹鋼帽密封，其中第一圓形凹槽頂住不銹鋼管的外側(cè)和端部，第二圓形凹槽頂住芯棒的外側(cè)和端部，保證不銹鋼管和芯棒同心；最后整體放入氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫真空燒結(jié)；燒結(jié)溫度為1200℃，燒結(jié)時(shí)間30min。待燒結(jié)爐爐冷至室溫，取下不銹鋼帽，抽出陶瓷芯棒。

不銹鋼帽中心有兩個圓形凹槽，第一圓形凹槽開設(shè)在不銹鋼帽的端面用于不銹鋼管的端部和外側(cè)的定位，第二圓形凹槽開設(shè)在第一圓形凹槽的底部用于芯棒的端部和外側(cè)的定位，保證芯棒與不銹鋼管同軸心。不銹鋼帽的側(cè)面加工有兩個螺紋孔，并采用螺釘緊固在不銹鋼管的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)對不銹鋼球粉的封堵。

(3)封裝：先將不銹鋼管一端用第一不銹鋼片焊接密封，另一端用帶有φ4mm抽口的第二不銹鋼片焊接，接著通過φ4mm抽口向管內(nèi)灌注50ml去離子水，然后對不銹鋼管進(jìn)行抽真空處理，并經(jīng)高溫除去管內(nèi)不凝性氣體，最后抽口處由夾具夾斷并進(jìn)行焊接密封，得到粉末燒結(jié)式不銹鋼熱管。

除了本實(shí)施例提及的方式外，液體工質(zhì)還可選用液氨、丙酮、乙醇或R134a；金屬粉末可選用枝狀鎳粉、球狀鎳粉或枝狀不銹鋼粉。這些變換方式均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。