多尺度复杂毛细吸液芯烧结成形机理与性能分析

针对电子产品狭小空间高热流密度热控制对高性能微热管的迫切需求，本项目提出一种在微小型铜管内壁烧结铜粉+铜纤维的方法以制造复杂吸液芯微热管，所成形的复杂吸液芯结构具有多尺度多维数特征，能大大提高微热管的传热性能，增强吸液芯与管壁的黏结力等。项目主要研究复杂吸液芯结构的形貌表征及拓扑优化设计，探索烧结成形过程中的铜粉、铜纤维、时间、温度、应力等多参数之间的耦合机制与演变规律，建立烧结模型。同时研究多尺度、多维数复杂吸液芯的传热传质机理，尤其对关键的毛细压力、回流阻力等的影响规律。为高性能复杂吸液芯微热管制造提供理论依据，实现由功能需求主动设计复杂吸液芯的结构参数和特征的目的，使我国在高集成度电子产品热控制领域关键的微热管制造技术与机理研究方面达到国际先进水平。

本项目研究了烧结粒径、充液率和真空腔厚度对普通铜粉烧结式微热管的影响，探讨了纤维烧结式微热管的传热性能，为多尺度毛细吸液芯相关参数的选取提供依据。针对电子产品狭小空间高热流密度热控制对高性能微热管的迫切需求，本项目提出一种在微小型铜管内壁烧结铜粉+铜纤维的方法制造复杂吸液芯微热管，所成形的复杂吸液芯结构具有多尺度多维数特征，能大大提高微热管的传热性能，增强吸液芯与管壁的黏结力等。探索烧结成形过程中的铜粉、铜纤维、时间、温度、应力等多参数之间的耦合机制与演变规律，建立烧结模型。研究复杂吸液芯结构的形貌表征及拓扑优化设计，对另外几种不同结构的新型复合式微热管包括：小沟槽新型复合吸液芯微热管、纤维+沟槽复合吸液芯微热管以及分段烧结吸液芯微热管的成形机理及性能进行了实验和分析。研究表明，纤维烧结式微热管的极限传递功率相对于普通铜粉烧结式微热管有所提高，但热阻及工作温度也较高；铜粉纤维复合吸液芯微热管中铜粉的形态、铜粉与纤维的比例、纤维的长度等因素都极大地影响微热管的性能；小沟槽新型复合式微热管中铜粉颗粒并无陷入沟槽内，与大沟槽的复合式微热管相比，工质回流更快，热管正常工作时，传热性能高，极限传递功率则与沟槽大小关系不大；纤维+沟槽结构的吸液芯能实现纤维的区域化分布，极大提高热管传热性能；分段烧结式微热管结合了烧结式热管的高毛细力和沟槽式热管的高渗透力两大优点，使得微热管传热性能明显优化。