專利名稱：環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器，特別涉及環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝。
技術(shù)背景
環(huán)路熱管(loop heat pipe, LHP)是一種依靠工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝來達(dá)到強(qiáng)化傳熱目的的高效兩相傳熱設(shè)備，在航天器熱控及電子元件散熱等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本質(zhì)上環(huán)路熱管換熱原理與普通的熱管是一樣的，也是依靠相變換熱，既通過工質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝的交替循環(huán)來達(dá)到換熱的目的，但又與傳統(tǒng)的熱管不同，傳統(tǒng)的熱管一般是依靠重力使冷凝的工質(zhì)回流來達(dá)到換熱的目的，而環(huán)路熱管是依靠其蒸發(fā)器中的毛細(xì)芯產(chǎn)生的毛細(xì)吸力來提供驅(qū)動(dòng)力的，一方面需提供強(qiáng)大的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力來循環(huán)工質(zhì)，另一方面，毛細(xì)芯需及時(shí)將產(chǎn)生的蒸汽轉(zhuǎn)移至蒸汽管道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LHP內(nèi)熱量的正向傳遞。從其作用機(jī)理可以看出，毛細(xì)芯需要與蒸發(fā)腔壁配合嚴(yán)格，保證蒸汽只能單向流動(dòng)來確保環(huán)路熱管能正常循環(huán)工作，目前是依靠在蒸發(fā)腔壁上加工出蒸汽通道來保證的，不但加工工藝復(fù)雜，而且需要毛細(xì)芯的外形尺寸與蒸發(fā)腔的內(nèi)徑尺寸匹配嚴(yán)格，過大的間隙不但造成漏熱，而且可能造成蒸汽的反向流動(dòng)，造成環(huán)路熱管工作的失敗。毛細(xì)芯需要二次機(jī)加工，就需要提高其強(qiáng)度，以適應(yīng)機(jī)加工過程中的夾持等，而一般的孔隙率高的毛細(xì)芯其強(qiáng)度都相對(duì)較低。另外毛細(xì)芯因?yàn)橐峁┟?xì)吸力，毛細(xì)吸力希望越大越好，減小毛細(xì)孔徑可提高毛細(xì)抽吸力，但過小的毛細(xì)孔徑會(huì)阻礙蒸汽的及時(shí)排出，甚至影響到整個(gè)環(huán)路熱管的正常啟動(dòng)。采用單一孔隙特征的毛細(xì)芯很難實(shí)現(xiàn)其整體性能的進(jìn)一步提高，因此現(xiàn)在有諸多的研究采用復(fù)合毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，如申請(qǐng)?zhí)枮?00410103068.9的中國專利公開了一種兩相毛細(xì)泵環(huán)路復(fù)合毛細(xì)芯，它包括一大孔徑的內(nèi)芯，內(nèi)芯外側(cè)設(shè)置小孔徑外芯，但其制備工藝非常復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前環(huán)路熱管蒸發(fā)腔與毛細(xì)芯裝配及毛細(xì)芯制備復(fù)雜的問題，而提供一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體、毛細(xì)芯，毛細(xì)芯的中間形成蓄液腔，蓄液腔與蒸發(fā)腔相通，毛細(xì)芯與蒸發(fā)腔體內(nèi)壁間有多條蒸汽通道，毛細(xì)芯為單一孔隙毛細(xì)芯層或復(fù)合孔隙毛細(xì)芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內(nèi)表面的氧化膜，在其中加入毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據(jù)蓄液腔的大小確定，將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；
或者選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內(nèi)表面的氧化膜，首先將一筒狀物放入蒸發(fā)腔體內(nèi)中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔體內(nèi)壁間填入第一種孔隙毛細(xì)芯的燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在筒狀物內(nèi)裝入第二種孔隙毛細(xì)芯的燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末(筒狀3物要求一定的強(qiáng)度，能保證兩種不同毛細(xì)芯粉末的隔離，同時(shí)該筒狀物在以后的燒結(jié)過程中被燒掉或反應(yīng)掉，殘留物對(duì)毛細(xì)芯的作用沒有明顯的影響)，在第二種孔隙毛細(xì)芯的混合粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據(jù)蓄液腔的大小確定，將粉末壓實(shí)，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度、時(shí)間根據(jù)毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末、蒸發(fā)腔體的材質(zhì)確定；
(2)燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用鉆頭鉆出數(shù)條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
所述的蒸發(fā)腔體的材質(zhì)可以是銅、銅合金、不銹鋼或鋁合金等。根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為圓筒狀或長方體狀。推薦采用銅、銅合金或鋁合金做蒸發(fā)器，這樣可以有更好的傳熱效果；在某些強(qiáng)氧化、腐蝕環(huán)境下推薦用不銹鋼。
所述的毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末可以是鎳基粉末、不銹鋼粉末或陶瓷粉末等，造孔劑的加入質(zhì)量百分比為1-60%，超過60%以上，毛細(xì)芯的強(qiáng)度下降太多；每種孔隙毛細(xì)芯的造孔劑加入量不同。
所述的筒狀物優(yōu)選可燃材料制成。可燃材料可以為硬紙材料。
所述的蓄液腔模子為石墨棒或其它耐高溫且不與毛細(xì)芯粉末反應(yīng)的物質(zhì)如碳化硅棒、三氧化鋁棒，石墨棒最好，高溫?zé)Y(jié)時(shí)(800度以上)要求石墨棒或碳化硅棒外面包裹石墨紙。
所述的燒結(jié)溫度，對(duì)于鋁材質(zhì)的蒸發(fā)腔體其燒結(jié)溫度在580-600°C，銅材質(zhì)的蒸發(fā)腔體其燒結(jié)溫度在580-750°C，不銹鋼的蒸發(fā)腔體燒結(jié)溫度600-1300°C ；燒結(jié)時(shí)間在0. 5-2 小時(shí)。
所述的蒸汽通道直徑大小在0. 5-2毫米，個(gè)數(shù)根據(jù)蒸發(fā)腔的內(nèi)徑計(jì)算(以圓筒狀蒸發(fā)腔為例)，最小個(gè)數(shù)為1，最大個(gè)數(shù)為圓周內(nèi)徑除以蒸汽通道的直徑。
在需要制造環(huán)路熱管的時(shí)候，只需要將其蒸發(fā)腔體與其他管路焊接即可。燒結(jié)前， 蒸發(fā)腔體壁需要認(rèn)真清洗掉表面的氧化膜，暴露出新鮮的金屬表面，對(duì)于促進(jìn)毛細(xì)芯與蒸發(fā)腔體表面的結(jié)合是有利的；在燒結(jié)前對(duì)填入的粉末予以適當(dāng)?shù)募訅?，促進(jìn)燒結(jié)粉末致密也是必須的，過于松散的粉末燒結(jié)后會(huì)影響和蒸發(fā)腔體避免的結(jié)合狀態(tài)，比較差的情況是未能緊密和蒸發(fā)腔體壁面緊密結(jié)合，存在較大的空隙，成為漏熱及蒸汽反向流動(dòng)的地方。由于本發(fā)明的毛細(xì)芯直接密閉燒結(jié)在蒸發(fā)腔體內(nèi)，不但與蒸發(fā)腔體壁結(jié)合緊密，避免了漏熱或蒸汽反向流動(dòng)的問題，而且燒結(jié)后的毛細(xì)芯直接使用，避免了二次機(jī)加工帶來的毛細(xì)芯破碎及精度要求高等問題，允許使用較低的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)高的孔隙率，這對(duì)增加毛細(xì)抽吸力是有利的。


圖1為單一孔隙毛細(xì)芯環(huán)路熱管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖2為復(fù)合孔隙毛細(xì)芯環(huán)路熱管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)其中1.蒸發(fā)腔體，2.毛細(xì)芯，3.蓄液腔，4.蒸汽通道，5.蒸發(fā)腔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本專利。
實(shí)施例1
如圖1示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細(xì)芯2，毛細(xì)芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細(xì)芯2與蒸發(fā)腔體1內(nèi)壁間有多條蒸汽通道4，毛細(xì)芯2 為單一孔隙毛細(xì)芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取銅質(zhì)蒸發(fā)腔體(內(nèi)徑為2厘米，長度5厘米)，在其中加入鎳粉毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末；裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內(nèi)表面；
(2)在粉末中間插入一根圓柱形石墨蓄液腔模子，插入深度約為蒸發(fā)腔體高度的 4/5，將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度650°C，燒結(jié) 1小時(shí)；
(3)燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
實(shí)施例2
如圖2示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細(xì)芯2，毛細(xì)芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細(xì)芯2與蒸發(fā)腔體1內(nèi)壁間有多條蒸汽通道4，毛細(xì)芯2 為復(fù)合孔隙毛細(xì)芯層。
(1)選取銅質(zhì)蒸發(fā)腔體(內(nèi)徑為2厘米長度5厘米)，裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內(nèi)表面；先用一內(nèi)徑為1.2厘米的筒狀物(本研究采用硬紙制作筒狀物)植入蒸發(fā)腔中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔之間填入第一種比例的鎳粉與造孔劑的混合粉末；然后再在筒狀物內(nèi)填入第二種比例的鎳粉與造孔劑的混合粉末，中間插入一內(nèi)徑為6毫米的石墨棒， 插入深度4厘米。
(2)將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度 650°C，燒結(jié)1小時(shí)；燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
燒結(jié)過程中硬紙制作的筒狀物會(huì)分解碳化，為了消除碳化硬紙層的影響，可將制備完畢的蒸發(fā)腔至于200度的空氣爐中10分鐘，可燃燒掉筒狀物的殘留物。這個(gè)步驟不是必須的，一般筒狀物較薄的情況下，殘留的筒狀物基本對(duì)復(fù)合芯沒有太大的影響。
實(shí)施例3
如圖1示，環(huán)路熱管蒸發(fā)器，包括蒸發(fā)腔體1、毛細(xì)芯2，毛細(xì)芯2的中間形成蓄液腔3，蓄液腔3與蒸發(fā)腔5相通，毛細(xì)芯2與蒸發(fā)腔體1內(nèi)壁間有多條蒸汽通道4，毛細(xì)芯2 為單一孔隙毛細(xì)芯層。
環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，步驟如下
(1)選取鋁質(zhì)蒸發(fā)腔體(內(nèi)徑為2厘米，長度5厘米)，在其中加入陶瓷粉毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末；裝入粉末前，蒸發(fā)腔用稀硫酸清洗內(nèi)表面；
(2)在粉末中間插入一根圓柱形石墨蓄液腔模子，插入深度約為蒸發(fā)腔體高度的 4/5，將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度600°C，燒結(jié) 1. 2小時(shí)；
(3)燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用直徑1毫米的鉆頭鉆出六條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)5明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，步驟如下(1)選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內(nèi)表面的氧化膜，在其中加入毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；或者選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內(nèi)表面的氧化膜，首先將一筒狀物放入蒸發(fā)腔體內(nèi)中央，在筒狀物與蒸發(fā)腔體內(nèi)壁間填入第一種孔隙毛細(xì)芯的燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在筒狀物內(nèi)裝入第二種孔隙毛細(xì)芯的燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在第二種孔隙毛細(xì)芯的混合粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，將粉末壓實(shí)，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；(2)燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用鉆頭鉆出數(shù)條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的蒸發(fā)腔體的材質(zhì)是銅、銅合金、不銹鋼或鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的燒結(jié)基體粉末為鎳基粉末、不銹鋼粉末或陶瓷粉末，造孔劑的加入質(zhì)量百分比為1_60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的筒狀物為可燃材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的筒狀物為硬紙材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的蓄液腔模子為石墨棒、碳化硅棒或氧化鋁棒。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，其特征是，所述的燒結(jié)溫度，對(duì)于鋁材質(zhì)的蒸發(fā)腔體其燒結(jié)溫度在580-600°C，銅材質(zhì)的蒸發(fā)腔體其燒結(jié)溫度在 580-750°C，不銹鋼的蒸發(fā)腔體燒結(jié)溫度600-1300°C ；燒結(jié)時(shí)間在0. 5-2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管蒸發(fā)器的一體化制備工藝，選取蒸發(fā)腔體，除去蒸發(fā)腔體內(nèi)表面的氧化膜，在其中加入毛細(xì)芯燒結(jié)基體粉末與造孔劑的混合粉末，在粉末中間插入一根圓柱形蓄液腔模子，插入深度根據(jù)蓄液腔的大小確定，將粉末壓實(shí)在蒸發(fā)腔體與蓄液腔模子之間，放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)冷卻后沿蒸發(fā)腔體內(nèi)壁用鉆頭鉆出數(shù)條蒸汽通道，取出蓄液腔模子，得到一體化的環(huán)路熱管蒸發(fā)器。本發(fā)明的毛細(xì)芯直接密閉燒結(jié)在蒸發(fā)腔體內(nèi)，不但與蒸發(fā)腔體壁結(jié)合緊密，避免了漏熱或蒸汽反向流動(dòng)的問題，而且燒結(jié)后的毛細(xì)芯直接使用，避免了二次機(jī)加工帶來的毛細(xì)芯破碎及精度要求高等問題，允許使用較低的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)高的孔隙率，這對(duì)增加毛細(xì)抽吸力是有利的。
文檔編號(hào)F28D15/04GK102519289SQ20111045809
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者徐計(jì)元, 欒濤, 鄒勇 申請(qǐng)人:山東大學(xué)