專利名稱：熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管，特別涉及一種管殼內(nèi)壁形成有溝槽的熱管及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱管是依靠自身內(nèi)部工作流體相變實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的導(dǎo)熱元件，其具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)良等溫性等優(yōu)良特性，導(dǎo)熱效果好，應(yīng)用廣泛。
近年來電子技術(shù)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集及微型化，使得單位容積電子器件發(fā)熱量劇增，熱管技術(shù)以其高效、緊湊以及靈活可靠等特點(diǎn)，適合解決目前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題。
如圖9所示，典型熱管10由管殼11、吸液芯12(毛細(xì)結(jié)構(gòu))以及密封于管內(nèi)的工作流體13組成。熱管10的制作通常先將管內(nèi)抽成真空后充以適當(dāng)工作流體13，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯12中充滿工作流體13后加以密封。熱管10的一端為蒸發(fā)段10a(加熱段)，另一端為冷凝段10b(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要可在蒸發(fā)段10a與冷凝段10b之間設(shè)置絕熱段。當(dāng)熱管10蒸發(fā)段10a受熱時(shí)吸液芯12中工作流體13蒸發(fā)氣化形成蒸氣14，蒸氣14在微小壓力差作用下流向熱管10的冷凝段10b，凝結(jié)成工作流體13并放出熱量15，工作流體13再靠毛細(xì)作用沿吸液芯12流回蒸發(fā)段10a。如此循環(huán)，熱量15由熱管10的蒸發(fā)段10a不斷地傳至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
熱管10在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱過程中，包含以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過程(1)熱量15從熱源通過熱管管殼11和充滿工作流體13的吸液芯12傳遞給工作流體13；(2)工作液體13在蒸發(fā)段10a內(nèi)液-氣分接口上蒸發(fā)；(3)蒸氣14從蒸發(fā)段10a流到冷凝段10b；(4)蒸氣14在冷凝段10b內(nèi)氣-液分接口上凝結(jié)；(5)熱量15從氣-液分接口通過吸液芯12、工作液體13及管殼11傳給冷源；(6)在吸液芯12內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作流體13回流到蒸發(fā)段10a。
從上述六個(gè)過程看出，吸液芯12在過程(1)與過程(5)中起到重要導(dǎo)熱作用，在過程(6)中對冷凝后的工作流體13迅速回流起到?jīng)Q定作用，因此，吸液芯12對于熱管10的正常有效地工作非常必要。
現(xiàn)有技術(shù)中吸液芯12一般為絲網(wǎng)型、溝槽型或燒結(jié)型。
其中溝槽型吸液芯是在熱管內(nèi)壁加工出各種形狀的溝槽，如1977年1月25日公告的美國專利第4,004,441號所揭露的熱管毛細(xì)吸液芯，或通過在溝槽中填放吸液芯材料，或在熱管內(nèi)壁上設(shè)置多孔性材料后在該材料上開設(shè)溝槽等形式而構(gòu)成。
熱管溝槽型吸液芯一般分成軸向溝槽和環(huán)向溝槽兩種形式。
軸向溝槽通常由擠壓和拉削而成，有三角形槽、梯形槽、矩形槽及倒梯形槽等類型。環(huán)向溝槽是形成在熱管內(nèi)壁圓周方向的凹槽，其可使液體達(dá)成良好的環(huán)向分布。溝槽尺寸越小，越有利于增大熱管的散熱面積及溝槽的毛細(xì)力，從而有利于提高熱管的傳熱效率。
由于一般熱管以抽拉成型方式制成，受限于該成型方式，溝槽深度難以控制，且每一溝槽間距較大，從而出現(xiàn)散熱面積受到限制、且毛細(xì)力不足的現(xiàn)象，導(dǎo)致回流的液體和氣體相互干擾，影響熱管傳熱能力。為克服此缺陷，蔡政龍發(fā)明一種溝槽式熱管，揭露在2004年8月4日公開的中國專利第03100687.6號中，該溝槽式熱管是采用沖壓的方法在基片上形成溝槽，然后將該基片模塑成型成熱管。由于先在平面基片上形成溝槽，因此，溝槽深度、溝槽間距皆可控制，能得到較理想的熱管。
但是，上述沖壓方法形成的溝槽，由于受到?jīng)_壓方法的限制，其尺寸在微米級以上，因此，該沖壓方式形成的熱管，其傳熱效率仍有提升的空間。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一技術(shù)問題是提供一種吸液芯毛細(xì)力大、散熱面積大的熱管。
本發(fā)明所要解決的第二技術(shù)問題是提供一種上述熱管的制備方法。
本發(fā)明解決第一技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種熱管，該熱管包括一管殼及密封于管殼內(nèi)的工作流體，其中該管殼內(nèi)壁形成有溝槽，溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米。該溝槽起毛細(xì)吸液芯的作用，能將熱管冷凝段冷凝后的液態(tài)工作流體抽吸回蒸發(fā)段。
本發(fā)明解決第二技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種上述熱管的制備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成深度及開口寬度均為10納米至1微米的溝槽；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內(nèi)表面；將管內(nèi)抽成真空，再填充適量工作流體，最后將管體密封。
其中在基片表面上形成溝槽的方法包括納米壓印。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用納米壓印的方法形成溝槽，該溝槽由于其具有納米級尺寸，使其毛細(xì)能力增強(qiáng)，并使得熱管管殼內(nèi)表面的傳熱面積增大，增強(qiáng)熱管傳熱能力。

圖1是表面形成有溝槽的基板示意圖。
圖2是圖1中基板II部分局部放大示意圖。
圖3是將基板沿垂直于溝槽延伸方向卷起并焊接而成的管殼示意圖。
圖4是圖3中管殼IV部分局部放大示意圖。
圖5是將基板沿溝槽延伸方向卷起并焊接而成的管殼示意圖。
圖6是圖5中管殼VI部分局部放大示意圖。
圖7是將基板沿與溝槽延伸方向呈一定角度卷起并焊接而成管殼的示意圖。
圖8是圖7中管殼VIII部分局部放大示意圖。
圖9是現(xiàn)有技術(shù)熱管工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合

本發(fā)明所提供的溝槽型熱管的結(jié)構(gòu)及其制備方法如圖1和圖2所示，提供一基板1，并在基板1一表面上形成溝槽20。該基板1為一金屬薄板，如銅板、鋁板、鐵板、不銹鋼板等。該溝槽20包括橫截面為V形、U形、矩形、弧形、梯形或倒梯形的溝槽，其中倒梯形溝槽是指溝槽底部比溝槽開口寬的形狀。圖2為圖1中基板1的局部放大示意圖，圖中所示溝槽20為橫截面為V形的溝槽，其中溝槽底部V形角度θ范圍為45度至90度，溝槽深度H為10納米至1微米，溝槽開口寬度L為10納米至1微米，相鄰兩溝槽的間距離W為20納米至1微米。
在基板1表面形成溝槽20的方法包括納米壓印技術(shù)，其步驟包括制模及壓印。
其中制模步驟可包括設(shè)計(jì)圖案，并制備具有該圖案的掩模，該圖案及圖案尺寸與本發(fā)明所要蝕刻的溝槽對應(yīng)；提供一硅基片，在該硅基片上涂覆一光阻層；采用上述掩模覆蓋在該硅基片上曝光顯影；去除掩模，在顯影后的硅基片上形成一層金膜；在金膜上電鑄一層鎳；用氫氧化鉀等堿液溶解去除硅；再用反應(yīng)性離子蝕刻方法去除殘留的光阻層，得到復(fù)制有預(yù)定圖案且表面附有一層金膜的鎳模。
壓模也可以通過下列步驟得到設(shè)計(jì)圖案，并制備具有該圖案的掩模，該圖案及圖案尺寸與本發(fā)明所要蝕刻的溝槽對應(yīng)；提供一鎳基片，在該鎳基片上涂覆一光阻層；采用上述掩模覆蓋在該鎳基片上曝光顯影；采用反應(yīng)性離子蝕刻方法去除殘留的光阻層，得到復(fù)制有預(yù)定圖案的鎳模。
上述鎳模制成后，采用熱壓印方法在金屬基板1上形成溝槽20。該熱壓印過程包括在金屬基板1表面上涂覆壓印材料，加熱基板1使壓印材料軟化，將鎳模壓到壓印材料上壓印出預(yù)定圖形，蝕刻形成溝槽等過程。
如圖3所示，將表面形成有溝槽20的基板1成型成管30，形成有溝槽20的表面為管30的內(nèi)表面。成型方法包括將基板1卷起成管30并焊接。當(dāng)基板1沿與溝槽20延伸方向垂直的方向卷起，則溝槽在管體內(nèi)壁沿管體軸向延伸，如圖4所示。當(dāng)基板1沿溝槽延伸方向卷起成管40，則溝槽20為環(huán)向溝槽，每一溝槽形成一與管體中心軸垂直的圓環(huán)，如圖5和圖6所示。當(dāng)基板1卷曲方向與溝槽延伸方向呈一非九十度或非零度的角度時(shí)，溝槽20在管殼內(nèi)壁呈螺旋型延伸，如圖7和圖8所示。
將圖3、圖5或圖7所示的管體內(nèi)抽成真空，再充入適量熱管工作流體，并將其密封在管體中，則制備出溝槽型熱管。其中工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液態(tài)工作流體，也可以進(jìn)一步在液態(tài)工作流體中添加懸浮在液態(tài)工作流體中的導(dǎo)熱材料微粒，增強(qiáng)工作流體的傳熱性能。其中該導(dǎo)熱材料微粒包括銅粉、納米碳管、納米碳球或內(nèi)部填充有納米級銅粉的納米碳管、納米碳球。
由于本發(fā)明采用先形成溝槽后成型熱管的方法制備熱管，并采用納米壓印技術(shù)形成溝槽，從而實(shí)現(xiàn)熱管溝槽型吸液芯具有納米級尺寸，使其毛細(xì)能力增強(qiáng)，并使得熱管管殼內(nèi)表面的傳熱面積增大，從而使得熱管傳熱能力增強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種熱管，其包括一中空管殼及密封于管殼內(nèi)的工作流體，其特征在于該管殼內(nèi)壁形成有溝槽，溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該溝槽沿管殼軸向直線延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該溝槽在管殼內(nèi)壁呈螺紋形排布。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該溝槽在管殼內(nèi)壁形成圓周環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于該溝槽的橫截面包括V形、U形、矩形、弧形、梯形及倒梯形。
6.如權(quán)利要求5所述的熱管，其特征在于該V型角度范圍為45度至90度。
7.如權(quán)利要求1或5所述的熱管，其特征在于相鄰兩溝槽之間距離為20納米至1微米。
8.一種熱管制備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成一溝槽，該溝槽深度及開口寬度均為10納米至1微米；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內(nèi)表面；將管內(nèi)抽成真空，再填充適量工作流體，最后將管體密封。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管制備方法，其特征在于基片材質(zhì)包括銅、鋁、鐵或不銹鋼。
10.如權(quán)利要求8所述的熱管制備方法，其特征在于在基片一表面上形成溝槽的方法包括納米壓印。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱管及其制備方法。該熱管包括一管殼及密封于管殼內(nèi)的工作流體，其中該管殼內(nèi)壁形成有溝槽，溝槽深度及其開口寬度均為10納米至1微米。本發(fā)明還提供該熱管的制備方法，其包括步驟提供一基片；在基片一表面上形成深度及開口寬度均為10納米至1微米的溝槽；將基片成型成管狀，使形成有溝槽的表面為管內(nèi)表面；將管內(nèi)抽成真空，再填充適量工作流體，最后將管體密封。
文檔編號B01D53/06GK1743783SQ200410051348
公開日2006年3月8日 申請日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司