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《华南理工大学》 2011年
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扁平热管微孔槽烧结复合吸液芯成形及传热性能研究

蒋乐伦  
【摘要】:随着电子芯片热流密度急剧增加及有效散热空间日益狭小,具有高导热率、高可靠性、热响应快、无需额外动力等特点的扁平热管已成为电子领域使用的理想导热元件。毛细吸液芯(简称吸液芯)是扁平热管的核心部件,提出了一种全新的复合吸液芯:微孔槽烧结复合吸液芯。微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管具有制造工艺简单、成本低、传热性能高、可产业化等优点。本文以微孔槽烧结复合吸液芯为研究对象,以微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管制造工艺为主线,通过实验测试,数值仿真,数学建模等方法研究微孔槽烧结复合吸液芯的成形机理及其扁平热管的传热性能。主要研究内容如下: (1)沟槽内烧结吸液芯固相烧结成形及参数优化 提出了沟槽内烧结吸液芯;采用固相烧结方法制造了沟槽内烧结吸液芯;提出了将吸液芯烧结制造工艺:还原除气阶段,烧结开始阶段,烧结保温阶段,烧结冷却阶段;探讨了烧结温度,烧结时间,烧结气氛等对沟槽内烧结吸液芯的影响;观察了沟槽内烧结吸液芯微观结构;研究了铜粉烧结多孔材料拉伸与压缩力学性能。结果表明:烧结温度提高,降低了吸液芯孔隙率,加大了径向收缩率及促进了烧结颈长大,烧结时间影响较小;氧化铜粉的烧结还原过程中易产生铜粉表面龟裂纹;烧结后,吸液芯晶粒长大,数目变少,晶界形状变简单;球形铜粉粒径对烧结多孔材料抗拉和抗压强度影响最显著。 (2)微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管加热相变压扁制造及参数优化 提出了微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管加热相变压扁制造新技术;理论分析了加热相变压扁制造过程中热管几何形状变化,内部蒸汽压作用机制及热管弹塑性大变形成形过程,并进行了实验测试。结果发现:相变压扁过程作用机制为饱和蒸汽压方程;相变压扁过程,热管几何形状变化很大,最大等效塑性应变主要发生在扁平段吸液芯/蒸汽界面上,并超出吸液芯极限抗拉强度;压扁温度480K时,压扁热管屈曲率微小;相变压扁力随压扁温度和压扁位移增大而增大。 (3)微孔槽烧结复合吸液芯结构成形、表征与性能研究 探讨了微孔槽烧结复合吸液芯微裂槽阵列的成形机理;对微孔槽烧结复合吸液芯结构进行了表征与实验分析;理论与实验分析了多孔吸液芯的亲水性、导热性及毛细性能。结果发现:微裂槽呈周期性轴向排列,并多发生于微齿顶端;铜粉粒径对微裂槽阵列结构影响最大,烧结温度,吸液芯烧结厚度也有较大影响;铜粉烧结多孔板在空气中表现为疏水性;多孔铜粉烧结芯的热导率随孔隙率的增大而降低;微孔槽烧结复合吸液吸液芯毛细提升速率随球形铜粉粒径增大而减少。 (4)微孔槽复合吸液芯扁平热管传热性能研究 测试了微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管的启动性能,等温性能;建立了微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管的极限传热模型和热阻网络模型,并进行了实验验证。结果发现:微孔槽烧结复合吸液芯扁平热管具有良好的启动性能和等温性能;吸液芯烧结厚度对热阻影响最大;球形铜粉粒径对极限功率影响最大,吸液芯烧结厚度与压扁高度也有较大影响,大粒径铜粉吸液芯易受重力影响。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN405

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