基于生物医疗领域的微细热管旋压拉拔复合成形及作用机理

In this project the micro-grooved heat pipe with outer diameter less than 3 mm is developed for surgical thermal management. The coupling design method of micro-grooved heat pipes is investigated associating with the heat transfer performance,dimensions and groove structure. The compound spinning and sinking manufacture technique is developed for the efficient and economical manufacture of the micro-grooved copper pipe. To optimize the composite process of forming technique, the optimal design theory is presented. To reveal the mechanism of spinning-drawing composite forming technique, morphological characterization, numerical analysis, microscopic observation and performance test are performed. In the last， the packaging technique of the micro heat pipe is studied and a complete design theory and manufacture method for the high-performance micro heat pipe are presented. This project will provide high-performance heat transfer components for the advanced medical equipment in China and promote the development of relevant industries.

针对生物医疗领域中现有高频电外科手术设备的热控制难题，开展高效热控器件沟槽式微细热管（直径小于Φ3mm）的研究；以微细沟槽结构主动设计为突破口，实现微细沟槽式热管传热性能、外形尺寸和沟槽结构的耦合设计；结合高速充液旋压与多道空管拉拔技术的优点，采用旋压拉拔复合成形技术，实现微细内沟槽铜管的高效经济制造；以优化设计理论为工具，实现复合成形技术工艺、成本、效率的优化设计与匹配；通过形貌表征、数值分析、微观观察和性能测试等手段，揭示旋压拉拔复合成形技术的成形机理，研究加工过程中沟槽几何参数和表面形貌的变化规律及其对微细热管性能的影响；探索微细热管的封装工艺，制成不同规格沟槽式微细热管样品，完成微细热管在高频电手术刀上的整合。为我国先进医疗设备提供具有核心自主知识产权的传热元器件，促进相关新兴产业的发展。

本项目针对生物医疗领域，特别是高频外科手术刀热控制难题，围绕基于旋压拉拔复合成型微细热管的制造难题，针对最为核心的微沟槽毛细吸液芯结构开展了相关制造技术及基础理论研究；研究在微沟槽极端条件下塑性成形机理，分析具有多尺度表面结构毛细芯毛细性能及传热特性。针对旋压拉拔过程中金属成型特性，首先研究了犁切-挤压过程中的金属流动，耦合分析金属流场、应力场和切削力场与加工参数之间的关系；进一步研究了微细热管封装工艺，探讨毛细结构与封装工艺参数对热管启动性能、传热性能及极限功率等关键表征参数的影响。提出强化复合吸液芯的制造方法，采用烧结铜粉法获得多孔-沟槽复合毛细芯；研究了沟槽多孔复合毛细芯微细热管热质输运特性，得出复合吸液芯沟槽结构及多孔层结构的优化方法。本项目实现了微热管沟槽式毛细芯旋压-拉拔复合成型，并建立了一套成熟的毛细芯成型、热管封装和性能表征体系，为解决医疗领域热控难题提供了核心技术，同时在航空航天、能源以及石油化工等领域具有广泛的应用前景，对相关产业技术升级和发展提供强有力支持。