本發(fā)明涉及超薄熱管，特別涉及一種一種提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管及制作工藝。

背景技術(shù)：

1、芯片等電子器件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量如果無(wú)法及時(shí)散去將影響其工作穩(wěn)定性，減少平均無(wú)故障時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)燒毀芯片。因此，有效地傳導(dǎo)和處理這部分熱耗，對(duì)于保證器件的工作穩(wěn)定性和壽命至關(guān)重要。

2、熱導(dǎo)管目前被廣泛應(yīng)用于元件的散熱，其由金屬管和管內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)層組成，其內(nèi)部包含散熱流體，當(dāng)熱導(dǎo)管一端受熱時(shí)，流體吸收熱量氣化形成高溫氣體，熱導(dǎo)管另一端由于溫度較低使高溫氣體冷凝成液態(tài)流體，液態(tài)流體在毛細(xì)結(jié)構(gòu)層的毛細(xì)力作用下返回受熱端，如此反復(fù)，形成連續(xù)的相變傳熱系統(tǒng)。例如專利cn101634532a公開(kāi)的熱導(dǎo)管及其制造方法、專利cn102331205a公開(kāi)的一種復(fù)合式熱導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、專利cn102410765a公開(kāi)的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的超薄型熱導(dǎo)管及其制作方法等。

3、由于現(xiàn)有的超薄熱導(dǎo)管使用的毛細(xì)結(jié)構(gòu)改良加工的工藝方式，因外形尺寸的限制，其內(nèi)部空間非常狹小，故而能使用的毛細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸有限，無(wú)法采用粉末燒結(jié)式相關(guān)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，故而目前采用較多的毛細(xì)結(jié)構(gòu)為編織線結(jié)構(gòu)在狹小的超薄熱管空間內(nèi)架設(shè)，但其孔隙率、比表面積仍不夠高，傳熱效率仍需進(jìn)一步提高。且在傳熱效率提高的同時(shí)，還需兼顧其力學(xué)性能和耐溫性能，以保證其使用壽命。專利cn113701535a公開(kāi)的一種用于超薄熱導(dǎo)管管內(nèi)噴砂增加毛細(xì)結(jié)構(gòu)的制作工藝，通過(guò)對(duì)在銅管內(nèi)表面噴砂加工形成凹凸不平的形狀，增加了銅管內(nèi)表面比表面積，提高了超薄熱導(dǎo)管的熱傳遞效率。但其毛細(xì)結(jié)構(gòu)的增加程度有限，且不可避免的會(huì)對(duì)銅管的力學(xué)強(qiáng)度等性能造成損害，容易導(dǎo)致其使用壽命縮短。

4、所以，現(xiàn)在有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以提供更可靠的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管及制作工藝。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明的第一方面，提供一種提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管的制作工藝，包括以下步驟：

3、1)將高導(dǎo)熱銅網(wǎng)置于鹽溶液中浸泡，取出后在空氣氣氛中下加熱進(jìn)行氧化處理，處理完成后冷卻至室溫；

4、2)將步驟1)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后浸入酸溶液中，超聲處理；

5、3)將步驟2)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后，在空氣與氧氣的混合氣體環(huán)境下加熱氧化；

6、4)將步驟3)得到的銅網(wǎng)插入到銅管內(nèi)，然后將銅管置于燒結(jié)爐中，在含氫氣的氣體環(huán)境下燒結(jié)處理,處理完成后隨爐冷卻至室溫，銅管尾部封口，然后向銅管中注入作動(dòng)液，抽真空，銅管端部封口后打扁，得到超薄熱導(dǎo)管。

7、優(yōu)選的是，所述的提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管的制作工藝包括以下步驟：

8、1)將高導(dǎo)熱銅網(wǎng)置于質(zhì)量濃度為15-40％的氯化鈉溶液中浸泡2-10min，取出后在空氣氣氛中、110-130℃下加熱處理15-60min，冷卻至室溫；

9、2)將步驟1)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后浸入質(zhì)量濃度為15-45％的檸檬酸中，超聲處理15-60min；

10、3)將步驟2)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后，在110-130℃、空氣與氧氣的體積比為1：2-2:1的混合氣體環(huán)境下加熱氧化0.5-2h；

11、4)將步驟3)得到的銅網(wǎng)插入到壁厚為0.1-0.5mm的銅管內(nèi)，然后將銅管置于燒結(jié)爐中，在低氫混合氣體環(huán)境、850-900℃下燒結(jié)1-4h,隨爐冷卻至室溫，銅管尾部封口，然后向銅管中注入作動(dòng)液，抽真空，銅管端部封口后打扁至厚度為1-5mm，得到超薄熱導(dǎo)管；

12、其中，銅網(wǎng)的寬度d與銅管的內(nèi)徑r滿足以下關(guān)系：

13、

14、其中，作動(dòng)液為超純水或乙醇。

15、優(yōu)選的是，所述的提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管的制作工藝包括以下步驟：

16、1)將高導(dǎo)熱銅網(wǎng)置于質(zhì)量濃度為30％的氯化鈉溶液中浸泡5min，取出后在空氣氣氛中、120℃下加熱處理30min，冷卻至室溫；

17、2)將步驟1)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后浸入質(zhì)量濃度為30％的檸檬酸中，超聲處理30min；

18、3)將步驟2)得到的銅網(wǎng)用去離子水洗滌后，在120℃、空氣與氧氣的體積比為1：1的混合氣體環(huán)境下加熱氧化1h；

19、4)將步驟3)得到的銅網(wǎng)插入到壁厚為0.2mm的銅管內(nèi)，然后將銅管置于燒結(jié)爐中，在低氫混合氣體環(huán)境、880℃下燒結(jié)2h,隨爐冷卻至室溫，銅管尾部封口，然后向銅管中注入作動(dòng)液，抽真空，銅管端部封口后打扁至厚度為3mm，得到超薄熱導(dǎo)管；

20、其中，低氫混合氣體由體積占比為95％的n2和5％的h2組成；

21、其中，銅網(wǎng)的長(zhǎng)度不小于銅管的長(zhǎng)，銅網(wǎng)的寬度d與銅管的內(nèi)徑r滿足以下關(guān)系：

22、

23、其中，作動(dòng)液為超純水。

24、優(yōu)選的是，所述高導(dǎo)熱銅網(wǎng)通過(guò)高導(dǎo)熱銅合金制備得到，所述高導(dǎo)熱銅合金的制備原料按質(zhì)量百分比計(jì)包括：

25、mn：0.22-0.67％；co：0.19-0.74％；ag：0.05-0.17％；cr：0.85-1.33％；zr：0.20-0.45％；ni@swcnt@fe：2.50-4.00％；表面改性tic：2.20-3.50％以及余量的銅；

26、所述ni@swcnt@fe為含犧牲元素組分的包覆填充改性碳納米管，其中的犧牲元素組分為fe。

27、優(yōu)選的是，所述高導(dǎo)熱銅合金的制備原料按質(zhì)量百分比計(jì)包括：

28、mn：0.35％；co：0.41％；ag：0.09％；cr：1.10％；zr：0.29％；ni@swcnt@fe：3.75％；表面改性tic：2.80％以及余量的銅。

29、優(yōu)選的是，所述高導(dǎo)熱銅網(wǎng)通過(guò)以下方法制備得到：

30、1-1)按質(zhì)量配比將所有原料加入球磨機(jī)中，氬氣保護(hù)下球磨1-4h，球料比為9:1-6:1，轉(zhuǎn)速200-500rpm；

31、1-2)將球磨后原料加入真空熔煉爐中，抽真空至0.1-0.3pa，然后在氬氣保護(hù)下升溫至1250-1500℃，熔煉10-30min，真空澆鑄得到鑄錠；

32、1-3)850-950℃下保溫1-4h，進(jìn)行均勻化處理；然后在600-800℃下旋鍛加工，制成直徑為5-20mm的棒材，冷卻至室溫后進(jìn)行常溫拉拔，制成直徑2-5mm的粗銅絲；

33、1-4)將粗銅絲在氬氣保護(hù)、550-750℃下熱處理1-5min，然后通過(guò)拉絲模拉絲得到直徑為0.02-0.2mm的細(xì)銅絲；

34、1-5)將細(xì)銅絲在氬氣保護(hù)、550-700℃下保溫0.5-1h，冷卻至室溫得到編織銅絲，將編織銅絲通過(guò)金屬絲網(wǎng)編織機(jī)編織成銅網(wǎng)，將銅網(wǎng)用乙醇和去離子水依次清洗，70-100℃真空干燥至恒重，得到網(wǎng)孔尺寸為100-300目的高導(dǎo)熱銅網(wǎng)。

35、優(yōu)選的是，所述包覆填充改性碳納米管ni@swcnt@fe通過(guò)以下方法制備得到：

36、s1、單臂碳納米管預(yù)處理；

37、將單臂碳納米管加入由濃度95wt％的濃硫酸和濃度65wt％的濃硝酸的混合酸中，超聲分散15-60min，然后加熱至80-100℃，攪拌回流2-10h，冷卻，過(guò)濾，去離子水洗滌至中性，70-100℃下真空干燥至恒重，得到預(yù)處理后單臂碳納米管；

38、混合酸中濃硫酸：濃硝酸的體積比為1:2-2:1；

39、s2、制備內(nèi)填充碳納米管：

40、取0.5-2g預(yù)處理后單臂碳納米管、0.12-0.35g聚乙二醇加入50-200ml去離子水中，然后加入0.241-0.966g硝酸鐵，超聲分散30-90min后滴加10-30ml質(zhì)量濃度為15-25％的氨水，滴加完成后攪拌5-30min，所得分散混合物1轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，190-200℃下反應(yīng)1-4h，過(guò)濾，固體產(chǎn)物用去離子水洗滌，80-100℃下真空干燥4-12h，得到內(nèi)填充碳納米管；

41、s3、制備ni@swcnt@fe：

42、取0.5-2g內(nèi)填充碳納米管加入100-400ml去離子水中，50-65℃下超聲分散0.5-2h，然后加入0.27-1.1g硝酸鎳，超聲分散1-4h，所得分散混合物2轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，190-220℃下反應(yīng)1.5-6h，過(guò)濾，固體產(chǎn)物用去離子水洗滌，90-110℃下真空干燥2-8h，最后在還原氣體的氣氛、1000-1150℃下煅燒1.5-6h，得到ni@swcnt@fe。

43、其中，還原氣體為h2或co。

44、優(yōu)選的是，所述包覆填充改性碳納米管ni@swcnt@fe通過(guò)以下方法制備得到：

45、s1-1、單臂碳納米管預(yù)處理；

46、將2g單臂碳納米管加入200ml由濃度95wt％的濃硫酸和濃度65wt％的濃硝酸按體積比1:1構(gòu)成的混合液中，超聲分散30min，然后加熱至90℃，攪拌回流4h，冷卻，過(guò)濾，去離子水洗滌至中性，80℃下真空干燥至恒重，得到預(yù)處理后單臂碳納米管；

47、s1-2、制備內(nèi)填充碳納米管：

48、取1g預(yù)處理后單臂碳納米管、0.2g聚乙二醇加入100ml去離子水中，然后加入0.483g硝酸鐵，超聲分散45min后滴加15ml質(zhì)量濃度為20％的氨水，滴加完成后攪拌10min，所得分散混合物1轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，195℃下反應(yīng)2h，過(guò)濾，固體產(chǎn)物用去離子水洗滌，90℃下真空干燥6h，得到內(nèi)填充碳納米管；

49、s1-3、制備ni@swcnt@fe：

50、取1g內(nèi)填充碳納米管加入200ml去離子水中，60℃下超聲分散1h，然后加入0.55g硝酸鎳，超聲分散2h，所得分散混合物2轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，200℃下反應(yīng)3h，過(guò)濾，固體產(chǎn)物用去離子水洗滌，100℃下真空干燥4h，最后在h2氣氛、1050℃下煅燒3h，得到ni@swcnt@fe。

51、優(yōu)選的是，所述表面改性tic通過(guò)以下方法制備得到：

52、s2-1、預(yù)處理：

53、將粒徑為1-10μm的tic顆粒清洗后依次進(jìn)行粗化、敏化處理和活化處理，得到預(yù)處理后tic；

54、s2-2、將硝酸銅、硝酸鈰加入去離子水中，攪拌至完全溶解后加入檸檬酸、硼酸，攪拌至完全溶解后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為10.5-11.5，加入預(yù)處理后tic，再加入次亞磷酸鈉，通過(guò)所得鍍液對(duì)預(yù)處理后tic進(jìn)行化學(xué)鍍處理；

55、所得鍍液中各組分濃度為：硝酸銅14.5-21g/l、硝酸鈰3.5-4.5g/l、檸檬酸11-18g/l、次亞磷酸鈉15-25g/l、硼酸10-24g/l；

56、施鍍工藝條件為：ph為10.5-11.5、機(jī)械攪拌300-650r/min、溫度：80-90℃、時(shí)間：1-3h；

57、化學(xué)鍍結(jié)束后過(guò)濾，固體顆粒用去離子水洗滌，90-100℃真空干燥4-12h，得到表面改性tic。

58、本發(fā)明的第二方面，提供一種超薄熱導(dǎo)管，其特征在于，其通過(guò)如上所述的工藝制作得到。

59、本發(fā)明的有益效果是：

60、本發(fā)明提供了一種提升傳熱性能的超薄熱導(dǎo)管的制作工藝，本發(fā)明通過(guò)對(duì)熱導(dǎo)管制作工藝的改進(jìn)、用于熱導(dǎo)管制作的銅網(wǎng)的合金材料的改進(jìn)以及銅網(wǎng)與熱導(dǎo)管制作工藝間的配合，能夠顯著提升最終制備得到的超薄熱導(dǎo)管的傳熱效率，同時(shí)該銅網(wǎng)還具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性，能夠利于保證長(zhǎng)效的高導(dǎo)熱能力，可保證超薄熱導(dǎo)管的使用效果，并延長(zhǎng)其使用壽命。

61、本發(fā)明對(duì)銅網(wǎng)先利用鹽水浸泡，然后在空氣下加熱氧化，形成一定的腐蝕層，初形成微孔；再通過(guò)酸浸泡腐蝕，進(jìn)一步擴(kuò)大微孔；然后在一氧氣氣氛下加熱，實(shí)現(xiàn)深度氧化，這一過(guò)程使銅網(wǎng)中原本光滑的銅線表面會(huì)形成類似山丘的毛刺狀氧化層突起結(jié)構(gòu)；最后將銅網(wǎng)插入銅管，一并放入含氫氣氛的燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，此過(guò)程中，還原性的氫氣會(huì)將銅網(wǎng)表面的氧化層去掉，銅網(wǎng)上的微孔結(jié)構(gòu)和毛刺狀突起基本都會(huì)被保留，高溫作用下，金屬分子擴(kuò)散定型，形成穩(wěn)定的微孔及毛刺突起結(jié)構(gòu)，從而能夠提高毛細(xì)結(jié)構(gòu)數(shù)量，增強(qiáng)管內(nèi)毛細(xì)力，顯著增大熱導(dǎo)管內(nèi)壁上的銅網(wǎng)的比表面積，增加有效孔隙比，能夠提高熱導(dǎo)管與內(nèi)部工作介質(zhì)的接觸換熱面積，最終可以大幅度提升得到的熱導(dǎo)管的傳熱效率，提高解熱功率。

62、本發(fā)明通過(guò)對(duì)銅網(wǎng)基材合金配方進(jìn)行改進(jìn)，一方面能夠進(jìn)一步提升銅合金的導(dǎo)熱性能，并且還能夠有效改善其機(jī)械性能、耐磨性能和熱穩(wěn)定性；另一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)含犧牲元素組分的包覆填充改性碳納米管：ni@swcnt@fe作為摻雜組分，配合超薄熱導(dǎo)管的制作工藝中對(duì)銅網(wǎng)的酸浸工序，能夠通過(guò)犧牲元素組分的優(yōu)先溶劑解，形成大量納米級(jí)的微孔道結(jié)構(gòu)(即毛細(xì)結(jié)構(gòu))，從而能夠進(jìn)一步增加熱管內(nèi)部的毛細(xì)力，增大銅網(wǎng)的有效孔隙比，增加銅網(wǎng)與工作介質(zhì)的換熱面積，從而進(jìn)一步改善其傳熱性能，最終能夠提升制得的超薄熱導(dǎo)管的傳熱效率，提高熱管的解熱功率。