一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯及其制备方法，所述环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯包括：多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体，以及连接在多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体上的多孔金属层；所述多孔金属层的材质为铜合金。合金。合金。

【技术实现步骤摘要】
一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金属/陶瓷复合毛细芯，具体涉及一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯及其制备方法，属于热控


技术介绍

[0002]环路热管作为一种具有高传热效率和主动控温特点的装置，在热控领域有着广泛的应用。作为一种多孔材料，环路热管蒸发器内部毛细芯的毛细作用为两相工质在管道内的循环提供驱动力。此外，毛细芯骨架的热导率对工质的蒸发有着重要的影响。因此，毛细芯的材料和孔结构设计对环路热管传热效率十分关键。
[0003]传统的单一孔径分布和双孔径分布毛细芯已经难以满足高热流密度热源对散热的需求。新型毛细芯要求靠近热源的部分具有高热导率和高渗透率的特征，以满足较高的热量传递和蒸汽溢出效率；而远离热源的部分具有热导率较低和毛细力较大的特征，以实现较小的热泄露和较大的工质抽吸能力。因此，毛细芯的梯度结构设计成为了研究的热点。
[0004]传统的梯度结构毛细芯主要由单一的材料构成，但是单一的材料难以满足毛细芯各部位对热导率的需求。因此，不同类别材料的复合设计对制备一种满足各部位功能化需求的毛细芯十分重要。

技术实现思路

[0005]针对上述的问题，本专利技术的目的在于提供一种环路热管用金属
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陶瓷复合毛细芯及其制备方法，具体为一种铜合金/氮化硅复合毛细芯。该毛细芯为多孔铜合金和多孔氮化硅的复合毛细芯。铜合金金属具有较高的热导率，而多孔氮化硅陶瓷热导率相对较小，能在较高孔隙率下维持足够的强度。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，包括：多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体，以及连接在多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体上的多孔金属层；所述多孔金属层的材质为铜合金。
[0007]较佳的，所述铜合金中铜元素和其他金属元素的质量比至少为1：0.5，优选为1：(0.1～0.3)；优选地，所述铜合金为铜锌合金、铜银合金、或铜
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锌
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银合金。
[0008]较佳的，所述多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体的孔隙率为55～75％。所述多孔金属层的孔隙率为50～80％。
[0009]较佳的，所述环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯的总孔隙率为55％～78％。
[0010]另一方面，本专利技术提供了一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯的制备方法，包括：将多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体固定在模具中并在其周围装填铜粉或铜合金粉体；将装填后的模具放在振动台上振实后，再放进行热压烧结，得到环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯。
[0011]较佳的，所述铜合金粉体由铜和其他金属组成，所述其他金属为锌、银中的至少一种；优选地，所述铜合金粉中铜元素和其他金属粉的质量比例为1：(0～0.5)(其他金属元素
的含量不为0)，优选为1：(0.1～0.3)。
[0012]较佳的，所述铜粉或铜合金粉的粒径为100μm～400μm。
[0013]较佳的，所述振动台的振动频率为100～300Hz，振动高度为0～4mm，振动时间为2～10分钟；优选地，振动高度为1mm～2mm。
[0014]较佳的，所述热压烧结的气氛为惰性气氛，烧结温度为450～950℃，热压压力为0.05MPa～1MPa，保温时间为1小时～3小时；优选地，所述惰性气氛为氩气气氛，所述热压烧结的升温速率为1～5℃/分钟。
[0015]有益效果：本专利技术成功制备一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯。多孔铜合金具有较大的热导率和孔径，能够提供较快速率的毛细芯骨架热传导和蒸汽溢出；多孔氮化硅具有较小的热导率和孔径，能够提供较大的毛细力，同时有效地减小热泄露。此外，相比于大多数陶瓷材料而言，多孔氮化硅作为一种具有高强度的陶瓷材料，在相同的强度指标下，可实现的孔隙率能使毛细芯毛细抽吸性能最大化。铜合金/氮化硅复合毛细芯能满足毛细芯功能化需求，多孔金属层与多孔陶瓷层尺寸比例可控，加工难度较小，成本相对较低。最重要的是，本专利技术利用多孔铜合金和氮化硅的协同作用，降低蒸发器热阻，提升环路热管的传热效率。
附图说明
[0016]图1为铜合金混合粉体装填示意图；图2为铜合金/氮化硅复合毛细芯热压示意图；图3为铜合金/氮化硅复合毛细芯示意图；其中，1
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不锈钢外壳，2
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铜合金粉体，3
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多孔氮化硅陶瓷，4
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压头，5
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多孔铜合金。
具体实施方式
[0017]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0018]在本公开中，成功制备一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯。目标靠近蒸发器加热面的多孔铜合金层具有热导率较高和孔径较大的特点，有助于毛细芯骨架热传导和蒸汽溢出；目标远离热源的多孔氮化硅层具有较小的热导率和孔径，在保证足够毛细力的同时，有效地减小蒸发器向储液器的热泄露。这些特性都有望提高环路热管的传热效率和运行稳定性。
[0019]以下示例说明本专利技术提供的铜合金/氮化硅复合毛细芯的制备方法。
[0020]在可选的实施方式中，将氮化硅粉体、烧结助剂、粘结剂、分散剂与无水乙醇通过球磨的方式均匀混合。其中，氮化硅粉体中α
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Si3N4含量大于90％。烧结助剂可为Y2O3、Al2O3、MgO、Yb2O3、Lu2O3中的至少一种，添加量优选为氮化硅粉体的0.2～6wt％，更优选为2～4wt％。粘结剂可为聚乙烯醇缩丁醛，添加量优选为氮化硅粉体的0.5～8wt％，更优选为2～4wt％。分散剂可为聚乙二醇，添加量优选为氮化硅粉体的0.5～8wt％，更优选为0.5～2wt％。无水乙醇添加量优选为氮化硅粉体的80～160wt％。球磨转速优选为150～350r/min，球磨时间优选为5～24h。
[0021]在可选的实施方式中，将均匀的陶瓷浆料放入烘箱内干燥，随后过筛。其中，烘干温度优选为50～120℃，烘干时间优选为8～24h；筛网目数优选为30～120目。
[0022]在可选的实施方式中，将过筛后的陶瓷粉体填装至模具内进行预压，脱模后，将成型后的陶瓷素坯进行冷等静压。其中，预压压力优选为5～20MPa，保压时间优选为5～30s；冷等静压压力优选为40～120MPa，更优选为60～100MPa，保压时间优选为2～5min。
[0023]在可选的实施方式中，将二次压制后的陶瓷素坯放置在马弗炉内，在空气气氛下加热，加热程序结束后随炉冷却。其中，升温速率优选为0.5～5℃/min，更优选为1～3℃/min，保温温度优选为450～750℃，保温时间优选为1～5h。
[0024]在可选的实施方式中，将脱粘后的陶瓷素坯放置在烧结炉中，在氮气气氛下进行烧结，烧结制度结束后随炉冷却。其中，氮气气压优选为0.05～0.4MPa，升温速率优选为1～10℃/min，保温温度优选为1690～1750℃，保温时间优选为2～4h。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，其特征在于，包括：多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体，以及连接在多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体上的多孔金属层；所述多孔金属层的材质为铜合金。2.根据权利要求1所述的环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，其特征在于，所述多孔氮化硅陶瓷毛细芯基体的孔隙率为55～75%。3.根据权利要求1或2所述的环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，其特征在于，所述铜合金中铜元素和其他金属元素的质量比至少为1：0.5，优选为1：(0.1～0.3)；优选地，所述铜合金为铜锌合金、铜银合金、或铜
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锌
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银合金。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，其特征在于，所述多孔金属层的孔隙率为50～80%。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯，其特征在于，所述环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯的总孔隙率为55%～78%。6.一种权利要求1所述的环路热管用铜合金/氮化硅复合毛细芯的制备方法，其特征在于，包括：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宇平，李雪晴，姚冬旭，左开慧，夏咏锋，尹金伟，梁汉琴，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：