【技術實現步驟摘要】
在本專利技術屬于物理、化學鍍膜以及粉末冶金制造，特別涉及一種基于鍍層金剛石的熱管結構及制備方法。
技術介紹
1、熱管作為一種無源傳熱設備，沒有額外耗能，同時傳熱效率高、結構緊湊，可根據工況對循環工質調整，如水、丙酮、甲醇，因其結構簡單，幾乎可以制備成任意形狀，故而使得熱管應用場景及其廣泛，涵蓋了電子設備冷卻、航空航天、太陽能集熱器、醫療設備、核能技術以及家用電器等諸多領域。
2、熱管的結構如圖1所示，普通熱管從結構上分為銅殼、毛細芯層、內部空腔并填充有換熱工質，常為去離子水，其中毛細芯層依次分布蒸發段（熱端）、中間段（工質輸送或絕熱段）和冷凝段（冷端）三部分，在熱端，熱量從外界穿過殼體、毛細芯傳遞至熱管內部，加熱管內液體工質從而使其氣化通過中間中空部分到達冷凝段，放出熱量液化，熱量仍需穿過毛細芯和殼體，最后液化后的液體經過毛細芯的毛細力運輸至蒸發段，完成工質與熱量的循環。
3、在熱端和冷端，熱量的傳遞需要先穿過銅殼和毛細芯層，進而實現熱量的交換，熱量傳遞過程的熱阻圖如圖2。由于價格低廉并且導熱性能較好，通常殼體和毛細芯采用銅、鋁等金屬材質，但隨著熱流密度的提高，由于燒結毛細芯的空隙和銅粉顆粒間的接觸熱阻，因此毛細芯整體熱導率仍有較大提升空間。
4、金剛石具有超高的熱導率（2200-2600?w/（m·k）），近年來，金剛石人工合成技術愈發成熟，人工金剛石顆粒的成本已經逐漸走低，當下工業應用已經具備競爭力。將熱端和冷端的銅毛細芯替換為金剛石毛細芯可以提高熱導率，提升熱端和冷端的換熱效率，可以大幅
5、公告號cn221811508u的技術公開了一種固定型含鍍層熱管，其技術方案要點包括：熱管，鍍層，焊料/反應性納米多層膜/焊料三明治涂層三部分，反應性納米多層膜在外加能量的誘導下可進行自蔓延反應，反應放熱瞬間可熔化釬料，直接實現熱管與熱管溝槽底面的連接；反應性納米多層膜的厚度較薄，其極快的降溫速度可保證熱管的結構不被破壞；通過將固定型含鍍層熱管固定于熱管溝槽底部，解決后續熱管散熱器焊接過程中熱管上浮問題，
6、然而對熱管的換熱效率未進行優化提升，對金剛石毛細芯和銅殼的一體式燒結未做研究，因此依然有待改進。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種基于鍍層金剛石的熱管結構及制備方法，提高熱管熱端和冷端的換熱效率，進而提高熱管的整體工作能力。
2、為解決以上技術問題，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種基于鍍層金剛石的熱管結構，包括銅層外殼、內部毛細芯層以及真空內腔，且依次布設蒸發段、絕熱段和冷凝段；
4、蒸發段和冷凝段的毛細芯層為雙鍍層金剛石燒結而成，中部絕熱段的毛細芯為銅毛細芯，且雙鍍層金剛石為先鍍鎢再鍍銅的雙鍍層。
5、一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，包括以下步驟：
6、（1）首先對金剛石進行清洗；
7、（2）在真空條件下對金剛石進行磁控鍍鎢，得到鎢鍍層金剛石；
8、（3）對步驟（2）得到的鎢鍍層金剛石進行熱處理，得到熱處理后的鍍鎢金剛石；
9、（4）用化學鍍方式在步驟（3）得到的鍍鎢金剛石上鍍覆均勻銅層，并使用還原性氣體進行還原，得到雙鍍層金剛石；
10、（5）將直徑略小于銅殼的圓形不銹鋼芯棒置于底端封口、頂端開口的銅殼正中心，環形間隙即為毛細芯燒結區域，依次在該區域中從底部至頂部填充雙鍍層金剛石、銅粉、雙鍍層金剛石，壓實，置于真空氣氛爐中一體化燒結，得到兩端為鍍層金剛石毛細芯、中間為銅毛細芯的熱管初步結構；
11、（6）對（5）得到的熱管初步結構，充入適量去離子水之后對其進行抽真空，將事先真備好的銅端蓋清洗干凈，并與開口端進行裝配，在連接間隙中填充釬焊焊料，升溫使其熔化，后緩慢降溫至室溫即可得到該新型熱管。
12、步驟（4）中，化學鍍工藝包括敏化-活化-化學鍍銅，
13、a、敏化
14、將步驟（3）熱處理后的鍍鎢金剛石置于sncl和hcl的混合溶液當中，并使用磁力攪拌器攪拌，使得sn2+沉積到金剛石表面；
15、b、活化
16、將敏化后的金剛石用去離子水沖洗后置于pdcl溶液中，并使用磁力攪拌器攪拌，其表面的sn2+可以將pd2+還原成pd原子沉積到金剛石表面；
17、c、化學鍍銅
18、將活化后的金剛石用去離子水沖洗干凈后置于鍍銅溶液當中，置換出銅，并根據稱重法計算化學鍍銅層厚度；
19、隨后將其置于氣氛爐中，通氮氫混合氣還原出表面少量氧元素。
20、步驟c中，所述鍍銅溶液中包括銅源cuso4溶液、還原劑hcho溶液和絡合劑edta，且溶液ph值為13±0.5。
21、步驟（5）中，銅粉粒徑為70/80目，真空氣氛爐一體化燒結溫度為750℃。
22、步驟（2）中，磁控鍍鎢時使用的磁控濺射儀配備有旋轉滾筒。
23、步驟（1）中，清洗時分別使用丙酮和無水乙醇超聲清洗，后使用去離子水沖洗干凈并烘干。
24、所述磁控濺射儀的功率為80w，溫度為300℃，旋轉滾筒的轉速為45rpm，時間360min，鍍覆的鎢鍍層厚度為200~300nm。
25、步驟（2）中，鍍鎢金剛石熱處理工藝參數設置為，升溫速度5℃/min，升溫至1050℃，保溫2h，之后降溫速度仍為5℃/min，降至300℃后隨爐冷卻至室溫。
26、步驟（1）中，金剛石采用河南黃河旋風hwd30金剛石，粒徑為70/80目。
27、本專利技術的有益效果是：
28、（1）本專利技術公開了一種基于鍍層金剛石的熱管結構及制備方法，熱管結構包括依次布設的蒸發段、絕熱段和冷凝段，且蒸發段和冷凝段的毛細芯為雙鍍層金剛石，中部絕熱段為銅毛細芯，且雙鍍層金剛石為先鍍鎢再鍍銅的雙鍍層金剛石；將熱管的熱端和冷端的毛細芯材質由銅更換為先鍍鎢再鍍銅的雙鍍層金剛石，通過金剛石的高熱導率可以使得熱端和冷端的毛細芯熱導率獲得大幅度提升，從而減小兩端的換熱熱阻，提升熱管與外界的熱交換能力，使得普通熱管的使用場景進一步拓寬。
29、（2）本專利技術利用高導熱金剛石毛細芯代替傳統銅毛細芯，使得熱管在熱端和冷端的熱導率大幅提升，強化了熱管的換熱效率；同時，針對金剛石毛細芯難以燒結的問題進行表面改性，在其表面鍍覆雙層鍍層，由于毛細芯最終需要與熱管最外層金屬銅殼燒結，因此金剛石最外層鍍層為銅鍍層，鑒于銅與金剛石難以潤濕的問題，首先對金剛石表面鍍鎢，再進行鍍銅可大幅度改善金剛石和銅的潤濕性，提高金剛石和銅鍍層的界面結合力，從而實現金剛石毛細芯及其與外層金屬銅殼的燒結，最終制備出更高換熱效率的新型熱管。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于鍍層金剛石的熱管結構，其特征在于：包括銅層外殼、內部毛細芯層以及真空內腔，且依次布設蒸發段、絕熱段和冷凝段；
2.基于權利要求1所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（4）中，化學鍍工藝包括敏化-活化-化學鍍銅，
4.根據權利要求3所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟c中，所述鍍銅溶液中包括銅源CuSO4溶液、還原劑HCHO溶液和絡合劑EDTA，且溶液pH值為13±0.5。
5.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（5）中，銅粉粒徑為70/80目，真空氣氛爐一體化燒結溫度為750℃。
6.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，磁控鍍鎢時使用的磁控濺射儀配備有旋轉滾筒。
7.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，清洗時分別使用
8.根據權利要求6所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：所述磁控濺射儀的功率為80W，溫度為300℃，旋轉滾筒的轉速為45rpm，時間360min，鍍覆的鎢鍍層厚度為200~300nm。
9.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，鍍鎢金剛石熱處理工藝參數設置為，升溫速度5℃/min，升溫至1050℃，保溫2h，之后降溫速度仍為5℃/min，降至300℃后隨爐冷卻至室溫。
10.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，金剛石采用河南黃河旋風HWD30金剛石，粒徑為70/80目。
...【技術特征摘要】
1.一種基于鍍層金剛石的熱管結構，其特征在于：包括銅層外殼、內部毛細芯層以及真空內腔，且依次布設蒸發段、絕熱段和冷凝段；
2.基于權利要求1所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（4）中，化學鍍工藝包括敏化-活化-化學鍍銅，
4.根據權利要求3所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟c中，所述鍍銅溶液中包括銅源cuso4溶液、還原劑hcho溶液和絡合劑edta，且溶液ph值為13±0.5。
5.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（5）中，銅粉粒徑為70/80目，真空氣氛爐一體化燒結溫度為750℃。
6.根據權利要求2所述的一種基于鍍層金剛石的熱管結構的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，磁控鍍...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李彬，張霖，王帥，方旭陽，吳佳璐，洪爭輝，
申請(專利權)人：鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：
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