WO2018129633A1 - 一种环路热管蒸发器的制备方法 - Google Patents

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Definitions

  • the second form is a rectangular plate loop heat pipe, and the accumulator is placed on the evaporator side (Yu. Maydanik*, S. Vershinin, M. Chernysheva, S. Yushakova, Investigation of a compact copper water loop heap pipe with a flat Evaporator, Applied Thermal Engineering, 31 (2011), 3533-3541.).
  • an object of the present invention is to provide a method for preparing a loop heat pipe evaporator, wherein the composite capillary core in the evaporator has a three-layer composite structure, which can effectively reduce the evaporator to the accumulator Leakage of heat, increase the capillary force and increase the permeability, and solve the technical problem that the thermal conductivity and permeability of the loop heat pipe capillary core are difficult to balance the heat transfer performance and improve the starting performance and running stability.
  • the vapor channels are rectangular, circular or trapezoidal; more preferably the vapor channels are circular and evenly distributed over the evaporating core.
  • the evaporator housing thickness is preferably less than 1 mm.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view showing the assembly of the vapor channel forming tool and the limit tool during the preparation of the rectangular flat-plate loop heat pipe evaporator in the first embodiment.
  • Figure 11 is a front cross-sectional view showing the assembly of the housing, the limit tooling with the vapor channel forming tool, and the composite capillary material during the preparation of the disc-shaped flat loop heat pipe evaporator of the second embodiment.
  • Figure 17 is a front cross-sectional view showing the process of preparing a cylindrical loop heat pipe evaporator in Example 3, after loading the evaporating core powder material and adding the evaporating core pressing tool.
  • the steam channel forming tool 7 is fixedly assembled on the limit tooling 6, and is arranged neatly close to the side of the limit boss.
  • the top of the steam channel forming tool 7 protrudes from the limit boss 20 mm, as shown in Fig. 1 and 2; the housing 1 is fixed on the limiting boss of the limit fixture 6, and the vapor channel forming tool 7 is in close contact with the inner wall surface of the casing 1 of the evaporator 14, as shown in Figs.
  • a weight 9 is applied to the pressing tool 8, as shown in Fig. 12, the weight 9 is applied to the composite capillary core material at a pressure of 3 kg/cm 2 ; and placed in a high-temperature sintering furnace for vacuum solid solution sintering of the material.
  • the sintering temperature is 750 ° C, the temperature is kept for 1 h, the heating rate is 10 ° C / min, and the natural cooling is formed after the sintering is completed.

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Abstract

一种环路热管蒸发器的制备方法，为热压烧结法：将蒸发器（14）的壳体（1）装入模具中，将蒸发芯（2）、隔热芯（3）和传输芯（4）材料粉末均匀紧实装填入模具中相应位置，在蒸发芯（2）和传输芯（4）所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯（2）和传输芯（4）与壳体（1）紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯（2）和传输芯（4）粉末材料形成冶金结合后降温，脱模得到环路热管蒸发器（14）；模具在蒸发芯（2）设置蒸气槽道（5）处设有相应的蒸气槽道（5）形状结构。

Description

一种环路热管蒸发器的制备方法 技术领域
本发明涉及一种环路热管蒸发器的制备方法，属于热控制技术领域。
背景技术
环路热管是一种高效两相传热设备，其具有高传热性能、远距离传输热量、优良的控温特性和管路的可任意弯曲、安装方便等特点，由于具有众多其它传热设备无可比拟的优点，环路热管在航空、航天以及地面电子设备散热等众多领域中具有十分广阔应用前景(张红星，环路热管两相传热技术的理论和实验研究，博士论文，北京航空航天大学，2016年.)。
环路热管主要包括蒸发器、冷凝器、储液器、蒸气管路和液体管路。整个循环过程如下：液体在蒸发器中的毛细芯外表面蒸发，吸收蒸发器外的热量，产生的蒸气从蒸气管路流向冷凝器，在冷凝器中释放热量给热沉冷凝成液体，最后经过液体管路流入储液器，储液器内的液体工质维持对蒸发器内毛细芯的供给。
平板环路热管因为其所需安装空间小，平板式蒸发器与热源平面便于安装，是近年来的研究热点和重点应用方向。根据结构不同，平板环路热管主要分为两种形式。第一种形式为圆盘形平板环路热管，蒸发器为圆盘形，蒸发器和储液器用毛细芯隔离开(R.Singh et al.，Operational characteristics of a miniature loop heat pipe with flat evaporator，International Journal of Thermal Sciences(2008)，doi：10.1016/j.ijthermalsci.2007.12.013.)。第二种形式为矩形平板环路热管，储液器置于蒸发器一侧(Yu.Maydanik*，S.Vershinin，M.Chernysheva，S.Yushakova，Investigation of a compact copper water loop heap pipe with a flat evaporator，Applied thermal Engineering，31(2011)，3533-3541.)。
毛细芯是环路热管蒸发器的核心部件，其主要作用如下：一方面，多孔结构毛细芯与热源接触的表面作为蒸发面，蒸发面的毛细小孔形成弯月面，提供驱动工质循环的毛细驱动力，液体循环流入储液器后，毛细芯又将储液器的液体吸入蒸发器。另一方面，毛细芯本身将蒸发器和储液器密封隔离，使蒸气只 能从外回路循环，阻止蒸发器产生的气体穿透毛细芯进入储液器，导致循环失效。
为提高环路热管的传热性能、启动性能和运行稳定性，对毛细芯有两个方面的要求：
(1)从提升传热性能的角度上，毛细芯蒸发侧应具有较高的导热系数来提高蒸发换热性能、减小蒸发换热温差；同时应具有较小的毛细孔径来提高毛细驱动力，增大环路热管极限传热能力。
(2)从提升启动性能和运行稳定性的角度上，毛细芯应具有较小的导热系数来减小从蒸发器向储液器的漏热以便形成两者间的温差(即压差)；同时应具有较大毛细孔径来提升渗透率，减小液体从储液器流向蒸发器的阻力。
上述两个要求是矛盾的。为解决上述问题，国内外公开发表的文献和相关专利，主要采取的方法是采用不同孔径和导热系数的双层毛细芯结构。文献提出双层毛细芯的结构形式。蒸发侧毛细芯用小粒径、高导热系数粉末烧结，供液侧用大粒径低导热系数烧结(汪双凤，针对显卡散热的微小平板型环路热管实验研究，2012年.柏立战，林贵平，环路热管复合芯传热与流动特性分析，北航学报，V35(12)，2009年12月.李强复合结构毛细蒸发器传热特性研究，2015年.)。
双层毛细芯从理论上是可行的，但是在实施时，存在两个问题：1)两种毛细芯烧结温度不一样，难以一体烧结，异种金属界面难以很好的结合，缝隙处一旦产生气泡或蒸气，将阻断毛细芯的供液。2)双层毛细芯对蒸发器和储液器的隔离密封也更加困难。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环路热管蒸发器的制备方法，所述蒸发器中的复合毛细芯具有三层复合结构，可有效减小蒸发器向储液器漏热，提升毛细力的同时增大渗透率，解决环路热管毛细芯导热系数和渗透率难以兼顾提升传热性能和提升启动性能、运行稳定性的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种环路热管蒸发器的制备方法，所述蒸发器由壳体和复合毛细芯组成，其中，所述复合毛细芯由蒸发芯、隔热芯和传输芯三层依次复合而成，其中， 隔热芯位于蒸发芯和传输芯中间，蒸发芯不与隔热芯相邻一侧上设有蒸气槽道，传输芯不与隔热芯相邻一侧靠近环路热管的储液器；蒸发芯和传输芯采用同种材料，其导热系数大于隔热芯材料的导热系数，且熔点低于隔热芯材料熔点；壳体采用材料的熔点大于等于蒸发芯和传输芯材料的熔点。
所述蒸发芯采用粉末材料热压烧结制得，粒径优选300目～1000目，以提供大毛细力；所述传输芯采用粉末材料热压烧结制得，粒径大于等于蒸发芯粉末材料粒径，粒径优选50目～300目，以提供大渗透率；所述蒸发芯和传输芯材料优选为铜、镍或铝。
隔热芯采用粉末材料，优选粒径50目～300目，材料优选为不锈钢、钛、钛合金或金属氧化物。
优选蒸发芯和传输芯材料的导热系数与隔热芯材料的导热系数相差1个数量级，优选隔热芯材料熔点，与蒸发芯和传输芯材料熔点差大于100℃。
蒸发芯和传输芯放置于壳体内热压烧结成型，并与壳体壁面紧密贴合实现密封，夹在中心的隔热芯为粉末状态。
优选所述蒸发器为矩形平板、圆盘形平板或圆柱形。
优选蒸气槽道为矩形、圆形或梯形；更优选为蒸气槽道为圆形、均匀分布在蒸发芯上。
蒸发器壳体厚度优选小于1mm。
所述制备方法为热压烧结法，具体步骤如下：
将壳体装入模具中，然后将蒸发芯材料粉末、隔热芯材料粉末和传输芯材料粉末均匀紧实的装填入模具中相应位置，在蒸发芯和传输芯所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯和传输芯与壳体紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯和传输芯粉末材料充分烧结、粉末间形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器；其中，所述模具在蒸发芯设置蒸气槽道处设有相应的蒸气槽道形状结构。
热压烧结成型采用现有技术中常规条件，通常在真空或保护气体下进行，所述保护气体通常为氮气(N2)或氩气(Ar)；当蒸发芯和传输芯所用粉末材料为易氧化金属(如铜等)时，需要通入还原性气体(如氢气等)进行还原；可采用烧结炉进行热压烧结。
优选模具由限位工装、蒸气槽道成型工装和施压工装组成，根据本发明所 述复合毛细芯的结构及形状设计所述工装的结构及形状，并进行组合使用。
当所述蒸发器为矩形平板式或圆盘形平板式时，制备方法步骤如下：
(1)将蒸气槽道成型工装装配在限位工装上，将壳体固定在限位工装上；
(2)将蒸发芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，蒸发芯设置蒸气槽道一侧与蒸气槽道成型工装紧密接触；
(3)将隔热芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，位于蒸发芯未设置蒸气槽道一侧；
(4)将传输芯粉末材料均匀紧实的装填入壳体内，位于隔热芯一侧；
(5)将施压工装插入壳体内，放置于传输芯材料外侧，得到装配好的模具和复合毛细芯材料；
(6)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装外侧施加压力，进行热压烧结成型；
(7)成型后脱模，封装上壳体顶部，得到一种矩形平板式或圆盘形平板式的环路热管蒸发器。
当所述蒸发器为圆柱形时，制备方法步骤如下：
(1)将壳体与蒸发芯的限位工装组合，其间隙为圆筒结构，用于装填入蒸发芯粉末材料，固定蒸气槽道成型工装，蒸气槽道成型工装与蒸发芯的限位工装底部留有距离，一个以上的蒸气槽道成型工装分布在壳体周围，并与壳体内壁面贴合；
(2)将蒸发芯粉末材料装填入壳体与蒸发芯的限位工装组合间隙中，并用施压工装施加压力将蒸发芯粉末材料压实，压实后蒸发芯的高度低于壳体高度；
(3)去除蒸发芯的限位工装，安装隔热芯的限位工装，隔热芯的限位工装与装填好的蒸发芯之间留有圆筒结构间隙；
(4)先将蒸发芯粉末材料填入步骤(3)所述的圆筒结构间隙中，再将隔热芯粉末材料装填进去，并用施压工装施加压力将隔热芯粉末材料压实，高度与蒸发芯一致；
(5)去除隔热芯的限位工装，安装传输芯的限位工装，传输芯的限位工装与装填好的蒸发芯和隔热芯之间留有圆筒结构间隙；
(6)将传输芯粉末材料填入步骤(4)所述的圆筒结构间隙中，并用施压工装施加压力将隔热芯粉末材料压实，传输芯的高度高于隔热芯与蒸发芯高度， 在顶部包覆在蒸发芯和隔热芯顶部外侧；得到装配好的模具和复合毛细芯材料；
(7)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装外侧施加压力，进行热压烧结成型；
(8)成型后脱模，封装上壳体顶部，得到一种圆柱形环路热管蒸发器。
一种环路热管，主要包括蒸发器，冷凝器、储液器、蒸气管路和液体管路，其中，所述蒸发器为本发明所述的环路热管蒸发器。
有益效果
1.本发明提供了一种环路热管蒸发器的制备方法，制备得到的所述蒸发器采用三层复合毛细芯，通过热压烧结粉末间形成冶金结构的蒸发芯和传输芯将未烧结呈粉末状隔热芯夹在中心，烧结成型的蒸发芯和传输芯与壳体壁面紧密贴合实现密封，可将粉末状的隔热芯密封并固定住；在未烧结的粉末隔热芯层中，一方面，由于粉末是非冶金结合的点接触，因为接触热阻的存在，比冶金结合的蒸发芯和传输芯热阻更大，能更好的起到减小漏热的作用，具有更好的隔热效果；另一方面，相比冶金结合的蒸发芯和传输芯，隔热芯松散状态的粉末层也具有更好的渗透率，能有效减小蒸发器向储液器的漏热，提升产品启动性能和运行稳定性；同时减小本发明所述复合毛细芯内的流通阻力，提升产品的传热性能。
2.本发明提供了一种环路热管蒸发器的制备方法，制备得到的复合毛细芯中的蒸发芯和传输芯可以选用不同粒径的粉末烧结而成，可以使用小孔径蒸发芯增大毛细驱动力，同时可以使用大孔径传输芯减小通过毛细芯的流动阻力，最终提升产品传热性能。
附图说明
图1为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，蒸气槽道成型工装和限位工装装配后的左视剖面图。
图2为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，蒸气槽道成型工装和限位工装装配后的主视剖面图。
图3为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，壳体、蒸气槽道成型工装和限位工装装配后的左视剖面图。
图4为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，壳体、蒸气槽道 成型工装和限位工装装配后的主视剖面图。
图5为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，壳体、蒸气槽道成型工装、限位工装和复合毛细芯材料装配后的主视剖面图。
图6为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，装配好的模具和复合毛细芯材料的主视剖面图。
图7为实施例1制备矩形平板式环路热管蒸发器过程中，将重物施加在装配好的模具和复合毛细芯材料上的主视剖面图。
图8为实施例1制得的矩形平板式环路热管蒸发器的主视剖面图。
图9为实施例1制得的矩形平板式环路热管蒸发器的仰视剖面图。
图10为实施例2制备圆盘形平板式环路热管蒸发器过程中，壳体与带有蒸气槽道成型工装的限位工装装配后的主视剖面图。
图11为实施例2制备圆盘形平板式环路热管蒸发器过程中，壳体、带有蒸气槽道成型工装的限位工装和复合毛细芯材料装配后的主视剖面图。
图12为实施例2制备圆盘形平板式环路热管蒸发器过程中，装配好的模具和复合毛细芯材料的主视剖面图。
图13为实施例2制备圆盘形平板式环路热管蒸发器过程中，将重物施加在装配好的模具和复合毛细芯材料上的主视剖面图。
图14为实施例2制得的圆盘形平板式环路热管蒸发器的主视剖面图。
图15为实施例2制得的圆盘形平板式环路热管蒸发器的仰视剖面图。
图16为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，壳体、蒸气槽道成型工装和装配有蒸发芯成孔柱的限位工装装配后的主视剖面图。
图17为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，装填入蒸发芯粉末材料后加上蒸发芯施压工装后的主视剖面图。
图18为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，去掉蒸发芯施压工装，将限位工装的成孔柱换为隔热芯成孔柱后装配至壳体底部后的主视剖面图。
图19为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，装填入蒸发芯和隔热芯粉末材料后加上隔热芯施压工装后的主视剖面图。
图20为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，去掉隔热芯施压工装，将限位工装的成孔柱换为传输芯成孔柱后装配至壳体底部后的主视剖面图。
图21为实施例3制备圆柱形环路热管蒸发器过程中，装配好的模具和复合 毛细芯材料的主视剖面图。
图22为实施例3制得的圆柱形环路热管蒸发器的主视剖面图。
图23为实施例3制得的圆柱形环路热管蒸发器的仰视剖面图。
图24为实施例中传热能力测试系统结构示意。
其中，1-壳体，2-蒸发芯，3-隔热芯，4-传输芯，5-蒸气槽道，6-限位工装，7-蒸气槽道成型工装，8-施压工装，9-重物，10-冷板，11-管路，12-加热器，13-测温点，14-蒸发器
具体实施方式
下面对本发明的优选实施方式做出详细说明。
对以下实施例制得的环路热管蒸发器14性能进行测试，测试方法如下：
(1)毛细力测试：
依据“GB/T 5249-2013可渗透性烧结金属材料气泡试验孔径的测定进行测试”进行毛细力测试，，在20℃下，将被测蒸发器14浸泡在去离子水中，充分浸泡，将蒸发器14一端逐渐通入高压气体，观察另一端气泡冒出情况，在第一个气泡冒出时，记录此时通入蒸发器14的压力，此压力即为蒸发器14的毛细力。一般粒径越小，毛细力越大，测得毛细力应满足产品实际使用要求。
(2)传热能力测试：
组成：传热能力测试系统由加热器12、冷板10、管路11和测温点13组成，如图24所示。
原理：所述蒸发器14安装在传热能力测试系统内，在所述系统内充入相变工质，所述蒸发器14受加热器12加热后，在蒸发器14出口处形成热蒸汽，蒸汽压力逐渐升高并驱动系统内液体流动，将加热器12热量通过热蒸汽的形式传递至冷板10进行冷却，在冷板10中热蒸汽被冷凝成液体，然后顺管路11内重新送回蒸发器14，这样蒸发器14的温度会维持在一个稳定的温度。
其中：冷板10为铜制金属板，在版面上开有U型槽，将管路11内嵌于U型槽内，用于把管路11内液体从蒸发器14带出的热量进行冷却。
管路11：管路11为不锈钢材质，外径为3mm，壁厚0.5mm，用于将管路11内液体进行定向运输，系统内液体经所述蒸发器14被运输到冷板10，从冷板10再返回所述蒸发器14。
加热器12：加热器12为测试用代替原件，替代实际使用中需要散热的元器件，一般要求散热器能够提供所需功率即可，配合直流稳压电源使用。面积一般比蒸发器14内蒸气槽道5所围成的面积略小即可，传热能力测试系统测试中使用加热器12面积为20mm*20mm。
测温点13：测温点13为T型热电偶，用于监测蒸发器14温度，监测时配合显示器使用。贴合在蒸发器14表面即可。
按GB/T 14812-2008热管传热性能试验方法进行传热能力测试。
实施例1
一种矩形平板式环路热管蒸发器14，壳体1为矩形，尺寸为30mm*60mm*2mm，厚度为0.5mm，材料为不锈钢，采用由限位工装6、蒸气槽道成型工装7和施压工装8组成的模具；其中，限位工装6底部为矩形，其上设有矩形的限位凸台，壳体1可套在限位凸台上且与其紧密配合，蒸气槽道成型工装7为条状，截面为正方形，尺寸为1mm*1mm，由十七根组成，施压工装8可恰好放入壳体1内部并紧密配合；制备方法步骤如下：
(1)将蒸气槽道成型工装7固定装配在限位工装6上，并贴近限位凸台一侧整齐排列，蒸气槽道成型工装7顶部伸出限位凸台20mm，如图1和图2所示；将壳体1固定在限位工装6的限位凸台上，蒸气槽道成型工装7紧贴蒸发器14壳体1内壁面，如图3和图4所示。
(2)将500目球形铜粉作为蒸发芯2材料装填入壳体1内，均匀震实，高度为没过蒸气槽道成型工装75mm，蒸发芯2材料设置蒸气槽道5一侧与蒸气槽道成型工装7紧密接触；
(3)将500目球形不锈钢粉作为隔热芯3材料装填入蒸发芯2材料上部，均匀震实，高度为3mm；
(4)将300目球形铜粉作为传输芯4材料装填入隔热芯3材料上部，均匀震实，高度为3mm，如图5所示；
(5)在传输芯4上部将施压工装8插入壳体1内，放置于传输芯4材料外侧上部，施压工装8顶部高于壳体1，得到装配好的模具和复合毛细芯材料，如图6所示；
(6)在施压工装8上施加重物9，如图7所示，重物9给复合毛细芯材料施加压强为3kg/cm2；并放入高温烧结炉中进行材料的固溶烧结，烧结温度为 750℃，保温1h，升温速率为10℃/min，烧结过程在高温烧结炉中通入流动氢气，气流量为2ml/min，烧结完成后自然冷却成型。
(7)成型后，将限位工装6、施压工装8、重物9和蒸气槽道成型工装7去除，封装上壳体1顶部，得到一种矩形平板式环路热管蒸发器14，蒸发芯2厚度为25mm，隔热芯3厚度为3mm，传输芯4厚度为3mm，如图8和图9所示。
对本实施例制得的环路热管蒸发器14性能进行测试，测试结果如下
(1)毛细力测试：
毛细力为33.0kPa。
(2)传热能力测试：
将所述蒸发器14连入传热能力测试系统中，5s后所述系统正常启动，蒸发器14运行温度为30℃，极限传热能力大于100W。
此外，根据本实施例复合毛细芯所采用的材料本身导热系数以及大粒径粉体烧结实现大的渗透率液体传输的性质可知，本实施例制得的环路热管蒸发器14具有导热性良好和渗透率大的特点。
实施例2
一种圆盘形平板式环路热管蒸发器14，壳体1为圆柱形，直径为25mm，高1cm，厚度为0.5mm，材料为不锈钢，采用由限位工装6、蒸气槽道成型工装7和施压工装8组成的模具；其中，限位工装6为圆盘形，其表面加工蒸气槽道成型工装7，结构为七个正方体凸起，截面尺寸为1mm*1mm，外周轮廓呈圆盘形，壳体1可恰好套在蒸气槽道成型工装7，施压工装8可恰好放入壳体1内部并紧密配合；制备方法步骤如下：
(1)将蒸气槽道成型工装7固定装配在限位工装6上，并贴近限位凸台一侧整齐排列，蒸气槽道成型工装7高度为1mm；将壳体1固定在限位工装6上，如图9所示；
(2)将500目球形铜粉作为蒸发芯2材料装填入壳体1内，均匀震实，高度为没过蒸气槽道成型工装7 3mm，蒸发芯2材料设置蒸气槽道5一侧与蒸气槽道成型工装7紧密接触；
(3)将300目球形钛粉作为隔热芯3材料装填入蒸发芯2材料上部，均匀 震实，高度为2mm，；
(4)将200目球形铜粉作为传输芯4材料装填入隔热芯3材料上部，均匀震实，高度为2mm，如图10所示；
(5)在传输芯4上部将施压工装8插入壳体1内，放置于传输芯4材料外侧上部，施压工装8顶部高于壳体1，得到装配好的模具和复合毛细芯材料，如图11所示；
(6)在施压工装8上施加重物9，如图12所示，重物9给复合毛细芯材料施加压强为3kg/cm2；并放入高温烧结炉中进行材料的真空固溶烧结，烧结温度为750℃，保温1h，升温速率为10℃/min，烧结完成后自然冷却成型。
(7)成型后，将带有蒸气槽道成型工装7的限位工装6、施压工装8和重物9去除，封装上壳体1顶部，得到一种圆盘形平板式环路热管蒸发器14，蒸发芯2厚度4mm，隔热芯3厚度2mm，传输芯4厚度2mm，如图13所示。
对本实施例制得的环路热管蒸发器14性能进行测试，测试结果如下
(1)毛细力测试：
毛细力为34.2kPa。
(2)传热能力测试：
将所述蒸发器14连入传热能力测试系统中，16s后所述系统正常启动，蒸发器14运行温度为50℃，极限传热能力大于60W。
此外，根据本实施例复合毛细芯所采用的材料本身导热系数以及大粒径粉体烧结实现大的渗透率液体传输的性质可知，本实施例制得的环路热管蒸发器14具有导热性良好和渗透率大的特点。
实施例3
一种圆柱形环路热管蒸发器14，壳体1为圆柱形，直径为13mm，高100mm，厚度为0.5mm，材料为不锈钢，采用由限位工装6、蒸气槽道成型工装7和施压工装8组成的模具；其中，限位工装6底部为圆柱形，其上设有圆柱形的限位凸台，限位凸台上设有圆柱形的成孔柱，成孔柱为直径由大到小的蒸发芯成孔柱、隔热芯成孔柱和传输芯成孔柱，分别匹配圆柱形蒸发芯2、隔热芯3和传输芯4的内孔直径，蒸气槽道成型工装7结构由八根直径为1mm，长度为80mm的圆柱体组成，顶部设有弯折用于挂在壳体1上，施压工装8为圆柱形，为内 孔直径由大到小的蒸发芯施压工装、隔热芯施压工装和传输芯施压工装，分别匹配蒸发芯成孔柱、隔热芯成孔柱和传输芯成孔柱的直径，施压工装8外径满足可恰好放入壳体1内部并紧密配合，内孔可用于成孔柱的插入；制备方法步骤如下：
当所述蒸发器14为圆柱形时，可采用制备方法具体步骤如下：
(1)将壳体1底部与限位工装6的限位凸台组合装配，此时限位工装6上的成孔柱为蒸发芯成孔柱，壳体1与蒸发芯成孔柱之间留有间隙，为圆筒结构，用于装填入蒸发芯2粉末材料，将蒸气槽道成型工装7挂在壳体1上，蒸气槽道成型工装7与蒸发芯2的限位工装6底部留有1cm距离，共8个均匀分布在壳体1周围，并与壳体1内壁面贴合，如图16所示；
(2)将800目球形镍粉作为蒸发芯2材料装填入步骤(1)所述的间隙中，在蒸发芯2材料上部将蒸发芯施压工装插入壳体1内，蒸发芯施压工装的内孔可用于蒸发芯成孔柱的插入，施加3kg/cm2压强的压力将蒸发芯2材料压实，压实后蒸发芯2材料的高度低于壳体1高度1cm，厚度为2mm，如图17所示；
(3)将限位工装6和蒸发芯施压工装拆下，将成孔柱换为隔热芯成孔柱，再将限位工装6装配至壳体1底部，壳体1与隔热芯成孔柱之间留有间隙，为圆筒结构，用于装填入隔热芯3材料，如图18所示；
(4)先将800目球形镍粉作为蒸发芯2材料装填入步骤(3)所述间隙，厚度为5mm，再将100目球形氧化铝粉作为隔热芯3材料装填入步骤(3)所述间隙，在隔热芯3材料上部将隔热芯施压工装插入壳体1内，隔热芯施压工装的内孔可用于隔热芯成孔柱的插入，施加3kg/cm2压强的压力将隔热芯3材料压实，压实后隔热芯3材料的高度低于壳体1高度1cm，厚度为1mm，如图19所示；
(5)将限位工装6和隔热芯施压工装拆下，将成孔柱换为传输芯成孔柱，再将限位工装6装配至壳体1底部，壳体1与传输芯成孔柱之间留有间隙，为圆筒结构，用于装填入传输芯4材料，如图20所示；
(6)将100目球形镍粉作为传输芯4材料装填入步骤(5)所述的圆筒结构间隙中，在传输芯4材料上部将传输芯施压工装插入壳体1内，传输芯施压工装的内孔可用于传输芯成孔柱的插入，施加3kg/cm2压强的压力将传输芯4材料压实，压实后传输芯4材料高度高于隔热芯3与蒸发芯2高度5mm，厚度为 1mm，在顶部包覆在蒸发芯2和隔热芯3顶部外侧，得到装配好的模具和复合毛细芯材料，如图21所示；
(7)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，在施压工装8上施加重物9，重物9给复合毛细芯材料施加压强为3kg/cm2，放入高温烧结炉中进行材料的固溶烧结，烧结温度为950℃，保温1h，升温速率为10℃/min，烧结过程在高温炉中通入流动氢气，气流量控制在2ml/min，烧结完成后自然冷却成型；
(8)成型后脱模，封装上壳体1顶部，得到一种圆柱形环路热管蒸发器14，蒸发芯2厚度2mm，隔热芯3厚度1mm，传输芯4厚度1mm，如图22和图23所示。
对本实施例制得的环路热管蒸发器14性能进行测试，测试结果如下
(1)毛细力测试：
毛细力为41kPa。
(2)传热能力测试：
将所述蒸发器14连入传热能力测试系统中，11s后所述系统正常启动，蒸发器14运行温度为40℃，极限传热能力大于300W。
此外，根据本实施例复合毛细芯所采用的材料本身导热系数以及大粒径粉体烧结实现大的渗透率液体传输的性质可知，本实施例制得的环路热管蒸发器14具有导热性良好以及渗透率大的特点。

Claims (8)

  1. 一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：所述方法为热压烧结法，步骤如下：
    将蒸发器(14)的壳体(1)装入模具中，然后将蒸发芯(2)材料粉末、隔热芯(3)材料粉末和传输芯(4)材料粉末均匀紧实的装填入模具中相应位置，在蒸发芯(2)和传输芯(4)所用粉末材料所对应烧结温度下，施加足以使蒸发芯(2)和传输芯(4)与壳体(1)紧密贴合的压力，热压烧结成型，当蒸发芯(2)和传输芯(4)粉末材料形成冶金结合后降温，脱模得到所述环路热管蒸发器(14)；所述模具在蒸发芯(2)设置蒸气槽道(5)处设有相应的蒸气槽道(5)形状结构；
    所述蒸发器(14)由壳体(1)和复合毛细芯组成；复合毛细芯由蒸发芯(2)、隔热芯(3)和传输芯(4)三层依次复合而成；隔热芯(3)位于蒸发芯(2)和传输芯(4)中间，蒸发芯(2)不与隔热芯(3)相邻一侧上设有蒸气槽道(5)，传输芯(4)不与隔热芯(3)相邻一侧靠近环路热管的储液器；蒸发芯(2)和传输芯(4)采用同种材料，其导热系数大于隔热芯(3)材料的导热系数，且熔点低于隔热芯(3)材料的熔点；壳体(1)材料的熔点大于等于蒸发芯(2)和传输芯(4)材料的熔点；
    蒸发芯(2)、传输芯(4)和隔热芯(3)均采用粉末材料，蒸发芯(2)和传输芯(4)热压烧结成型并与壳体(1)壁面紧密贴合实现密封，夹在中心的隔热芯(3)保持粉末状态；传输芯(4)材料的粒径大于等于蒸发芯(2)材料的粒径。
  2. 根据权利要求1所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：模具由限位工装(6)、蒸气槽道成型工装(7)和施压工装(8)组成。
  3. 根据权利要求2所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：当所述蒸发器(14)为矩形平板式或圆盘形平板式时，制备方法步骤如下：
    (1)将蒸气槽道成型工装(7)装配在限位工装(6)上，将壳体(1)固定在限位工装(6)上；
    (2)将蒸发芯(2)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，蒸发芯(2)设置蒸气槽道(5)一侧与蒸气槽道成型工装(7)紧密接触；
    (3)将隔热芯(3)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，位于蒸发芯(2)未设置蒸气槽道(5)一侧；
    (4)将传输芯(4)粉末材料均匀紧实的装填入壳体(1)内，位于隔热芯(3)一侧；
    (5)将施压工装(8)插入壳体(1)内，放置于传输芯(4)材料外侧，得到装配好的模具和复合毛细芯材料；
    (6)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装(8)外侧施加压力，进行热压烧结成型；
    (7)成型后脱模，封装上壳体(1)顶部，得到一种矩形平板式或圆盘形平板式的环路热管蒸发器(14)。
  4. 根据权利要求2所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：当所述蒸发器(14)为圆柱形时，制备方法步骤如下：
    (1)将壳体(1)与蒸发芯(2)的限位工装(6)组合，形成圆筒结构间隙，固定蒸气槽道成型工装(7)，蒸气槽道成型工装(7)与蒸发芯(2)的限位工装(6)底部留有距离，一个以上的蒸气槽道成型工装(7)分布在壳体(1)周围，并与壳体(1)内壁面贴合；
    (2)将蒸发芯(2)粉末材料装填入壳体(1)与蒸发芯(2)的限位工装(6)组合间隙中，并用施压工装(8)施加压力将蒸发芯(2)粉末材料压实，压实后蒸发芯(2)的高度低于壳体(1)高度；
    (3)去除蒸发芯(2)的限位工装(6)，安装隔热芯(3)的限位(6)，隔热芯(3)的限位工装(6)与装填好的蒸发芯(2)之间留有圆筒结构间隙；
    (4)先将蒸发芯(2)粉末材料填入步骤(3)所述的圆筒结构间隙中，再将隔热芯(3)粉末材料装填进去，并用施压工装(8)施加压力将隔热芯(3)粉末材料压实，高度与蒸发芯(2)一致；
    (5)去除隔热芯(3)的限位工装(6)，安装传输芯(4)的限位工装(6)，传输芯(4)的限位工装(6)与装填好的蒸发芯(2)和隔热芯(3)之间留有圆筒结构间隙；
    (6)将传输芯(4)粉末材料填入步骤(4)所述的圆筒结构间隙中，并用施压工装(8)施加压力将隔热芯(3)粉末材料压实，传输芯(4)的高度高于隔热芯(3)与蒸发芯(2)高度，在顶部包覆在蒸发芯(2)和隔热芯(3)顶部外侧；得到装配好的模具和复合毛细芯材料；
    (7)将装配好的模具和复合毛细芯材料放入烧结炉内，施压工装(8)外 侧施加压力，进行热压烧结成型；
    (8)成型后脱模，封装上壳体(1)顶部，得到一种圆柱形环路热管蒸发器(14)。
  5. 根据权利要求1～4任一项所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：蒸发芯(2)采用粉末材料的粒径为300目～1000目，传输芯(4)采用粉末材料的粒径为50目～300目，隔热芯(3)采用粉末材料的粒径为50目～300目。
  6. 根据权利要求5所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：蒸发芯(2)和传输芯(4)材料的导热系数与隔热芯(3)材料的导热系数相差1个数量级；隔热芯(3)材料熔点，与蒸发芯(2)和传输芯(4)材料熔点差大于100℃；蒸发器(14)为矩形平板、圆盘形平板或圆柱形；蒸气槽道(5)为矩形、圆形或梯形；蒸发器(14)壳体(1)厚度小于1mm。
  7. 根据权利要求6所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：蒸发芯(2)和传输芯(4)材料为铜、镍或铝，隔热芯(3)材料为不锈钢、钛、钛合金或金属氧化物。
  8. 根据权利要求6所述的一种环路热管蒸发器的制备方法，其特征在于：蒸气槽道(5)为圆形、均匀分布在蒸发芯(2)上。
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