【技术实现步骤摘要】
在本专利技术属于物理、化学镀膜以及粉末冶金制造，特别涉及一种基于镀层金刚石的热管结构及制备方法。
技术介绍
1、热管作为一种无源传热设备，没有额外耗能，同时传热效率高、结构紧凑，可根据工况对循环工质调整，如水、丙酮、甲醇，因其结构简单，几乎可以制备成任意形状，故而使得热管应用场景及其广泛，涵盖了电子设备冷却、航空航天、太阳能集热器、医疗设备、核能技术以及家用电器等诸多领域。
2、热管的结构如图1所示，普通热管从结构上分为铜壳、毛细芯层、内部空腔并填充有换热工质，常为去离子水，其中毛细芯层依次分布蒸发段（热端）、中间段（工质输送或绝热段）和冷凝段（冷端）三部分，在热端，热量从外界穿过壳体、毛细芯传递至热管内部，加热管内液体工质从而使其气化通过中间中空部分到达冷凝段，放出热量液化，热量仍需穿过毛细芯和壳体，最后液化后的液体经过毛细芯的毛细力运输至蒸发段，完成工质与热量的循环。
3、在热端和冷端，热量的传递需要先穿过铜壳和毛细芯层，进而实现热量的交换，热量传递过程的热阻图如图2。由于价格低廉并且导热性能较好，通常壳体和毛细芯采用铜、铝等金属材质，但随着热流密度的提高，由于烧结毛细芯的空隙和铜粉颗粒间的接触热阻，因此毛细芯整体热导率仍有较大提升空间。
4、金刚石具有超高的热导率（2200-2600 w/（m·k）），近年来，金刚石人工合成技术愈发成熟，人工金刚石颗粒的成本已经逐渐走低，当下工业应用已经具备竞争力。将热端和冷端的铜毛细芯替换为金刚石毛细芯可以提高热导率，提升热端和冷端的换热效率，可以大幅
5、公告号cn221811508u的技术公开了一种固定型含镀层热管，其技术方案要点包括：热管，镀层，焊料/反应性纳米多层膜/焊料三明治涂层三部分，反应性纳米多层膜在外加能量的诱导下可进行自蔓延反应，反应放热瞬间可熔化钎料，直接实现热管与热管沟槽底面的连接；反应性纳米多层膜的厚度较薄，其极快的降温速度可保证热管的结构不被破坏；通过将固定型含镀层热管固定于热管沟槽底部，解决后续热管散热器焊接过程中热管上浮问题，
6、然而对热管的换热效率未进行优化提升，对金刚石毛细芯和铜壳的一体式烧结未做研究，因此依然有待改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于镀层金刚石的热管结构及制备方法，提高热管热端和冷端的换热效率，进而提高热管的整体工作能力。
2、为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于镀层金刚石的热管结构，包括铜层外壳、内部毛细芯层以及真空内腔，且依次布设蒸发段、绝热段和冷凝段；
4、蒸发段和冷凝段的毛细芯层为双镀层金刚石烧结而成，中部绝热段的毛细芯为铜毛细芯，且双镀层金刚石为先镀钨再镀铜的双镀层。
5、一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，包括以下步骤：
6、（1）首先对金刚石进行清洗；
7、（2）在真空条件下对金刚石进行磁控镀钨，得到钨镀层金刚石；
8、（3）对步骤（2）得到的钨镀层金刚石进行热处理，得到热处理后的镀钨金刚石；
9、（4）用化学镀方式在步骤（3）得到的镀钨金刚石上镀覆均匀铜层，并使用还原性气体进行还原，得到双镀层金刚石；
10、（5）将直径略小于铜壳的圆形不锈钢芯棒置于底端封口、顶端开口的铜壳正中心，环形间隙即为毛细芯烧结区域，依次在该区域中从底部至顶部填充双镀层金刚石、铜粉、双镀层金刚石，压实，置于真空气氛炉中一体化烧结，得到两端为镀层金刚石毛细芯、中间为铜毛细芯的热管初步结构；
11、（6）对（5）得到的热管初步结构，充入适量去离子水之后对其进行抽真空，将事先真备好的铜端盖清洗干净，并与开口端进行装配，在连接间隙中填充钎焊焊料，升温使其熔化，后缓慢降温至室温即可得到该新型热管。
12、步骤（4）中，化学镀工艺包括敏化-活化-化学镀铜，
13、a、敏化
14、将步骤（3）热处理后的镀钨金刚石置于sncl和hcl的混合溶液当中，并使用磁力搅拌器搅拌，使得sn2+沉积到金刚石表面；
15、b、活化
16、将敏化后的金刚石用去离子水冲洗后置于pdcl溶液中，并使用磁力搅拌器搅拌，其表面的sn2+可以将pd2+还原成pd原子沉积到金刚石表面；
17、c、化学镀铜
18、将活化后的金刚石用去离子水冲洗干净后置于镀铜溶液当中，置换出铜，并根据称重法计算化学镀铜层厚度；
19、随后将其置于气氛炉中，通氮氢混合气还原出表面少量氧元素。
20、步骤c中，所述镀铜溶液中包括铜源cuso4溶液、还原剂hcho溶液和络合剂edta，且溶液ph值为13±0.5。
21、步骤（5）中，铜粉粒径为70/80目，真空气氛炉一体化烧结温度为750℃。
22、步骤（2）中，磁控镀钨时使用的磁控溅射仪配备有旋转滚筒。
23、步骤（1）中，清洗时分别使用丙酮和无水乙醇超声清洗，后使用去离子水冲洗干净并烘干。
24、所述磁控溅射仪的功率为80w，温度为300℃，旋转滚筒的转速为45rpm，时间360min，镀覆的钨镀层厚度为200~300nm。
25、步骤（2）中，镀钨金刚石热处理工艺参数设置为，升温速度5℃/min，升温至1050℃，保温2h，之后降温速度仍为5℃/min，降至300℃后随炉冷却至室温。
26、步骤（1）中，金刚石采用河南黄河旋风hwd30金刚石，粒径为70/80目。
27、本专利技术的有益效果是：
28、（1）本专利技术公开了一种基于镀层金刚石的热管结构及制备方法，热管结构包括依次布设的蒸发段、绝热段和冷凝段，且蒸发段和冷凝段的毛细芯为双镀层金刚石，中部绝热段为铜毛细芯，且双镀层金刚石为先镀钨再镀铜的双镀层金刚石；将热管的热端和冷端的毛细芯材质由铜更换为先镀钨再镀铜的双镀层金刚石，通过金刚石的高热导率可以使得热端和冷端的毛细芯热导率获得大幅度提升，从而减小两端的换热热阻，提升热管与外界的热交换能力，使得普通热管的使用场景进一步拓宽。
29、（2）本专利技术利用高导热金刚石毛细芯代替传统铜毛细芯，使得热管在热端和冷端的热导率大幅提升，强化了热管的换热效率；同时，针对金刚石毛细芯难以烧结的问题进行表面改性，在其表面镀覆双层镀层，由于毛细芯最终需要与热管最外层金属铜壳烧结，因此金刚石最外层镀层为铜镀层，鉴于铜与金刚石难以润湿的问题，首先对金刚石表面镀钨，再进行镀铜可大幅度改善金刚石和铜的润湿性，提高金刚石和铜镀层的界面结合力，从而实现金刚石毛细芯及其与外层金属铜壳的烧结，最终制备出更高换热效率的新型热管。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于镀层金刚石的热管结构，其特征在于：包括铜层外壳、内部毛细芯层以及真空内腔，且依次布设蒸发段、绝热段和冷凝段；
2.基于权利要求1所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，化学镀工艺包括敏化-活化-化学镀铜，
4.根据权利要求3所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述镀铜溶液中包括铜源CuSO4溶液、还原剂HCHO溶液和络合剂EDTA，且溶液pH值为13±0.5。
5.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，铜粉粒径为70/80目，真空气氛炉一体化烧结温度为750℃。
6.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，磁控镀钨时使用的磁控溅射仪配备有旋转滚筒。
7.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，清洗时分别使用
8.根据权利要求6所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射仪的功率为80W，温度为300℃，旋转滚筒的转速为45rpm，时间360min，镀覆的钨镀层厚度为200~300nm。
9.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，镀钨金刚石热处理工艺参数设置为，升温速度5℃/min，升温至1050℃，保温2h，之后降温速度仍为5℃/min，降至300℃后随炉冷却至室温。
10.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，金刚石采用河南黄河旋风HWD30金刚石，粒径为70/80目。
...【技术特征摘要】
1.一种基于镀层金刚石的热管结构，其特征在于：包括铜层外壳、内部毛细芯层以及真空内腔，且依次布设蒸发段、绝热段和冷凝段；
2.基于权利要求1所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，化学镀工艺包括敏化-活化-化学镀铜，
4.根据权利要求3所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述镀铜溶液中包括铜源cuso4溶液、还原剂hcho溶液和络合剂edta，且溶液ph值为13±0.5。
5.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，铜粉粒径为70/80目，真空气氛炉一体化烧结温度为750℃。
6.根据权利要求2所述的一种基于镀层金刚石的热管结构的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，磁控镀...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，张霖，王帅，方旭阳，吴佳璐，洪争辉，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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