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铜粉混合铜纤维微热管的制造工艺及其传热性能分析

李鹏芳  
【摘要】:微热管已经成为电子器件导热的理想元件,但随着电子芯片不断高功率化和小型化的发展,使得电子产品对微热管的传热性能提出了更高的要求。微热管主要由管壳、吸液芯和端盖组成,其中决定微热管性能的是吸液芯。因此,本文提出了一种新型的由铜粉混合铜纤维烧结而成的吸液芯,该吸液芯具有双孔隙结构、孔隙率高和比表面积大等特点,解决了单一结构吸液芯毛细抽吸力提高的同时回流阻力增大的矛盾。因此,研究铜粉混合铜纤维微热管的制造工艺及其传热性能具有重大的现实意义。 本文探讨并优化了铜粉混合铜纤维微热管的整个制造工艺流程,采用振动填入法填入铜粉与铜纤维的混合物以获得均匀孔隙结构。并对吸液芯制造过程中的芯棒拔出力大小及其影响因素进行了详细的实验研究,实验表明:拔出力随吸液芯厚度的增加而增大,随烧结温度的升高而减小,在芯棒表面涂脱模剂是一种非常有效的减小拔出力的方法。 本文研究了铜粉混合铜纤维吸液芯的成型机理,可分为三个阶段:粘结阶段、烧结颈长大阶段和大孔隙柱面化阶段。并通过SEM图片研究了复杂吸液芯的微结构及铜粉形状、烧结温度、烧结时间和铜粉与铜纤维质量比对微结构的影响规律。且采用密度法测量了不同参数下铜粉混合铜纤维吸液芯的孔隙率,发现影响吸液芯孔隙率最主要的因素是铜粉形状,而其他参数的影响基本可忽略。 本文搭建了实验平台对所制备的微热管进行了传热性能测试,并采用最大传热功率、热阻、工作温度、两端温差来表示微热管的性能。实验结果表明:各结构参数对微热管最大传热功率的影响重要性依次为:铜粉形状、吸液芯厚度、纤维长度、铜粉与铜纤维质量比,而各参数对总热阻的影响则无一定的规律。对于各种类型铜粉混合铜纤维微热管,蒸发段温度和两端温差随着加热功率的增大而增大,总热阻除个别拐点外,亦随加热功率的增大而增大。工质量对微热管的传热性能有很大的影响,特别是存在着两个临界值:一个为干涸临界值,另一个为阻塞临界值。


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