本发明专利技术涉及一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯及其制备方法，所述环路热管用氮化硅平板毛细芯内部具有单向孔道，小孔分布在大孔孔壁上；所述环路热管用氮化硅平板毛细芯的孔隙率为65.45%～85.37%，小孔尺寸为0.8～1.3μm，大孔尺寸为2.5～100.7μm，孔道弯曲度为2.0～6.0。孔道弯曲度为2.0～6.0。孔道弯曲度为2.0～6.0。
【技术实现步骤摘要】
一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯及其制备方法，属于热控领域。
技术介绍
[0002]随着电子科技的迅速发展，电子元器件高热流密度的特点提高了其散热的需求。环路热管作为一种相变传热装置，利用液体工质的蒸发和冷凝，可以完成高效的传热和控温。因此，其在航空航天和电子设备散热领域受到广泛的关注。蒸发器中的毛细芯作为环路热管的核心部件，为热管内部的两相工质流动提供驱动力。因此毛细芯的选材和孔参数对环路热管的传热效率十分关键。由于聚合物材料工质相容性和高温稳定性较差，而以镍、铜和不锈钢为代表的金属芯热导率过高，易造成背向热泄露，同时在加工过程中，塑性变形易造成表面的微孔封闭。因此，能够克服上述劣势的陶瓷毛细芯成为了研究的热点。
[0003]多孔氮化硅陶瓷具有优异的热稳定性和化学稳定性，其棒状晶粒交联搭接的微结构保证陶瓷在较高孔隙率下可以保持足够的强度，这有利于毛细芯的装配及其在复杂热流耦合环境下的应用。此外，传统的具有单一孔径分布的毛细芯已经难以满足高热流密度下环路热管正常运行对毛细芯毛细抽吸性能和渗透性能的要求。而具有双孔分布的均质毛细芯在一定程度上可以实现“小孔吸液，大孔排气”的目标，但还是无法全面满足环路热管对毛细芯不同部位功能性的要求，例如，新型毛细芯要求靠近蒸发面的毛细芯部分导热性能较好、孔径较小、孔径分布比较均匀，而靠近补偿腔或者储液器的毛细芯部分应该具有相对较差的热导率减小背向热泄露、较大的孔径减小工质流动的阻力。此外，新型毛细芯还应具有较小孔道弯曲度。孔道弯曲度指的是流体流经多孔介质内部的路径与其流动方向多孔介质的宏观厚度之间的比值。较小的孔道弯曲度将降低流体在多孔介质中的流动阻力。因此，具有较小孔道弯曲度的多尺度孔结构设计成为了毛细芯功能最大化的关键。
技术实现思路
[0004]针对上述的问题，本专利技术旨在提供一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯及其制备方法。该毛细芯具有优异的毛细抽吸性能和渗透性能，其独特的结构特征十分符合高性能平板毛细芯的设计理念。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯，所述环路热管用氮化硅平板毛细芯内部具有单向孔道，小孔分布在大孔孔壁上；所述环路热管用氮化硅平板毛细芯的孔隙率为65.45％～85.37％，小孔尺寸为0.8～1.3μm，大孔尺寸为2.5～100.7μm，孔道弯曲度为2.0～6.0。
[0006]优选地，所述环路热管用氮化硅平板毛细芯沿冷冻温度梯度方向压缩强度为2.0～15.7MPa，毛细抽吸系数为18～69秒，达西渗透率为1.6*10
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～5.9*10
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m2。
[0007]第二方面，本专利技术提供了上述环路热管用氮化硅平板毛细芯的制备方法，包括：将
Si3N4粉体、烧结助剂、粘结剂水溶液和分散剂混合后，得到均匀的陶瓷浆料；采用单一冷源进行冷冻固化和冷冻干燥，得到陶瓷素坯；再经过预烧和烧结，得到所述环路热管用氮化硅平板毛细芯。
[0008]本专利技术利用环境友好型的冷冻干燥法，结合水基陶瓷浆料，制备在温度梯度方向具有连续变化孔结构的氮化硅平板毛细芯。这种特殊孔结构的毛细芯满足新型平板毛细芯对孔结构的需求。特别地，与传统毛细芯相比，该毛细芯具有更小的孔道弯曲度，这极大地降低了环路热管运行过程中两相工质在毛细芯内部的流阻。该方法制备的毛细芯具有孔隙率高、孔道弯曲度小、毛细抽吸性能和渗透性能优异、沿冷冻温度梯度方向压缩强度高等特点。
[0009]其中，单一冷源下，冰晶沿温度梯度方向生长，尺寸逐渐增大，冷冻干燥后，陶瓷素坯中留下具有连续尺寸变化的单向孔道，具有双峰孔径分布，大孔来源于单向生长的大冰晶升华留下来的孔隙，小孔主要来源于小尺寸冰晶升华和晶粒搭接形成的孔隙。若采用全方位冷源，则冰晶无序生长，同时，冰晶长大受到抑制，冰晶尺寸相对较小，孔道弯曲度相对较大。
[0010]优选地，所述烧结助剂为Y2O3、Al2O3、SiO2、Nd2O3、Yb2O3、Lu2O3、MgO中的至少一种，所述烧结助剂的添加量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的0.5％～12％，更优选为1％～8％。
[0011]优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种，所述粘结剂的添加量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的0.05％～10％，更优选为1％～8％。
[0012]优选地，所述分散剂为聚丙烯酸氨、聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种，所述分散剂的添加量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的0.01％～5％，更优选为0.1％～3％。
[0013]优选地，所述水的含量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的100％～320％，更优选为125％～280％。
[0014]优选地，所述冷冻固化的温度为
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196～
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5℃，时间为0.5～8h。
[0015]优选地，所述冷冻干燥的参数包括：冷冻干燥真空度为1～10Pa，冷凝管路的温度为
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50℃～
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40℃，加热板的温度为
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45℃～40℃，干燥时间为5～120h。
[0016]优选地，所述预烧在空气气氛下完成，升温速率为1～5℃/min，保温温度为500～700℃，保温时间为0.5～3h。
[0017]优选地，所述烧结在氮气气氛下完成，升温速率为1～10℃/min，保温温度为1500～1800℃，保温时间为1～5h，氮气气氛压力优选为0.01～0.5MPa。
[0018]有益效果：
[0019]本专利技术的有益效果在于利用成本相对较低的环境友好型方法制备一种具有连续变化孔结构的氮化硅平板毛细芯；单一冷源下，冰晶沿温度梯度方向生长，尺寸逐渐增大，冷冻干燥后，陶瓷素坯中留下具有连续尺寸变化的单向孔道。这极大地减低了毛细芯的孔道弯曲度，有利于毛细芯获得优异的渗透性能。同时，该毛细芯在靠近蒸发面和补偿腔两端孔结构的差异性符合新型毛细芯对不同部位结构功能性的要求。
附图说明
[0020]图1为实施例1中氮化硅毛细芯宏观形貌图。
[0021]图2为实施例2中氮化硅毛细芯微观形貌图。
[0022]图3为实施例3中氮化硅毛细芯微观形貌图。
[0023]图4为对比例1中氮化硅毛细芯微观形貌图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0025]在本公开中，通过单一冷源冷冻固化陶瓷浆料的方法使得冰晶沿温度梯度方向生长，利用冰晶尺寸逐渐变大的规律，经过冷冻干燥及烧结等工艺后，得到孔结构尺寸连续变化的氮化硅平板毛细芯。同时，可以通过改变烧结助剂种类及含量、浆料固含量、冷源温度和烧结制度等方式调控毛细芯孔参数。
[0026]以下示例本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有极小孔道弯曲度的环路热管用氮化硅平板毛细芯，其特征在于，所述环路热管用氮化硅平板毛细芯内部具有单向孔道，小孔分布在大孔孔壁上；所述环路热管用氮化硅平板毛细芯的孔隙率为65.45%～85.37%，小孔尺寸为0.8～1.3μm，大孔尺寸为2.5～100.7μm，孔道弯曲度为2.0～6.0。2.根据权利要求1所述的环路热管用氮化硅平板毛细芯，其特征在于，所述环路热管用氮化硅平板毛细芯沿冷冻温度梯度方向压缩强度为2.0～15.7MPa，毛细抽吸系数为18～69秒，达西渗透率为1.6*10
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～5.9*10
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m2。3.一种如权利要求1或2所述的环路热管用氮化硅平板毛细芯的制备方法，其特征在于，包括：将Si3N4粉体、烧结助剂、粘结剂水溶液和分散剂混合后，得到均匀的陶瓷浆料；采用单一冷源进行冷冻固化和冷冻干燥，得到陶瓷素坯；再经过预烧和烧结，得到所述环路热管用氮化硅平板毛细芯。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为Y2O3、Al2O3、SiO2、Nd2O3、Yb2O3、Lu2O3、MgO中的至少一种，所述烧结助剂的添加量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的0.5%～12%，更优选为1%～8%。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种，所述粘结剂的添加量优选为Si3N4陶瓷粉体质量的0.05%～10%，更优选为1%...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾宇平，李雪晴，姚冬旭，左开慧，夏咏锋，尹金伟，梁汉琴，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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