一种三维梯度孔隙率毛细芯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三维梯度孔隙率毛细芯及其制备方法，属于电子设备散热技术领域。为解决传统毛细芯结构的毛细抽吸力与渗透率的矛盾，并且进一步优化热管蒸发段和冷凝段的导热性能，提升热管的启动性能与传热效率，通过梯度填料的方式，将铜、CaCl2混合粉体按照设计好的孔隙率梯度填入高强石墨模具，其中CaCl2粉体作为造孔剂，使用粉末冶金法将粉料烧结成型，最后脱去造孔剂制备得到三维梯度孔隙率毛细芯，实现纵向孔隙率梯度、横向孔隙率梯度，纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合或多个方向的孔隙率梯度组合，从而满足不同工况下热管中导热方向、渗透方向和抽吸方向的需求。渗透方向和抽吸方向的需求。渗透方向和抽吸方向的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种三维梯度孔隙率毛细芯及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子设备散热


技术介绍

[0002]随着科技发展，航空航天、军事等领域中使用的器件功率越来越大，集成程度越来越高，散热问题逐渐成为了制约电子器件性能发展的重要因素。尤其是以高功率的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、微波、电磁、光电等器件为典型应用的高科技
和以有源相控阵雷达、高能固体激光器等为典型应用的国防
具有迫切的应用需求。
[0003]近年来，热管的应用受到极大的关注，因其有效将热源二维快速扩散，成为解决相关领域散热问题的重要方法。热管主要由蒸发端、冷凝端、吸液芯和工作流体构成，主要工作原理是：热源处热量首先通过蒸发端基板传给工作流体，工作流体受热产生蒸发相变，然后在冷凝面冷凝，释放出的热量可直接通过冷凝端外表面散发至环境；同时，冷凝液通过毛细芯的吸力重新返回到蒸发端，然后重新蒸发，构成不断进行的蒸发—冷凝循环。
[0004]一般认为，毛细芯是整个热管的关键部件，它为热管内部工质的循环提供驱动力，毛细芯内部孔隙产生的毛细抽吸力以及工质在毛细芯内的流动状况决定了整个热管的传热性能。优质的毛细芯应具有较大的毛细抽吸力，同时具有较大的渗透率，但上述这两个指标往往是互相矛盾的，具有较大毛细抽吸力的毛细芯、其渗透率往往较小；而具有较大渗透率的毛细芯、其毛细抽吸力往往又较小。鉴于此，复合毛细芯(Composite Wick)引起了广大学者的关注和研究。
[0005]目前常见的技术是在二维方向实现毛细芯的孔隙率梯度，以同时满足毛细芯抽吸力与渗透率的要求。二维方向上的孔隙率梯度往往仅考虑了绝热段的渗透与抽吸需求，对于蒸发、冷凝段的导热需求没有考虑，高孔隙率会影响蒸发、冷凝段的导热与液相工质的运输，低孔隙率则影响气相工质的渗透扩散。因此，单个方向上的孔隙率梯度方案并不完善，需要三维方向上的梯度毛细芯同时满足热管各个工作段的导热、抽吸和渗透需求，尤其在环路热管领域，三维梯度毛细芯可以使环路热管等设备的传热效率更高，启动性能更好。

技术实现思路

[0006]为同时满足热管各个工作段的导热、抽吸和渗透需求，本专利技术提出一种三维梯度孔隙率毛细芯及其制备方法。
[0007]本专利技术提出了一种三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，包括如下步骤：
[0008]通过梯度填料的方式按照设计梯度将铜、CaCl2混合粉体填入石墨模具中，然后烧结得到三维梯度孔隙率毛细芯毛坯，三维梯度孔隙率包括纵向孔隙率梯度、横向孔隙率梯度，纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合或多个方向的孔隙率梯度组合，最后脱去毛坯中的CaCl2得到三维梯度孔隙率毛细芯。
[0009]优选的，获得纵向孔隙率梯度的方式为，在填入每一种CaCl2体积分数的铜、CaCl2混合粉体后将石墨模具置于超声波振荡板上振平，然后再填入下一CaCl2体积分数的混合
粉体，以此类推从而得到纵向孔隙率梯度。
[0010]优选的，获得横向孔隙率梯度的方式为，按需在模具中竖直设置若干钨丝网，将模具在横向上分为若干区域，在各区域内部分别填入预设的CaCl2体积分数的混合粉体并置于超声波振荡板上振平抽出钨丝网后压实，从而得到横向孔隙率梯度。
[0011]优选的，通过纵向梯度填料与钨丝网的布置的结合，将纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合起来，获得三维梯度毛细芯孔隙率梯度。
[0012]进一步的，上述任一项优选方案中，蒸发段和冷凝段设计为径向由外向内孔隙率逐渐变高，在绝热段设计为轴向由蒸发段向冷凝段方向孔隙率逐渐变高，满足蒸发段和冷凝段的导热、气相渗透、液相抽吸需求以及绝热段的气相渗透和液相回流抽吸需求。
[0013]优选的，CaCl2在CaCl2、铜混合粉体中的体积分数为比例为60～97％，毛细芯孔隙率的变化范围在60～97％之间，不同层的孔隙率可在上述范围内根据需求按任意趋势、任意方向排列组合。
[0014]优选的，混合粉体烧结方法为热压烧结法，加热方式为直接电阻加热；混合粉体的烧结压力为5～10MPa，升温速度为10～100℃/min，烧结温度为800～1100℃，保温时间为5～30min，炉内气氛为真空或氩气、氮气气氛。
[0015]优选的，可在烧结后将毛坯放入流动的离子水中冲洗并离心干燥，将造孔剂CaCl2去除。
[0016]优选的，毛细芯的孔径大小通过调造孔剂CaCl2的粒径大小来控制。
[0017]本专利技术还提出一种利用上述方法制备的三维梯度孔隙率毛细芯，其中三维梯度孔隙率毛细芯为泡沫金属铜，三维梯度孔隙率包括纵向孔隙率梯度、横向孔隙率梯度，纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合或多个方向的孔隙率梯度组合，在各个方向均有不同孔隙率的毛细芯可在不同工作区域设置不同孔隙率，同时满足热管各个工作段的导热、抽吸和渗透需求。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、二维方向上的孔隙率梯度往往仅考虑了绝热段的渗透与抽吸需求，对于蒸发、冷凝段的导热需求没有考虑，高孔隙率会影响蒸发、冷凝段的导热与液相工质的运输，低孔隙率则影响气相工质的渗透扩算。因此，单个方向上的孔隙率梯度方案并不完善，本专利技术提出一种三维方向上的梯度毛细芯，可以同时满足热管各个工作段的导热、抽吸和渗透需求，尤其在环路热管领域，三维梯度毛细芯可以使环路热管等设备的传热效率更高，启动性能更好。
[0020]2、相比于现有方法中使用线圈加热等技术，采用了直接电阻加热式热压烧结法成型复合材料，烧结时间短，制备效率高。
[0021]3、本专利技术选用CaCl2作为造孔剂，可通过调整造孔剂CaCl2的粒径大小来控制毛细芯的孔径大小，进一步精细控制毛细芯的毛细抽吸力与渗透率，优化毛细芯性能。
附图说明
[0022]图1为三维梯度毛细芯示意图。
具体实施方式
[0023]为了更好地说明本专利技术方案，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，本专利技术不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
[0024]实施例1
[0025]使用行星式球磨混料机将CaCl2和铜粉末混合，转速为200r/min，正转反转各2h。其中CaCl2体积分数分别为60％、80％、97％，依次向高强石墨模具中填入设计量不同CaCl2体积分数的混合粉体，在填入每种CaCl2体积分数混合料后将石墨模具置于超声波振荡板上振平，再铺设下一含量混合料，从而得到纵向孔隙率梯度的毛细芯。
[0026]将装有梯度混合粉体的石墨模具放入热压烧结炉中进行烧结，烧结压力为5MPa，升温速度为100℃/min，烧结温度为1050℃，保温时间为20min，炉内气氛为真空，烧结完成后样品随炉真空下保压冷却至室温，脱模后使用去离子水冲洗去除CaCl2，然后清洗干燥后可得到纵向梯度孔隙率的毛细芯。
[0027]实施例2
[0028]本实施例一种梯度毛细芯，其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，其特征在于：通过梯度填料的方式按照设计梯度将铜、CaCl2混合粉体填入石墨模具中，然后烧结得到三维梯度孔隙率毛细芯毛坯，三维梯度孔隙率包括纵向孔隙率梯度、横向孔隙率梯度，纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合或多个方向的孔隙率梯度组合，最后脱去毛坯中的CaCl2得到三维梯度孔隙率毛细芯。2.根据权利要求1所述的三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，其特征在于：获得纵向孔隙率梯度的方式为，在填入每一种CaCl2体积分数的铜、CaCl2混合粉体后将石墨模具置于超声波振荡板上振平，然后再填入下一CaCl2体积分数的混合粉体，以此类推从而得到纵向孔隙率梯度。3.根据权利要求1所述的三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，其特征在于：获得横向孔隙率梯度的方式为，按需在模具中竖直设置若干钨丝网，将模具在横向上分为若干区域，在各区域内部分别填入预设的CaCl2体积分数的混合粉体并置于超声波振荡板上振平抽出钨丝网后压实，从而得到横向孔隙率梯度。4.根据权利要求1所述的三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，其特征在于，通过纵向梯度填料与钨丝网的布置的结合，将纵向孔隙率梯度和横向孔隙率梯度组合起来，获得三维梯度毛细芯孔隙率梯度。5.根据权利要求1所述的三维梯度孔隙率毛细芯的制备方法，其特征在于：CaCl2在CaCl2、铜混合粉体中的体积分数为比例为60～97％，毛细芯孔隙率的变化范围在60～97％之间，不同层的孔隙率可在上述范围内根...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴书刚，唐文辉，项立银，陈浩，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：