一种环路热管蒸发器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环路热管蒸发器的制备方法，属于热控制技术领域。所述方法为热压烧结法：将蒸发器壳体装入模具中，将蒸发芯、隔热芯和传输芯材料粉末均匀紧实装填入模具中相应位置，在蒸发芯和传输芯所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯和传输芯与壳体紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯和传输芯粉末材料形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器；所述模具在蒸发芯设置蒸气槽道处设有相应的蒸气槽道形状结构。通过该方法制得的所述蒸发器可有效减小向储液器漏热，提升毛细力的同时增大渗透率，解决环路热管毛细芯导热系数和渗透率难以兼顾提升传热性能和提升启动性能、运行稳定性的问题。

A preparation method of loop heat pipe evaporator

The invention relates to a preparation method of a loop heat pipe evaporator, which belongs to the technical field of thermal control. The method is the hot pressing sintering method: the evaporator shell is loaded into the mold, the evaporating core, the heat insulation core and the material powder of the transmission core are compacted and packed into the corresponding position in the mold. Under the sintering temperature of the powder material used in the evaporation core and the transmission core, the pressure of the evaporation core and the transmission core and the shell is close enough to apply. The heat pipe is formed by hot pressing and sintering. When the evaporating core and the powder material of the transmission core are formed to cool down, the evaporator of the loop heat pipe is obtained, and the mould has the corresponding steam channel shape structure at the vaporization channel. The evaporator obtained by this method can effectively reduce the leakage heat to the liquid storage device, improve the capillary force and increase the permeability. It is difficult to solve the heat transfer performance of the capillary core and the permeability of the loop heat pipe, and improve the starting performance and the stability of the operation.

【技术实现步骤摘要】
一种环路热管蒸发器的制备方法
本专利技术涉及一种环路热管蒸发器的制备方法，属于热控制

技术介绍
环路热管是一种高效两相传热设备，其具有高传热性能、远距离传输热量、优良的控温特性和管路的可任意弯曲、安装方便等特点，由于具有众多其它传热设备无可比拟的优点，环路热管在航空、航天以及地面电子设备散热等众多领域中具有十分广阔应用前景(张红星，环路热管两相传热技术的理论和实验研究，博士论文，北京航空航天大学，2016年.)。环路热管主要包括蒸发器、冷凝器、储液器、蒸气管路和液体管路。整个循环过程如下：液体在蒸发器中的毛细芯外表面蒸发，吸收蒸发器外的热量，产生的蒸气从蒸气管路流向冷凝器，在冷凝器中释放热量给热沉冷凝成液体，最后经过液体管路流入储液器，储液器内的液体工质维持对蒸发器内毛细芯的供给。平板环路热管因为其所需安装空间小，平板式蒸发器与热源平面便于安装，是近年来的研究热点和重点应用方向。根据结构不同，平板环路热管主要分为两种形式。第一种形式为圆盘形平板环路热管，蒸发器为圆盘形，蒸发器和储液器用毛细芯隔离开(R.Singhetal.,Operationalcharacteristicsofaminiatureloopheatpipewithflatevaporator,InternationalJournalofThermalSciences(2008),doi:10.1016/j.ijthermalsci.2007.12.013.)。第二种形式为矩形平板环路热管，储液器置于蒸发器一侧(Yu.Maydanik*,S.Vershinin,M.Chernysheva,S.Yushakova,Investigationofacompactcopperwaterloopheappipewithaflatevaporator,AppliedthermalEngineering,31(2011),3533-3541.)。毛细芯是环路热管蒸发器的核心部件，其主要作用如下：一方面，多孔结构毛细芯与热源接触的表面作为蒸发面，蒸发面的毛细小孔形成弯月面，提供驱动工质循环的毛细驱动力，液体循环流入储液器后，毛细芯又将储液器的液体吸入蒸发器。另一方面，毛细芯本身将蒸发器和储液器密封隔离，使蒸气只能从外回路循环，阻止蒸发器产生的气体穿透毛细芯进入储液器，导致循环失效。为提高环路热管的传热性能、启动性能和运行稳定性，对毛细芯有两个方面的要求：(1)从提升传热性能的角度上，毛细芯蒸发侧应具有较高的导热系数来提高蒸发换热性能、减小蒸发换热温差；同时应具有较小的毛细孔径来提高毛细驱动力，增大环路热管极限传热能力。(2)从提升启动性能和运行稳定性的角度上，毛细芯应具有较小的导热系数来减小从蒸发器向储液器的漏热以便形成两者间的温差(即压差)；同时应具有较大毛细孔径来提升渗透率，减小液体从储液器流向蒸发器的阻力。上述两个要求是矛盾的。为解决上述问题，国内外公开发表的文献和相关专利，主要采取的方法是采用不同孔径和导热系数的双层毛细芯结构。文献提出双层毛细芯的结构形式。蒸发侧毛细芯用小粒径、高导热系数粉末烧结，供液侧用大粒径低导热系数烧结(汪双凤，针对显卡散热的微小平板型环路热管实验研究，2012年.柏立战，林贵平，环路热管复合芯传热与流动特性分析，北航学报，V35(12)，2009年12月.李强复合结构毛细蒸发器传热特性研究，2015年.)。双层毛细芯从理论上是可行的，但是在实施时，存在两个问题：1)两种毛细芯烧结温度不一样，难以一体烧结，异种金属界面难以很好的结合，缝隙处一旦产生气泡或蒸气，将阻断毛细芯的供液。2)双层毛细芯对蒸发器和储液器的隔离密封也更加困难。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种环路热管蒸发器的制备方法，所述蒸发器中的复合毛细芯具有三层复合结构，可有效减小蒸发器向储液器漏热，提升毛细力的同时增大渗透率，解决环路热管毛细芯导热系数和渗透率难以兼顾提升传热性能和提升启动性能、运行稳定性的技术问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种环路热管蒸发器的制备方法，所述蒸发器由壳体和复合毛细芯组成，其中，所述复合毛细芯由蒸发芯、隔热芯和传输芯三层依次复合而成，其中，隔热芯位于蒸发芯和传输芯中间，蒸发芯不与隔热芯相邻一侧上设有蒸气槽道，传输芯不与隔热芯相邻一侧靠近环路热管的储液器；蒸发芯和传输芯采用同种材料，其导热系数大于隔热芯材料的导热系数，且熔点低于隔热芯材料熔点；壳体采用材料的熔点大于等于蒸发芯和传输芯材料的熔点。所述蒸发芯采用粉末材料热压烧结制得，粒径优选300目～1000目，以提供大毛细力；所述传输芯采用粉末材料热压烧结制得，粒径大于等于蒸发芯粉末材料粒径，粒径优选50目～300目，以提供大渗透率；所述蒸发芯和传输芯材料优选为铜、镍或铝。隔热芯采用粉末材料，优选粒径50目～300目，材料优选为不锈钢、钛、钛合金或金属氧化物。优选蒸发芯和传输芯材料的导热系数与隔热芯材料的导热系数相差1个数量级，优选隔热芯材料熔点，与蒸发芯和传输芯材料熔点差大于100℃。蒸发芯和传输芯放置于壳体内热压烧结成型，并与壳体壁面紧密贴合实现密封，夹在中心的隔热芯为粉末状态。优选所述蒸发器为矩形平板、圆盘形平板或圆柱形。优选蒸气槽道为矩形、圆形或梯形；更优选为蒸气槽道为圆形、均匀分布在蒸发芯上。蒸发器壳体厚度优选小于1mm。所述制备方法为热压烧结法，具体步骤如下：将壳体装入模具中，然后将蒸发芯材料粉末、隔热芯材料粉末和传输芯材料粉末均匀紧实的装填入模具中相应位置，在蒸发芯和传输芯所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯和传输芯与壳体紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯和传输芯粉末材料充分烧结、粉末间形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器；其中，所述模具在蒸发芯设置蒸气槽道处设有相应的蒸气槽道形状结构。热压烧结成型采用现有技术中常规条件，通常在真空或保护气体下进行，所述保护气体通常为氮气(N2)或氩气(Ar)；当蒸发芯和传输芯所用粉末材料为易氧化金属(如铜等)时，需要通入还原性气体(如氢气等)进行还原；可采用烧结炉进行热压烧结。优选模具由限位工装、蒸气槽道成型工装和施压工装组成，根据本专利技术所述复合毛细芯的结构及形状设计所述工装的结构及形状，并进行组合使用。当所述蒸发器为矩形平板式或圆盘形平板式时，制备方法步骤如下：(1)将蒸气槽道成型工装装配在限位工装上，将壳体固定在限位工装上；(2)将蒸发芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，蒸发芯设置蒸气槽道一侧与蒸气槽道成型工装紧密接触；(3)将隔热芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，位于蒸发芯未设置蒸气槽道一侧；(4)将传输芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，位于隔热芯一侧；(5)将施压工装插入壳体内，放置于传输芯材料外侧，得到装配好的模具和复合毛细芯材料；(6)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装外侧施加压力，进行热压烧结成型；(7)成型后脱模，封装上壳体顶部，得到一种矩形平板式或圆盘形平板式的环路热管蒸发器。当所述蒸发器为圆柱形时，制备方法步骤如下：(1)将壳体与蒸发芯的限位工装组合，其间隙为圆筒结构，用于装填入蒸发芯粉末材料，固定蒸气槽道成型工装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：所述方法为热压烧结法，步骤如下：将蒸发器(14)的壳体(1)装入模具中，然后将蒸发芯(2)材料粉末、隔热芯(3)材料粉末和传输芯(4)材料粉末均匀紧实的装填入模具中相应位置，在蒸发芯(2)和传输芯(4)所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯(2)和传输芯(4)与壳体(1)紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯(2)和传输芯(4)粉末材料形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器(14)；所述模具在蒸发芯(2)设置蒸气槽道(5)处设有相应的蒸气槽道(5)形状结构；所述蒸发器(14)由壳体(1)和复合毛细芯组成；复合毛细芯由蒸发芯(2)、隔热芯(3)和传输芯(4)三层依次复合而成；隔热芯(3)位于蒸发芯(2)和传输芯(4)中间，蒸发芯(2)不与隔热芯(3)相邻一侧上设有蒸气槽道(5)，传输芯(4)不与隔热芯(3)相邻一侧靠近环路热管的储液器；蒸发芯(2)和传输芯(4)采用同种材料，其导热系数大于隔热芯(3)材料的导热系数，且熔点低于隔热芯(3)材料的熔点；壳体(1)材料的熔点大于等于蒸发芯(2)和传输芯(4)材料的熔点；蒸发芯(2)、传输芯(4)和隔热芯(3)均采用粉末材料，蒸发芯(2)和传输芯(4)热压烧结成型并与壳体(1)壁面紧密贴合实现密封，夹在中心的隔热芯(3)保持粉末状态；传输芯(4)材料的粒径大于等于蒸发芯(2)材料的粒径。...

【技术特征摘要】
1.一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：所述方法为热压烧结法，步骤如下：将蒸发器(14)的壳体(1)装入模具中，然后将蒸发芯(2)材料粉末、隔热芯(3)材料粉末和传输芯(4)材料粉末均匀紧实的装填入模具中相应位置，在蒸发芯(2)和传输芯(4)所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯(2)和传输芯(4)与壳体(1)紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯(2)和传输芯(4)粉末材料形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器(14)；所述模具在蒸发芯(2)设置蒸气槽道(5)处设有相应的蒸气槽道(5)形状结构；所述蒸发器(14)由壳体(1)和复合毛细芯组成；复合毛细芯由蒸发芯(2)、隔热芯(3)和传输芯(4)三层依次复合而成；隔热芯(3)位于蒸发芯(2)和传输芯(4)中间，蒸发芯(2)不与隔热芯(3)相邻一侧上设有蒸气槽道(5)，传输芯(4)不与隔热芯(3)相邻一侧靠近环路热管的储液器；蒸发芯(2)和传输芯(4)采用同种材料，其导热系数大于隔热芯(3)材料的导热系数，且熔点低于隔热芯(3)材料的熔点；壳体(1)材料的熔点大于等于蒸发芯(2)和传输芯(4)材料的熔点；蒸发芯(2)、传输芯(4)和隔热芯(3)均采用粉末材料，蒸发芯(2)和传输芯(4)热压烧结成型并与壳体(1)壁面紧密贴合实现密封，夹在中心的隔热芯(3)保持粉末状态；传输芯(4)材料的粒径大于等于蒸发芯(2)材料的粒径。2.根据权利要求1所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：模具由限位工装(6)、蒸气槽道成型工装(7)和施压工装(8)组成。3.根据权利要求2所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：当所述蒸发器(14)为矩形平板式或圆盘形平板式时，制备方法步骤如下：(1)将蒸气槽道成型工装(7)装配在限位工装(6)上，将壳体(1)固定在限位工装(6)上；(2)将蒸发芯(2)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，蒸发芯(2)设置蒸气槽道(5)一侧与蒸气槽道成型工装(7)紧密接触；(3)将隔热芯(3)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，位于蒸发芯(2)未设置蒸气槽道(5)一侧；(4)将传输芯(4)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，位于隔热芯(3)一侧；(5)将施压工装(8)插入壳体(1)内，放置于传输芯(4)材料外侧，得到装配好的模具和复合毛细芯材料；(6)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装(8)外侧施加压力，进行热压烧结成型；(7)成型后脱模，封装上壳体(1)顶部，得到一种矩形平板式或圆盘形平板式的环路热管蒸发器(14)。4.根据权利要求2所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：当...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红星，满广龙，李国广，励精图治，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11