一种具有复合型毛细结构的高功率热管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有复合型毛细结构的高功率热管及其制备方法，包括金属管、设置于金属管内的复合型毛细结构及相变工质，复合型毛细结构由金属粉末多孔介质及至少一分隔部组成，分隔部为其他类型的多孔介质结构，分隔部至少一面与金属粉末多孔介质相贴。能够搭配形成各种梯度的多层复合型毛细结构，提供毛细力较大、载液量也较大的导热结构。载液量也较大的导热结构。载液量也较大的导热结构。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合型毛细结构的高功率热管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传热热管装置领域，尤其是一种具有复合型毛细结构的高功率热管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着芯片功耗不断增加，其热流密度也随之增加，比如INTEL服务器芯片功耗由200多瓦增加到350瓦，甚至500瓦以上，NVIDIA的4090显卡芯片的功耗达到了660瓦，功耗和热流密度的急剧增加，导致整个散热模组体积庞大，使用多支热管才能勉强达到性能要求，如果芯片功耗超过700瓦，达到900瓦，那热管就根本没有办法能够解热，而且很多应用场景下又要求热管水平放置，更增加了热管的传热难度，降低了热管的传热功率，无疑对热管的性能提出了极高的要求，传统的铜粉毛细结构已经达到了其传热极限，急需新的毛细结构来满足高功率的传热。
[0003]铜粉烧结热管一般是在铜管光滑内壁烧结铜粉形成毛细结构，或者是在沟槽管内壁烧结铜粉形成毛细结构。铜粉烧结毛细结构的制造工艺首先是在铜管中间固定好中心棒，将铜粉填入铜管和中心棒的间隙中，通过震动将铜粉完全填满间隙，并使铜粉紧紧地贴着铜管内壁，再将填好粉的铜管送入高温炉进行烧结，最终形成铜粉烧结毛细结构。
[0004]铜粉烧结热管的铜粉颗粒大小基本是在60目～200目之间，对于不同的传热功率，只能在这些铜粉目数中进行选择搭配，而且都是按百分比进行配比，比如，对于100目～200目之间的铜粉，100目～120目占比20％，120目～150目占比40％，150目～200目占比40％，将这些不同目数的铜粉按比例进行混合在一起，细粉散落在粗粉之间，烧结成某一型号毛细结构，这种工艺无法烧结形成有梯度的毛细结构。
[0005]对于水平位置的热管，重力不起作用，热管完全靠毛细力克服液体通道阻力将液体回流，比如显卡散热器，一般风扇在最上面那层，但散热器的总厚度大概35mm左右，热管大部分区域都是处于水平位置，毛细力需要克服液体通道阻力，比垂直顺流情况下，其传热功率也大打折扣；对于抗重力位置的热管，重力不仅不起作用，而且起反作用，此时毛细力不仅要克服液体通道的阻力，还要克服重力的作用，显然，这对毛细力提出了非常高的要求，又比如舞台灯的导热装置，因其需要360
°
旋转，其工作状态经常出现的情况就是LED芯片在最上面，散热器及其热管在下面，此时液体从下往上回流就需要毛细力克服重力和液体通道阻力，其传热功率就非常受限。
[0006]根据多孔介质理论，多孔介质等效孔径越小，其毛细力越大，所能传递液体的高度就越高，所以要提高毛细力，必须设计并制造出孔径非常小的毛细结构，对于铜粉烧结毛细结构而已，孔径小意味液体的等效通道直径也较小，一方面液体回流阻力会增大，另一方面液体通道变小后，单位时间内的载液量也比较少，即使整个毛细结构全部用极小的颗粒来烧结成毛细结构，其远距离的传热功率不一定会增加很多，因此新的毛细结构必须要克服这些困难才能提高毛细传热极限。整个热管体系循环运作最关键的参数就是毛细力和液体通道大小，毛细力将液体从冷凝段快速吸回到蒸发端，回流的速度和载液量是决定蒸发端
蒸发效率的决定因素，回流速度越快、载液量越大意味着单位时间内带走的热量越多，反之亦然。通常为了能够传递更高的热量，唯一的办法就是增加毛细结构的厚度，也就是增加载液量，增加毛细结构厚度同时也压缩了蒸汽通道的空间，目前这种毛细结构已经达到了其传热极限，但对于更高功率、更高热流密度的热源却无能为力。
[0007]为了进一步提高热管的传热功率，也可以在沟槽管内壁烧结铜粉来提高其载热量，沟槽管的齿是靠模具挤压拉拔出来的，受限于模具的尺寸和精度，沟槽管的齿高一般都做得不高，不会超过0.5mm，齿的个数也不是很多，因此齿宽较宽，烧结很细的铜粉也只能增加一小部分的孔隙率，其载液量也是受限。
[0008]传统的毛细结构已经达到了其传热极限，急需提出创新性的毛细结构才会提高热管的毛细传热极限，以满足高功率的传热。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了克服上述中存在的问题，提供了一种具有复合型毛细结构的高功率热管及其制备方法，能够搭配形成各种梯度的多层复合毛细结构，提供毛细力较大、载液量也较大的传热结构。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有复合型毛细结构的高功率热管，包括金属管、设置于金属管内的复合型毛细结构及相变工质，复合型毛细结构由金属粉末多孔介质及至少一分隔部组成，分隔部为其他类型的多孔介质结构，分隔部至少一面与金属粉末多孔介质相贴。
[0011]其中，分隔部保持至少一面与金属粉末多孔介质相贴的情况下，位于金属管内部的任意位置。分隔部可设置于金属管与金属粉末多孔介质之间，可设置于金属粉末多孔介质中部、可设置于金属粉末多孔介质内环。
[0012]分隔部位于金属粉末多孔介质中，将金属粉末多孔介质分隔形成多层结构。金属粉末多孔介质、分隔部整体烧结于金属管的内壁，形成多孔介质复合毛细结构。多层金属粉末多孔介质与其他类型的多孔介质结构的孔径呈梯度增加、或梯度减少、或梯度交替增加、或梯度交替减少。
[0013]作为优选，所述分隔部为网状多孔介质或纤维束状多孔介质。
[0014]作为优选，所述金属管内设置有一圈环状的分隔部，将金属粉末多孔介质分隔形成两层。
[0015]作为优选，所述金属管内设置有两圈及以上的环状的分隔部，将金属粉末多孔介质分隔形成三层以上。
[0016]作为优选，所述分隔部为螺旋状结构，将金属粉末多孔介质分隔形成多层且相连。
[0017]作为优选，所述分隔部为多块弧形块，将金属粉末多孔介质分隔形成多层且相连。
[0018]作为优选，所述金属管与复合型毛细结构为同类金属或其合金材料。
[0019]作为优选，所述金属管与复合型毛细结构为铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金。
[0020]作为优选，所述的金属管为沟槽管，分隔部设置于沟槽管内壁与金属粉末多孔介质之间。
[0021]作为优选，所述复合型毛细结构的金属粉末多孔介质等效孔径沿热管轴向呈梯度
变化。
[0022]本专利技术还提供了一种具有复合型毛细结构的高功率热管，包括如下步骤：
[0023]步骤1)、使用模具或治具成型多个不同的铜网或铜纤维结构的分隔部；根据需要，可将成型的铜网或铜纤维送入高温炉烧结成一整体铜网结构或铜纤维结构；
[0024]步骤2)、将铜网或铜纤维整体结构放进铜管内部并固定好位置；
[0025]步骤3)、将中心棒插入铜网或铜纤维整体内部并固定好；
[0026]步骤4)、根据需要将不同孔径的铜粉填入不同的间隙，使金属粉末多孔介质等效孔径沿热管径向呈梯度变化，并震动；并且根据需要，在不同的深度填充不同孔径的铜粉，使金属粉末多孔介质等效孔径沿热管轴向呈梯度变化；
[0027]步骤5)、将填好铜粉和铜网或铜纤维整体的铜管送入高温炉进行烧结，形成新型复合毛细结构。
[0028]所述步骤1)中，将成型的铜网或铜纤维送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：包括金属管、设置于金属管内的复合型毛细结构及相变工质，复合型毛细结构由金属粉末多孔介质及至少一分隔部组成，分隔部为其他类型的多孔介质结构，分隔部至少一面与金属粉末多孔介质相贴。2.根据权利要求1所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：所述分隔部为网状多孔介质或纤维束状多孔介质。3.根据权利要求2所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：所述分隔部位于金属粉末多孔介质中，将金属粉末多孔介质分隔形成多层结构，金属粉末多孔介质、分隔部整体烧结于金属管的内壁，形成多孔介质复合型毛细结构。4.根据权利要求3所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：至少一圈环状的分隔部设置于金属粉末多孔介质中，将金属粉末多孔介质分隔形成多层。5.根据权利要求3所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：所述分隔部为螺旋状结构，将金属粉末多孔介质分隔形成多层且相连。6.根据权利要求3所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：所述分隔部为多块弧形块，将金属粉末多孔介质分隔形成多层且相连。7.根据权利要求3所述的一种具有复合型毛细结构的高功率热管，其特征在于：所述金属管与复合型毛细结构为同类金属或其合金材料；所述金属管与复合型毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，
申请(专利权)人：广州华钻电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：