一种超薄热管的制备方法

摘要

本发明公开了一种超薄热管的制备方法，包括以下步骤：(1):设计热管，制备与金属热管内部具有相同结构的模具电极；(2):在电铸盐溶液中加入散热型粉末搅拌均匀，得到电铸液；(3):将模具电极夹在电解槽上，并向电解槽中倒入电铸液，设置电铸参数并采用三电极电源进行电铸加工，得电铸层；步骤(4):将电铸层取下并清洗、烘干、刻蚀获得与模具电极形状及尺寸相同的具有微结构的金属薄膜；(5):将金属薄膜折叠，并沿边缘焊接得到具有焊接缺口的热管；步骤(6)：将热管压力整形，并从焊接缺口处对热管内腔中抽真空，抽真空完毕后填充工作液体，将焊接缺口密封得到超薄热管。本发明的制备方法能够灵活的控制超薄散热管的厚度。

权利要求

1.一种超薄热管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计热管，制备与金属热管内部具有相同结构的模具电极，备用；

(2)在电铸盐溶液中加入散热型粉末搅拌均匀，得到电铸液备用；

(3)将所述模具电极夹在电解槽上，并向电解槽中倒入所述电铸液，设置电铸参数并采用三电极电源进行电铸加工，得电铸层；

(4)将电铸层取下，并清洗、烘干、刻蚀获得与模具电极形状及尺寸相同的具有微结构的金属薄膜；

(5)将金属薄膜折叠，并沿边缘焊接得到具有焊接缺口的热管；

(6)将热管压力整形，并从焊接缺口处对热管内腔抽真空，抽真空完毕后填充冷却液，将焊接缺口密封得到超薄热管；

所述步骤(2)中散热型粉末为石墨烯和/或碳纳米管，所述散热型粉末与电铸液的质量体积比为10mg:(500‑1000)mL。

2.根据权利要求1所述的一种超薄热管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌时间为20‑30min，搅拌温度为23‑30℃。

3.根据权利要求1所述的一种超薄热管的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用三电极电源进行电铸加工具体为：将模具电极接为工作电极，将铜作为对电极，将硫酸亚汞作为参比电极。

4.根据权利要求1所述的一种超薄热管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中烘干温度为80‑100℃，烘干时间为1‑2h。

5.根据权利要求1所述的一种超薄热管的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中压力整形的压力为4‑5KPa。

说明书

一种超薄热管的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及热管技术领域，更具体的说是涉及一种超薄热管的制备方法。

背景技术

[0002] 在实际生产应用中，把整体厚度低于2mm的热管统称为超薄热管，包括一维热管和均热板。目前，超薄热管已在智能手机、平板电脑、手提电脑和智能手表等移动电子设备中
得到广泛应用。近年来，由于移动互联网领域的迅速发展，人们对智能手机和平板电脑等移
动智能设备的需求量急剧增加，同时对移动设备的性能及便携性提出了新的要求，这加快
了其向高性能化与轻薄化的发展，但也产生了一系列的散热问题。热管的超薄化发展是解
决轻薄型电子设备在狭小空间内的散热问题的有效手段，是热管技术发展的必然趋势。因
此制造具有高导热率、高冷却能力、高稳定性以及高塑性的超薄散热器件对于电子元器件、
电力、石油、化工、冶金等相关领域的应用具有极为重要现实意义和应用价值。

[0003] 根据华南理工大学汤勇教授《超薄微热管的研究现状及发展趋势》的论述，超薄热管的稳定工作依赖于液体在吸液芯内的渗透回流快慢以及吸液芯提供的毛细压力，吸液芯
的渗透率和毛细压力是影响超薄热管传热性能及传热极限最主要的两个性能参数。吸液芯
作为超薄热管的核心部件，是决定热管传热性能最为关键的因素。因此，根据吸液芯的不同
结构类型，可将其分为三大类：烧结吸液芯结构、沟槽吸液芯结构和复合吸液芯结构。目前
制备不同吸液芯结构的具体方法主要有真空镀膜、高速旋压拉削成形、犁削‑拉压成形、化
学刻蚀、电火花加工、粉末烧结、丝网烧结、丝网覆盖沟槽吸液芯等等。在现有技术下，烧结
吸液芯结构微热管的最小厚度为0.4mm，沟槽形吸液芯结构的超薄热管研制的最低厚度大
小是0.3mm，复合吸液芯结构超薄热管的厚度小于1mm。

[0004] 但是，现有的超薄热管的制备方法还存在很多不足之处，导致具有高散热和超薄特性的热管制造受到很大的制约，难以进行工业化推广。其主要体现在以下几个方面：

[0005] ①表面强度低，容易产生裂纹或微结构脱落；

[0006] ②工艺较复杂，制造成本较高；

[0007] ③制造效率低，不适用于大批量制造或有效地应用；

[0008] ④工艺柔性差，难以加工不同厚度需求的吸液芯或不能很好的控制加工参数与加工表面质量之间的关系。

[0009] 近些年微电铸作为一种全新的微细加工技术，已经广泛应用于微型器件的制作，可以利用电铸在模具电极表面复制出高精度，致密性高、超薄的具有亚微米级的细微结构
表面。然而，利用电铸成形技术制造高性能的超薄热管还没有相关报道。

[0010] 因此，如何提供一种提高生产效率并能够控制加工厚度的高性能的超薄热管的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

[0011] 有鉴于此，本发明提供了一种具有高性能的超薄热管的制备方法

[0012] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超薄热管的制备方法，包括以下步骤：

[0013] (1)定制：根据对超薄热管的需求，选择热管的材质，并设计热管的尺寸和轮廓；根据热管的材质、尺寸和轮廓设计模具电极的材质、尺寸和轮廓；同时根据对超薄热管内表面
结构的需求设计模具电极的表面微结构；

[0014] 根据设计的模具电极，将热管通过机械加工或特种加工技术切割成所需的尺寸和轮廓形状；并在热管上加工成具有微结构的模具电极，备用；

[0015] (2)在电铸盐溶液中加入散热型粉末搅拌均匀，得到电铸液备用；

[0016] (3)将所述模具电极夹在电解槽上，并向电解槽中倒入所述电铸液，设置电铸参数并采用三电极电源进行电铸加工，得电铸层；

[0017] (4)将电铸层取下，并用丙酮、酒精和去离子水依次清洗10分钟、烘干、刻蚀获得与模具电极形状及尺寸相同的具有微结构的金属薄膜；

[0018] (5)将金属薄膜折叠，并沿边缘焊接得到具有焊接缺口的热管；

[0019] (6)将热管压力整形，并从焊接缺口处对热管内腔抽真空，抽真空完毕后填充冷却液，将焊接缺口密封得到超薄热管。

[0020] 本发明有益效果：本发明采用电铸的方式制备具有表面微结构的金属薄膜，并使其具有良好的渗透回流特性；并将散热型粉末引入电铸成形工艺中，使其与电铸层形成复
合材料薄膜，进一步增加金属薄膜的表观比面积和导热性；通过控制电铸加工参数，灵活的
控制超薄散热管的厚度；能够通过设计模具电极的尺寸及轮廓，获得不同尺寸和形状的热
管或均热板，并且适用于大批量工业化生产。

[0021] 优选地，在热管上加工方式可以采用电火花线切割、精密磨削工艺或单点金刚石车削方式。本发明中的加工方式不限于上述方式。

[0022] 采用电火花线切割适合小批量、开关复杂零件、单件和试制品的加工，且加工周期短，不需要特定形状，可节约电极的设计、制造费用；采用精密磨削工艺切削速度要非常高，
保证工件表面上的残留面积小，从而获得极小的表面粗糙度；采用单点金刚石车削提高了
光学零件面形精度并获得极小的粗糙度。

[0023] 优选地，所述步骤(2)中，电铸盐溶液包括：

[0024] 选择铜为电极材料时，五水硫酸铜的质量与浓硫酸的体积、浓盐酸的体积比例为100g:10mL:0.1mL；电铸盐溶液的具体操作为：将五水硫酸铜、浓硫酸及浓盐酸搅拌均匀并
加入去离子水得到电铸盐溶液。

[0025] 选择镍为电极材料时，将350g氨基磺酸镍、10g氯化镍、35g硼酸与去离子水得到电铸盐溶液；电铸盐溶液的具体操作为：在氨基磺酸镍、氯化镍、硼酸中加入去离子水得到电
铸盐溶液。

[0026] 优选地，步骤(2)中，所述散热型粉末为石墨烯和/或碳纳米管，所述散热型粉末的质量与电铸液的体积比为10mg:500mL。

[0027] 采用上述的有益效果：为了得到力学性能好及高散热性能的铸层，将同时具有增强剂和导热效果的散热型粉末引入到电铸液中，使粉末在超声搅拌下与金属原子一同堆积
在芯模表面，进一步增强了铸层的力学性能和导热性。与此同时，散热型粉末混合在金属原
子铸层改善了金属的内应力。

[0028] 优选地，所述步骤(2)中，所述搅拌时间为20‑30min，搅拌温度为23‑30℃。

[0029] 更加优选地，采用超声波搅拌，搅拌频率为19‑20KHz

[0030] 优选地，步骤(3)中，所述电铸参数根据选择的热管设定。

[0031] 优选地，所述步骤(3)中，采用三电极电源进行电铸加工具体的为：将模具电极接为工作电极，将铜作为对电极，将硫酸亚汞作为参比电极。对电极不限于采用铜电极。

[0032] 优选地，步骤(4)中，所述烘干温度为80‑100℃，烘干时间为1‑2h。

[0033] 优选地，步骤(6)中，所述压力整形的压力为4‑5KPa。所述抽真空至压力为10‑2Pa

[0034] 采用上述的有益效果：采用压力整形能够使精度高、操作条件好、生产率高，易于实现大批量工业化生产。

[0035] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种超薄热管的制备方法，①能准确复制出芯模表面精度达到纳米级的细微特征且制备出低于0.3mm的超
薄热管；②可以加工传统技术难以加工的零件；③可以实现自动化生产，全面提高生产效
率；④可以加工不同厚度的零件表面；⑤能够通过设计模具电极的尺寸及轮廓，获得不同尺
寸和形状的热管或均热板，并且适用于大批量工业化生产；⑥可以加工出组织比传统铸造
材料致密的零件，且其组织结构的可变性强；⑦工艺相对简单，设备成本较低；可在同一设
备上，采用不同的电极和电铸液制备铁、镍等不同材料的热管，工艺灵活性强。

附图说明

[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。

[0037] 图1附图为本发明提供的热管的结构示意图；

[0038] 图2附图为本发明提供的热管的横切面的示意图；

[0039] 图3附图为本发明提供的模具电极和金属薄膜示意图；

[0040] 图4附图为本发明提供的步骤(6)的示意图；

[0041] 其中，1‑热管，2‑模具电极，3‑金属薄膜，4‑焊接缺口，5‑焊接痕迹。

具体实施方式

[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0043] 实施例1

[0044] 制备厚度为0.2mm的超薄铜热管：

[0045] 步骤(1):①选择热管1材料为铜，设计热管1为(如图1所示)所示形状，其尺寸为100×100×0.2mm(图1中A‑A)；

[0046] ②根据热管1的材质、尺寸和表面轮廓，选择待加工模具电极为钛合金材质，表面的轮廓直径为Φ200mm，在平面(如图2所示)轮廓中划出一个面积为120×120mm的矩形区域
作为轮廓结构加工区域；

[0047] ③根据设计的热管1的内表面结构，设计模具电极2的表面微结构为宽60μm，深30μm，间隔60μm的微沟槽。

[0048] ④根据步骤②，将钛棒利用机械加工技术加工成Φ200×300mm的块体电极，其中Φ200mm的面为电极加工面；

[0049] 根据步骤③，将待加工电极装夹在慢走丝线切割机床上，电火花线切割黄铜丝直径为30μm，设定线切割加工参数(脉宽0.5μs、脉间2μs)，将电极加工面切割出间距60μm，深
30μm的沟槽，得到具有微结构的模具电极2，备用；

[0050] 步骤(2):将100g五水硫酸铜、10mL浓硫酸、0.1mL浓盐酸与去离子水完全混合配置500mL电铸盐溶液；然后往配置好的电铸盐溶液里加入10mg的石墨烯，并利用超声波搅拌机
将其搅拌均匀。

[0051] 步骤(3):将步骤(1)中制备的模具电极2装夹在电解槽上，将电极接为工作电极，用铜作为对电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，并将配置好的电铸液倒入电解槽中，设置电
铸电流为‑30mA，进行电铸加工2h；

[0052] 步骤(4):将步骤(3)中电铸加工后的电铸层取下并进行超声清洗和烘干，采用盐酸进行刻蚀获得与模具电极2形状及尺寸相同的具有微结构的金属薄膜3；(如图3所示)

[0053] 步骤(5):将步骤(4)中得到的具有微结构的金属薄膜3折叠，沿边缘焊接得到具有焊接缺口4及焊接痕迹7的热管；

[0054] 步骤(6)：将步骤(5)中得到的具有焊接缺口的热管在5KPa的压力下进行压力整形，然后从焊接缺口处将热管内腔中抽真空(箭头相对于超薄热管向外的方向表示在焊接
缺口处抽真空)并填充冷却水(箭头朝向超薄热管的方向表示在焊接缺口处填充冷却水)，
将焊接缺口密封得到厚度为0.2mm的超薄热管。(如图4所示)

[0055] 实施例2

[0056] 制备厚度为0.2mm的超薄镍热管，制备方法同实施例1，与实施例1不同之处为：将350g氨基磺酸镍、10g氯化镍、35g硼酸与去离子水完全混合配置1000mL电铸盐溶液。

[0057] 本发明中的工艺可在同一设备上，采用不同的电极和电铸液制备铁、镍等不同材料的热管，工艺灵活性强。

[0058] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。

[0059] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。