高温热管制备方法及高温热管

技术领域

本申请涉及高温热管技术领域，尤其是涉及高温热管制备方法及高温热管。

背景技术

高温热管是一种高效传热元件，其为了满足空间技术的需要，被应用在航天、航空领域里，尤其是作为飞行器的散热元件。高温热管的原理是利用封闭在管内的特定工质反复进行物理相变或化学反应来传递热量，从而实现导热降温。

其中，高温热管能够利用工作流体的蒸发与冷凝，对热量进行高效快速地传输。现有的高温热管技术，主要使用耐高温金属，如不锈钢、铬镍合金、哈氏合金等作为壳体材料。然而，高温会使现有的金属热管发生形变，影响飞行器的正常飞行。另外，现有高温热管使用的合金壳体材料，有熔毁的风险。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种高温热管制备方法，工作流体经蒸发部到底盖之间循环流通传导热量，通过多孔毛细芯运输工作流体，加速了工作流体的流通速率，提高了导热效率，降低了影响飞行器正常飞行的概率，且本申请的高温热管选用碳化硅为材料，碳化硅熔点和硬度均更加可靠，降低了高温热管形变和熔毁的风险。

本申请还提出应用于上述高温热管制备方法制备的一种高温热管。

根据本申请第一方面实施例的高温热管制备方法，包括步骤：使用碳化硅材料加工外壳；在所述外壳的内表面堆积碳化硅，烧结出多孔毛细芯；使所述多孔毛细芯吸收工作流体。

根据本申请的高温热管制备方法，至少具有如下有益效果：通过工作流体经壳体的蒸发部蒸发，再到底盖冷凝，实现了热量的传递，冷凝的工作流体通过多孔毛细芯回到蒸发部，工作流体循环流通传导热量，实现散热，多孔毛细芯加速了工作流体的流通速率，提高了导热效率，增强了散热性能，降低了影响飞行器正常飞行的概率，且高温热管选用碳化硅为材料，碳化硅熔点和硬度均更加可靠，降低了高温热管形变和熔毁的风险。

在一些实施例中，所述烧结出多孔毛细芯，还包括步骤：

在所述烧结出所述多孔毛细芯后，使用激光发射器扫描所述多孔毛细芯的表面，烧蚀形成槽道。

在一些实施例中，所述加工外壳，包括步骤：

加工壳体和底盖；

在所述壳体或所述底盖上安装充液管。

在一些实施例中，所述多孔毛细芯包括蒸发部和冷凝部，所述高温热管制备方法还包括步骤：

制备毛细柱；

所述烧结出多孔毛细芯后，将所述毛细柱连接所述蒸发部和所述冷凝部。

在一些实施例中，还包括步骤：

在所述使所述多孔毛细芯吸收工作流体后，密封所述充液管。

根据本申请第二方面实施例的一种高温热管，由上述所述的高温热管制备方法制备而成，包括：壳体和底盖，所述壳体和所述底盖限定形成密封的容纳腔，所述容纳腔用于容置工作流体，所述壳体和所述底盖的内壁设有所述多孔毛细芯，所述多孔毛细芯用于吸收和流通所述工作流体，所述多孔毛细芯包括蒸发部和冷凝部；

其中，所述工作流体能够在所述蒸发部蒸发为气体，在所述冷凝部冷凝并经所述多孔毛细芯流回所述蒸发部。

根据本申请第二方面实施例的一种高温热管，至少具有如下有益效果：通过工作流体经壳体的蒸发部蒸发，再到底盖冷凝，实现了热量的传递，冷凝的工作流体通过多孔毛细芯回到蒸发部，工作流体循环流通传导热量，实现散热，多孔毛细芯加速了工作流体的流通速率，提高了导热效率，增强了散热性能，降低了影响飞行器正常飞行的概率，且高温热管选用碳化硅为材料，碳化硅熔点和硬度均更加可靠，降低了高温热管形变和熔毁的风险。

在一些实施例中，所述壳体或所述底盖中的一个设有充液管，所述充液管连通所述容纳腔和所述高温热管的外部，所述充液管用于向所述容纳腔注入所述工作流体。

在一些实施例中，所述多孔毛细芯远离所述容纳腔的内壁的一侧设有槽道。

在一些实施例中，所述壳体和所述底盖限定形成密封的锥体容纳腔。

在一些实施例中，所述壳体和所述底盖限定形成密封的长方体容纳腔。

在一些实施例中，所述高温热管包括毛细柱，所述毛细柱连接所述底盖和所述蒸发部。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请第一方面实施例的高温热管制备方法的流程图；

图2为图1中S100的流程图；

图3为图1中S200的流程图；

图4为本申请第一方面实施例的高温热管的结构示意图；

图5为图4中壳体的结构示意图；

图6为图4中底盖的结构示意图；

图7为另一种实施例的高温热管的结构示意图；

图8为图7中高温热管的剖视图。

附图标记：壳体100，蒸发部110，冷凝部120，底盖200，容纳腔300，多孔毛细芯400，槽道410，充液管500，毛细柱600。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

图1为本申请第一方面实施例的高温热管制备方法的流程图；图2为图1中S100的流程图；图3为图1中S200的流程图；图4为本申请第一方面实施例的高温热管的结构示意图；图5为图4中壳体的结构示意图；图6为图4中底盖的结构示意图；图7为另一种实施例的高温热管的结构示意图；图8为图7中高温热管的剖视图。

参照图1、图4至图8。本申请第一方面实施例提供了一种高温热管制备方法，包括步骤：

S100：加工外壳。使用碳化硅材料加工外壳。

S200：烧结多孔毛细芯400。在壳体100的内表面和底盖200的内表面推积碳化硅，随后将堆积有碳化硅颗粒的壳体100和底板置入箱式炉中进行反应烧结，在1520℃保温3h，形成多孔结构的多孔毛细芯400，其中多孔毛细芯400的结构提高了工作流体的流通的速率，以及提高了对工作流体的吸收能力。具体地，在一些实施例中，多孔毛细芯400的厚度范围为0.4mm至3.5mm。

S300：吸收工作流体。将工作流体在950℃下通过充液管500注入容纳腔300，工作流体被吸入到多孔毛细芯400中。具体地，在一些实施例中，工作流体为铷、钾、钠、锂、镍、铌、铊中的任意一种。

通过工作流体经壳体100的蒸发部110蒸发，再到底盖200冷凝，实现了热量的传递，冷凝的工作流体通过多孔毛细芯400回到蒸发部110，工作流体循环流通传导热量，实现散热，多孔毛细芯400方便将冷凝后的工作流体输运回蒸发部110，加速了工作流体的流通速率，提高了导热效率，增强了散热性能，降低了影响飞行器正常飞行的概率。

其中，高温热管能够利用工作流体的蒸发与冷凝，对热量进行高效快速地传输。现有的高温热管技术，主要使用耐高温金属，如不锈钢、铬镍合金、哈氏合金等作为壳体100材料。然而，高温会使现有的金属热管发生形变，影响飞行器的正常飞行。另外，现有高温热管使用的合金壳体100材料，有熔毁的风险。因此，本申请的高温热管选用碳化硅为材料，碳化硅熔点和硬度均更加可靠，降低了高温热管形变和熔毁的风险。其中，碳化硅材料可以是3C型碳化硅、4H型碳化硅、6H型碳化硅或15R型碳化硅中的一种。

参照图2和图4至图8。具体地，在一些实施例中，S100加工高温热管，包括步骤S110：加工壳体100和底盖200。选用碳化硅板为壳体100的材料，使用钻头在碳化硅板上加工出容纳腔300。选用碳化硅板为底盖200的材料，加工出与壳体100适配的大小尺寸的底盖200。

更具体地，在一些实施例中，在S110加工壳体100和底盖200后，还包括步骤S120：安装充液管500。在壳体100或底盖200上安装充液管500。更具体地，在一些实施例中，在底盖200的中心或者中心附近的位置加工出贯穿孔，贯穿孔上安装充液管500，为后面的步骤S300吸收工作流体的注入工作流体步骤做准备。充液管500的位置不限定于此，还可以在壳体100的外壁加工出贯穿孔，贯穿孔上安装充液管500。更具体地，在一些实施例中，充液管为耐高温金属管或者耐高温合金管，例如钨管或者镍基高温合金等。

参照图3和图4至图8。具体地，在一些实施例中，S200烧结多孔毛细芯400，还包括步骤S210：烧蚀槽道410。使用激光发射器扫描多孔毛细芯400的表面，烧蚀形成均匀整齐的槽道410。槽道410提高了多孔毛细芯400的渗透率，提升了工作流体的输运能力。更具体地，在一些实施例中，选用的激光发射器的功率为15W至110W，扫描速度为2mm/s至5mm/s，扫描间隙为200μm到850μm。

具体地，在一些实施例中，多孔毛细芯400包括蒸发部110和冷凝部120，高温热管制备方法还包括步骤S220：制备毛细柱600。将碳化硅颗粒与粘结剂混合均匀，制备成碳化硅浆料，将浆料倒入圆柱形模具中，待模具中的浆料干燥后，取出放于箱式炉中，在1460℃保温1.5h，得到毛细柱600。步骤S230：安装毛细柱600。将毛细柱600连接蒸发部110和冷凝部120。更具体地，在一些实施例中，为适应高超声速飞行器的气动布局，高温热管的形状改动为长方体，为便于工作流体的运输，制备毛细柱600连接壳体100和底盖200，便于底盖200的工作流体通过毛细柱600输送至壳体100，提高了对工作流体的运输能力，加强了导热的效率。

更具体地，在一些实施例中，S230安装毛细柱600步骤需在S200烧结多孔毛细芯400之后进行，在另一些实施例中，当高温热管同时设有毛细柱600和槽道410时，S230安装毛细柱600步骤需在S210烧蚀槽道410之后进行。

参照图1和图4至图8。具体地，在一些实施例中，在S200烧结多孔毛细芯400之后，还包括步骤S400：装配密封。将壳体100与底盖200装配到一起，其接触面上置入硅酸盐浆料，待浆料干燥后，将装配好的壳体100与底盖200加热至1320℃保温20min，壳体100与底盖200的接触面会形成熔融的硅酸盐玻璃，完成密封，保证了密封的可靠性。密封方式不限定于此，还可通过在底盖200与壳体100的接缝处设置密封圈、在底盖200与壳体100的接缝处涂密封胶等方式实现密封。

具体地，在一些实施例中，在S300吸收工作流体后，还包括步骤S500：密封充液管500。将高温热管内部的空气抽出，使得高温热管内部的压强保持在10Pa量级，维持15min，随后将充液管500弯折压平，密封充液管500。密封方式不限定于此，还可通过在充液管500的管口涂密封胶等方式实现密封。

参照图4至图8。本申请第二方面实施例提供了一种高温热管，由上述的高温热管制备方法制备而成，包括壳体100和底盖200，壳体100和底盖200限定形成密封的容纳腔300，壳体100和底盖200的内壁设有多孔毛细芯400，多孔毛细芯400用于吸收和流通工作流体。多孔毛细芯400包括蒸发部110和冷凝部120。其中，工作流体经蒸发部110蒸发为气体，在冷凝部120冷凝经多孔毛细芯400流回蒸发部110。具体地，在一些实施例中，多孔毛细芯400的厚度为0.4mm至2.5mm。

在高超声速飞行器的飞行过程中，蒸发部110设置于高温热管中温度较高的位置，多孔毛细芯400的蒸发部110的温度随高温热管的外壳的温度升高，蒸发部110的多孔毛细芯400中的工作流体蒸发，由液态变为气态，带走了蒸发部110的热量。蒸发后的气态工作流体扩散到冷凝部120冷凝，释放出热量，由气态变为液态，实现了热量的传递，在冷凝部120冷凝形成的液态的工作流体再通过多孔毛细芯400回到蒸发部110，继续完成下一轮传热循环，工作流体循环流通传导热量，实现散热，多孔毛细芯400加速了工作流体的流通速率，提高了导热效率，增强了散热性能，降低了影响飞行器正常飞行的概率，且高温热管选用碳化硅为材料，碳化硅熔点和硬度均更加可靠，降低了高温热管形变和熔毁的风险。

具体地，在一些实施例中，壳体100或底盖200中的至少一个设有充液管500，充液管500连通容纳腔300和外壁，用于注入工作流体。更具体地，在一些实施例中，充液管500设置在底盖200的中心或者中心附近的位置，充液管500的位置但不限定于此，还可以在壳体100的外壁加工出贯穿孔，贯穿孔上安装充液管500。

具体地，在一些实施例中，多孔毛细芯400远离容纳腔300的内壁的一侧设有均匀整齐的槽道410。其中，当注入工作流体时，槽道410提高了多孔毛细芯400的渗透率，利于多空毛细芯吸收工作流体。且当工作流体在蒸发部110汽化之后，于冷凝部120冷凝变为流体，重新流回蒸发部110时，提升了工作流体的输运能力，加快了工作流体的运输速率。

具体地，在一些实施例中，参照图4至图6，壳体100和底盖200限定形成密封容纳腔300为锥体。其中，该碳化硅高温热管凭借其优异的等效热导率、耐高温特性，既可以直接置于高超声速飞行器的头部，作为飞行器的头部，也可以安装在飞行器头部内侧，加速散热，降低飞行器头部温度。其中，具体地，在一些实施例中，充液管500设置在底盖200。

参照图7至图8。其中，为适应高超声速飞行器的气动布局，形状可以进行改动。具体地，在一些实施例中，壳体100和底盖200限定形成密封的容纳腔300为长方体。更具体地，在一些实施例中，容纳腔300的深度为1mm至8mm，宽度为50mm至850mm，长度为50mm至1500mm。由于锥形容纳腔300的高温热管在使用中温度较高的部位位于其尖端，设置于尖端的蒸发部110体积较小，对工作流体的需求量也较小，通过设置于壳体100的内壁的多孔毛细芯400即可满足蒸发部110的供液需求，然而长方体容纳腔300的高温热管在使用中温度较高的部位面积较大，其蒸发部110的体积也较大，对工作流体的需求量更大，为提高对工作流体的运输能力，加强导热的效率，具体地，在一些实施例中，高温热管包括毛细柱600，毛细柱600连接冷凝部120和蒸发部110。更具体地，在一些实施例中，毛细柱600的直径为0.5mm至6mm，其高度与容纳腔300的深度保持一致。其中，具体地，在一些实施例中，充液管500设置在壳体100的侧壁。但不限定于此，具体地，在一些实施例中，锥体容纳腔300内也可设置有毛细柱600，毛细柱600连接蒸发部110和冷凝部120，更好地提高了运输工作流体的效率。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。