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CN108731527A - 一种平板热管多孔芯体材料的制备方法 - Google Patents

一种平板热管多孔芯体材料的制备方法 Download PDF

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CN108731527A
CN108731527A CN201810538628.5A CN201810538628A CN108731527A CN 108731527 A CN108731527 A CN 108731527A CN 201810538628 A CN201810538628 A CN 201810538628A CN 108731527 A CN108731527 A CN 108731527A
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史茜赟
张桂芳
朱华
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Abstract

本发明涉及一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，属于芯体材料技术领域。本发明制备的平板热管多孔芯体材料内部呈三维网状结构，并互相连接构成众多相互连通的大小不同的多尺度孔隙，大孔利于蒸汽的逸出，小孔利于液体的吸入，由此可保证蒸发腔内汽液间的有序运动与循环，有利于解决蒸汽逸出与液体吸入间的矛盾问题，缩短了液体循环的路径与时间，而且消除了存在于热管与翅片热沉之间的接触热阻；本发明在铜烧结过程中添加氯化铜，改善烧结产物的孔隙度和渗透系数，同时制成的亲水处理毛细芯与疏水处理紫铜盖板结合成平板热管，保证毛细芯内部有足够的液体供应，从而使传热过程持续进行下去，具有很好的传热性能。

Description

一种平板热管多孔芯体材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，属于芯体材料技术领域。
背景技术
热管由于具有超常的热传导能力，而且几乎没有热损耗，因此被称为热超导体，被广泛应用于宇航工业和高科技领域，成为现代科技不可缺少的材料，特别是在空间技术、航天飞行器中的温度平衡、卫星中的制冷、温度控制和散热设计、航天器中的冷却调节器、发射温度下反应器的除热以及消除因发射器和收集器的温度梯度引起的一些麻烦等领域中，在民用领域，手提电脑的散热、现代空调冷冻技术等无不用到热管。
热管多孔芯材的选用要考虑众多因素，其中一些与工作流体的特性密切相关，也与材料本身的导热属性相关。多孔芯体又称为毛细管灯芯材料，通常由铜、镍、不锈钢、铝、钛等制成，有带筋管，也有粉末、丝网、纤维毡等多孔材料。近来，用碳纤维制作芯材引起众多研究者的兴趣，因为碳纤维表面长度方向上有许多细小的沟纹显著提高了材料的毛细管力，而且碳纤维具有很好的化学稳定性，但本身的传热性不佳。
热管的种类很多，吸液芯毛细结构发展趋势是：在空间技术的应用中，为了高热管性能不惜用较大的成本研制复杂的结构；而在普通工业中则性能满足要求的条件下尽量采用工艺简单成本较低的结构。由于金属丝网热管毛细芯容易在折弯时截断液相流，性能不稳定，应用较多的是烧结式和微沟槽吸液芯的热管，而微沟槽的加工工艺和加工精度要求较高，故烧结式热管发展优势明显。国内外关于毛细芯的研究主要是烧结镍粉、钛粉以及烧结不同丝径的黄铜、不锈钢丝网等，而关于烧结球形铜粉并添加氯化铜造孔兼强化很少。另外尽管铜粉烧结工艺早已成熟，但在细小的铜管内壁烧结铜基多孔材料，形成高导热、高开孔率、高渗透率、高强高塑性的毛细芯结构却是一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有毛细芯在细小的铜管内壁烧结铜基多孔材料，形成高导热、高开孔率、高渗透率、高强高塑性的毛细芯结构困难的问题，提供了一种平板热管多孔芯体材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，具体制备步骤为：
（1）取氯化铁加入质量分数为8%盐酸中混合均匀，得处理液；
（2）将紫铜盖板浸泡在处理液中超声振荡10～20min，取出紫铜盖板水洗干燥后浸泡在质量分数为0.1%氨水中3～5天，再取出紫铜盖板水洗，并在180～200℃下烘烤2～3h，得预处理紫铜盖板；
（3）将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中1～2h，取出预处理紫铜盖板并干燥，得疏水处理紫铜盖板；
（4）将青鱼鳞水洗风干后拼接成板并平铺在模具底部并预压5～10min，再将铜粉、氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，压制10～15min后转入马弗炉中煅烧，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中6～8h，取出干燥得亲水处理毛细芯；
（5）将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
步骤（1）所述氯化铁与盐酸的质量比为1：10。
步骤（2）所述紫铜盖板为直径100～105mm的圆片。
步骤（4）所述预压压力为3～5MPa，压制压力为5～10MPa。
步骤（4）所述铜粉与氯化铜的质量比为5：1～9：1。
步骤（4）所述紫铜壳为内径98～100mm的圆盘。
步骤（4）所述煅烧过程为在氢气氛围下，以10～20℃/min升温至600～650℃，保温反应1～2h后以5～10℃/min升温至800～900℃，保温反应2～3h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的平板热管多孔芯体材料内部呈三维网状结构，并互相连接构成众多相互连通的大小不同的多尺度孔隙，大孔利于蒸汽的逸出，小孔利于液体的吸入，由此可保证蒸发腔内汽液间的有序运动与循环，有利于解决蒸汽逸出与液体吸入间的矛盾问题，缩短了液体循环的路径与时间，而且消除了存在于热管与翅片热沉之间的接触热阻；
（2）本发明在铜烧结过程中添加氯化铜，通过氯化铜被还原产生了大量的活性铜原子，这些铜原子会扩散迁移至烧结颈，改善烧结产物的孔隙度和渗透系数，同时制成的亲水处理毛细芯与疏水处理紫铜盖板结合成平板热管，当对平板热管蒸发段进行加热时，毛细芯内的液体将吸热蒸发形成蒸汽，蒸汽从毛细芯内部孔隙逸出并进入到冷凝段，在冷凝段冷凝后形成液体被锥形毛细芯的锥峰吸入到毛细芯内部再次吸热蒸发形成蒸汽，如此不断循环工作，蒸汽在超疏水微－纳复合表面呈珠状冷凝并形成单颗小液滴，小液滴直接滚向毛细芯锥峰并被锥峰吸收，小液滴相互聚合并发生自助弹跳进入到毛细芯与毛细芯的空隙或直接被毛细芯吸收，保证毛细芯内部有足够的液体供应，从而使传热过程持续进行下去，具有很好的传热性能。
具体实施方式
取100～120g氯化铁，加入1.0～1.2kg质量分数为8%盐酸中，以300～400r/min搅拌20～30min，得处理液，将紫铜盖板浸泡在处理液中，以200W超声波超声振荡10～20min，取出紫铜盖板并用去离子水洗涤2～3次，自然风干后浸泡在质量分数为0.1%氨水中3～5天，取出紫铜盖板用去离子水洗涤2～3次后置于烘箱中，在180～200℃下烘烤2～3h，得预处理紫铜盖板，将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中1～2h，取出预处理紫铜盖板，并置于干燥箱中，在110～120℃下干燥1～2h，得疏水处理紫铜盖板，将青鱼鳞用去离子水洗涤2～3次后自然风干，将风干后的鱼鳞拼接成板并平铺在模具底部，在3～5MPa压力下预压5～10min，再将80～90g铜粉，10～16g氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，在5～10MPa压力下压制10～15min，再转入马弗炉中，在氢气氛围下，以10～20℃/min升温至600～650℃，保温反应1～2h后以5～10℃/min升温至800～900℃，保温反应2～3h，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中6～8h，取出干燥得亲水处理毛细芯，将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
取100g氯化铁，加入1.0kg质量分数为8%盐酸中，以300r/min搅拌20min，得处理液，将紫铜盖板浸泡在处理液中，以200W超声波超声振荡10min，取出紫铜盖板并用去离子水洗涤2次，自然风干后浸泡在质量分数为0.1%氨水中3天，取出紫铜盖板用去离子水洗涤2次后置于烘箱中，在180℃下烘烤2h，得预处理紫铜盖板，将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中1h，取出预处理紫铜盖板，并置于干燥箱中，在110℃下干燥1h，得疏水处理紫铜盖板，将青鱼鳞用去离子水洗涤2次后自然风干，将风干后的鱼鳞拼接成板并平铺在模具底部，在3MPa压力下预压5min，再将80g铜粉，10g氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，在5MPa压力下压制10min，再转入马弗炉中，在氢气氛围下，以10℃/min升温至600℃，保温反应1h后以5℃/min升温至800℃，保温反应2h，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中6h，取出干燥得亲水处理毛细芯，将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
取110g氯化铁，加入1.1kg质量分数为8%盐酸中，以350r/min搅拌25min，得处理液，将紫铜盖板浸泡在处理液中，以200W超声波超声振荡15min，取出紫铜盖板并用去离子水洗涤2次，自然风干后浸泡在质量分数为0.1%氨水中4天，取出紫铜盖板用去离子水洗涤2次后置于烘箱中，在190℃下烘烤2h，得预处理紫铜盖板，将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中1h，取出预处理紫铜盖板，并置于干燥箱中，在115℃下干燥1h，得疏水处理紫铜盖板，将青鱼鳞用去离子水洗涤2次后自然风干，将风干后的鱼鳞拼接成板并平铺在模具底部，在4MPa压力下预压8min，再将85g铜粉，13g氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，在8MPa压力下压制12min，再转入马弗炉中，在氢气氛围下，以15℃/min升温至620℃，保温反应1h后以8℃/min升温至850℃，保温反应2h，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中7h，取出干燥得亲水处理毛细芯，将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
取120g氯化铁，加入1.2kg质量分数为8%盐酸中，以400r/min搅拌30min，得处理液，将紫铜盖板浸泡在处理液中，以200W超声波超声振荡20min，取出紫铜盖板并用去离子水洗涤3次，自然风干后浸泡在质量分数为0.1%氨水中5天，取出紫铜盖板用去离子水洗涤3次后置于烘箱中，在200℃下烘烤3h，得预处理紫铜盖板，将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中2h，取出预处理紫铜盖板，并置于干燥箱中，在120℃下干燥2h，得疏水处理紫铜盖板，将青鱼鳞用去离子水洗涤3次后自然风干，将风干后的鱼鳞拼接成板并平铺在模具底部，在5MPa压力下预压10min，再将90g铜粉，16g氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，在10MPa压力下压制15min，再转入马弗炉中，在氢气氛围下，以20℃/min升温至650℃，保温反应2h后以10℃/min升温至900℃，保温反应3h，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中8h，取出干燥得亲水处理毛细芯，将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
对照例：湖南某模具材料有限公司生产的平板热管多孔芯体材料。
将实例及对照例的平板热管多孔芯体材料进行检测，具体检测如下：
根据国家标准GB/TI63-2006烧结金属材料（不包括硬质合金）可渗性烧结金属材料开孔率的测定，对烧结毛细芯的开孔率进行测定。实验步骤为：（1）称量清洗干净的试样；（2）对试样浸油；（3）称量浸油试样在空气的重量；（4）然后用细线吊挂试样，分别称量在空气中和水中的重量。
烧结体渗透率的大小反映了热管工作时工质在多孔中流动的难易程度。根据达西原理自行设计了渗透率的测试装置。
具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
开孔率/% 58 56 61 31
渗透率/m2 5.91×10﹣12 5.88×10﹣12 5.92×10﹣12 3.11×10﹣13
最小系统热阻K/W 0.19 0.15 0.09 0.33
由表1可知，本发明制备的平板热管多孔芯体材料具有良好的开孔率和渗透率。

Claims (7)

1.一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）取氯化铁加入质量分数为8%盐酸中混合均匀，得处理液；
（2）将紫铜盖板浸泡在处理液中超声振荡10～20min，取出紫铜盖板水洗干燥后浸泡在质量分数为0.1%氨水中3～5天，再取出紫铜盖板水洗，并在180～200℃下烘烤2～3h，得预处理紫铜盖板；
（3）将预处理紫铜盖板浸泡在质量分数为0.5%十三氟辛基三甲氧基硅烷-异丙醇溶液中1～2h，取出预处理紫铜盖板并干燥，得疏水处理紫铜盖板；
（4）将青鱼鳞水洗风干后拼接成板并平铺在模具底部并预压5～10min，再将铜粉、氯化铜，混合均匀后平铺在鱼鳞表面并用紫铜壳覆盖，压制10～15min后转入马弗炉中煅烧，冷却至室温后脱模，并浸泡在质量分数为30%双氧水中6～8h，取出干燥得亲水处理毛细芯；
（5）将疏水处理紫铜盖板覆盖在紫铜壳上即得平板热管多孔芯体材料。
2.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述氯化铁与盐酸的质量比为1：10。
3.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述紫铜盖板为直径100～105mm的圆片。
4.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述预压压力为3～5MPa，压制压力为5～10MPa。
5.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述铜粉与氯化铜的质量比为5：1～9：1。
6.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述紫铜壳为内径98～100mm的圆盘。
7.如权利要求1所述的一种平板热管多孔芯体材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述煅烧过程为在氢气氛围下，以10～20℃/min升温至600～650℃，保温反应1～2h后以5～10℃/min升温至800～900℃，保温反应2～3h。
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