一种复合吸液芯及其制造方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合吸液芯及其制造方法和应用，所述复合吸液芯包括沟槽和纳米多孔层，所述纳米多孔层覆盖在所述沟槽的内壁表面。本发明专利技术的复合吸液芯具有沟槽结构和纳米多孔层，纳米多孔层可以有效增大毛细压力，沟槽结构可以有效降低流动阻力；同时，工质在纳米多孔层中的蒸发和凝结过程都会得到增加，从而有效降低热管、均热板器件的热阻。均热板器件的热阻。均热板器件的热阻。

【技术实现步骤摘要】
一种复合吸液芯及其制造方法和应用


[0001]本专利技术涉及散热器件领域，特别涉及一种复合吸液芯及其制造方法和应用。

技术介绍

[0002]热管和均热板都是利用介质的相变过程实现热量快速传导的传热元件。其中，热管是一种一维传热器件，一般是管状或扁平状，利用液态的工作介质在热管的蒸发端受热蒸发，并带走热量，该热量为工作介质的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热。在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。而均热板是一种二维传热平面器件，一般是面积较大的平板结构，工作介质同样在蒸发端蒸发，并在冷凝端冷凝后经过内部毛细结构回流到蒸发端。
[0003]热管和均热板的散热性能主要由内部的吸液芯决定，目前常见的吸液芯结构包括丝网型、烧结型和沟槽型。理想的吸液芯要求具有较大的毛细压力、小的流动阻力，但是上述两个性能很难同时实现。一般而言，丝网型和烧结型吸液芯具有大的毛细压力，但同时流动阻力较大，而沟槽型吸液芯具有较小的毛细压力和流动阻力。
[0004]为了克服上述矛盾，目前存在如下解决方案：1)相关技术提出了一种由紫铜粉末和紫铜纤维烧结而成的复合吸液芯及其制造方法，这种吸液芯利用紫铜纤维的导向作用降低烧结吸液芯的流动阻力；2)还有相关技术提出了一种齿状复合吸液芯及其制备方法，这种吸液芯是通过在具有微沟槽的紫铜管壁上烧结紫铜粉末和紫铜纤维的混合物制成的，由于底部微沟槽的存在，可以降低流动阻力；3)另有相关技术提出了一种多孔槽道与微细纤维复合吸液芯及其制造方法，其包括金属粉末烧结形成的多孔基体、多孔基体表面上加工形成的平行槽道结构、以及槽道壁面一侧的针絮状微细纤维。
[0005]上述方法依然存在流动阻力大，工序复杂，成本高等问题。例如，通过铜粉与纤维复合的方案，较难实现纤维的均匀连续排列，可能造成局部流动阻力增加；制备沟槽与烧结结构复合的吸液芯，一般需要经过高温烧结，二次加工沟槽等不同工序，大大提高了加工成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种复合吸液芯，所述复合吸液芯具有大的毛细压力、小的流动阻力。
[0007]同时，本专利技术还提供所述复合吸液芯的制造方法和应用。
[0008]具体地，本专利技术采取如下的技术方案：
[0009]本专利技术的第一方面是提供一种复合吸液芯，所述复合吸液芯包括沟槽和纳米多孔层，所述纳米多孔层覆盖在所述沟槽的内壁表面。
[0010]根据本专利技术第一方面的复合吸液芯，至少具有如下有益效果：
[0011]复合吸液芯中的纳米多孔结构可提供大的毛细压力，而沟槽结构可以有效降低回流阻力，在二者的共同作用下，使得复合吸液芯具有大的毛细压力、小的流动阻力。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米多孔层覆盖所述沟槽的至少一侧内壁表面，优选覆盖所述沟槽的一侧内壁表面。所述纳米多孔层可以完全覆盖沟槽一侧内壁，也可以仅覆盖沟槽一侧内壁的局部区域。纳米多孔层覆盖沟槽的一侧内壁表面，另一侧内壁没有覆盖，可避免过量覆盖造成流动阻力增大。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽的深径比为0.2～5。所述深径比指的是沟槽的深度与顶部宽度的比值。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽的顶部宽度为20～80μm，深度20～100μm。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽的截面形状包括(类)V型、(类)T型、矩形、圆弧形中的至少一种，优选包括(类)V型、(类)T型。其中(类)V型沟槽结构的特征是沟槽的顶部宽度大于底部宽度，顶部宽度为20～80μm，底部宽度不大于10μm；(类)T型沟槽结构的特征是沟槽的顶部宽度大于底部宽度，顶部宽度为20～80μm，底部宽度10～60μm。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米多孔层的厚度为50～10000nm；所述纳米多孔层内部的纳米孔直径为5～500nm。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽设置在一基材的表面。所述基材为金属基材，包括铜、铜合金、不锈钢中的至少一种。所述沟槽在基材的表面呈周期性排布。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米多孔层的元素成分可以与基材相同，也可以只包含基材中的部分元素，且元素占比可以与基材不同，还可以是基材中部分或全部元素加上氧元素的混合成分。
[0019]本专利技术的第二方面是提供上述复合吸液芯的制造方法，包括如下步骤：
[0020]以相爆炸机制对基材表面进行烧蚀，形成沟槽，并使烧蚀产物沉积到沟槽的内壁表面；
[0021]对烧蚀后的样品进行还原烧结，得到复合吸液芯。
[0022]相爆炸是指基材表面被烧蚀区域的材料主要以蒸气和纳米液滴的混合体形式从基材表面喷射。本专利技术以相爆炸机制对基材表面进行烧蚀，形成沟槽，在烧蚀过程中可产生蒸气和纳米液滴的混合体(即烧蚀产物)，蒸气和纳米液滴的混合体经沉积、还原烧结可以形成较致密的纳米多孔结构。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述烧蚀的方法包括高重频激光扫描，所述激光的脉冲能量密度大于所述基材的相爆炸阈值。例如，对于铜及铜合金基材，到达基材表面的激光脉冲能流密度应大于1J/cm2，对于不锈钢基材，到达基材表面的激光脉冲能流密度应大于0.3J/cm2。当激光脉冲能流密度小于或等于基材的相爆炸阈值时，激光扫描区域的材料将主要以光致剥离等机制被烧蚀去除，无法产生大量蒸气和纳米液滴的混合体，无法沉积形成有效的纳米多孔结构。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述激光的脉冲重复频率(重频)不小于100kHz，例如100～500kHz、200～400kHz或其他重频。重频过低会导致烧蚀产物无法形成有效富集，难以沉积在激光辐照区域附近。
[0025]所述激光的脉冲半高宽<1ns。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述激光为超短脉冲激光，超短脉冲激光指的是脉冲半高宽≤1纳秒的激光脉冲。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述使烧蚀产物沉积到沟槽的内壁表面方法为，在
烧蚀过程中施加单向气流(指从一个方向流向另一个方向的气流)，使烧蚀产物沿气流运动，并沉积到沟槽的内壁上。烧蚀产物是激光辐照基材表面发生相爆炸后，以蒸气和纳米液滴的混合体形式喷射出的高温产物，其温度随运动距离的增加而降低。在高重频脉冲作用下，大量烧蚀产物形成有效富集，同时受到表面气流的影响，从基材表面向上喷射的同时，向气流流动方向运动，在运动过程中受到沟槽内壁的阻碍后，附着在沟槽内壁，形成纳米多孔结构；后续达到沟槽内壁的烧蚀产物继续附着在已经形成的纳米多孔结构表面，最终形成一定厚度的纳米多孔层。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述气流的流动方向与基材表面的角度为0
°
～45
°
，与烧蚀方向(即激光扫描方向)的夹角为45
°
～90
°
。通过加入气流，并控制气流的方向，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合吸液芯，其特征在于：所述复合吸液芯包括沟槽和纳米多孔层，所述纳米多孔层覆盖在所述沟槽的内壁表面。2.根据权利要求1所述复合吸液芯，其特征在于：所述纳米多孔层覆盖所述沟槽的至少一侧内壁表面。3.根据权利要求1所述复合吸液芯，其特征在于：所述沟槽的深径比为0.2～5。4.根据权利要求1所述复合吸液芯，其特征在于：所述纳米多孔层的厚度为50～10000nm；优选地，所述纳米多孔层内部的纳米孔直径为5～500nm。5.权利要求1～4任一项所述复合吸液芯的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：以相爆炸机制对基材表面进行烧蚀，形成沟槽，并使烧蚀产物沉积到沟槽的内壁表面；对烧蚀后的样品进行还原烧结，得到复合吸液芯。6.根据权利要求5所述复合吸液芯的制造方法，其特征在于：实现所述烧蚀的方法包括激光扫描，所述激光的脉冲能量密度大于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙江游，李艳，吴峻炜，欧阳紫晴，席明杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：