微热管的灌注抽真空制造技术(3)

　　将上述各项参数代入式(1)～(13)，可得表4 结果。根据图4 低真空部分，采用德国TRIVAC 机械真空泵D8C 搭建一次除气系统；根据图3 原理搭建二次除气系统。通过p1 值控制一次除气时间，试验表明该时间比单纯利用式(6)理论计算的时间跨度要长，一般在0.5 s。这主要是由于气体的扩散速度小于真空泵的抽速所引起，为此有必要引入修正系数k 。制作的微热管集气段和成品如图6 所示。

表4 微热管集气段长度和额外灌注量　　图6 灌注抽真空法制作的热管

2.2、微热管性能测试平台

　　如图7，测试系统主要由三部分组成：加热部分，在微热管蒸发段缠绕电阻丝加热的方法模拟芯片发热，该段长度为50 mm，通过调整TPR-12003D数字显示直流稳压电源参数来实现热流量变化，其大小利用WM-02 瓦特计测量；冷却部分利用THYD-0506 数控低温恒温槽产生低温恒温循环水实现微热管冷却，水温为23 ℃±0.05 ℃，该段长度为80 mm；温度测量部分利用OMEGA-K 型热电偶测量，安捷伦数据采集仪34970A 采集数据到个人PC，然后进行相应的处理。为了保证数据的稳定与准确性，每改变一个热流量，测试时间为3～5 min，直到数据稳定后才记录相关热流量。图7 中， θc 为冷凝段温度， θe 为蒸发段温度。

图7 微热管传热性能测试系统

2.3、微热管性能分析

　　通常情况下，根据微热管的等温特性和热阻来评判热管的传热功率是否在允许范围之内，CHRISTINE 等认为如果微热管蒸发段和冷凝段两段的温差超过5 ℃，则该微热管失效。SAUCIUC等认为如果系统的热阻超过传统空气强制对流的极限(0.15 ℃/W)时，则需要微热管进行热传导。采用灌注抽真空技术，图8 显示充液量为0.47 mL时微热管的性能。试验发现，输入热流量为5 W 时，微热管蒸发段和冷凝段之间的温差小于0.5 ℃。当输入热流量增加到10 W 时，微热管的加热段和冷凝段的温差迅速扩大到2 ℃以上，热阻超过0.2 ℃/W，且出现很大的波动，温差随着时间的推移不停的扩大，无法达到一个稳定的状态，热管失效。

图8 充液量0.47 mL 时灌注抽真空技术制造的微热管性能　　图9 充液量为1 mL 时灌注抽真空技术制造的微热管性能

　　图9 为工质灌注量增加到1.0 mL 时的微热管性能，可以看出其最大热流量达到65 W。对比图8 和图9，可以看出，增加额外充液量0.53 mL 后，微热管的性能提高了12 倍。这主要是由于充液量为0.47 mL 时，采用灌注抽真空工艺，大量的工质被抽离，微热管工作时因工质不足而出现了干涸。

　　上述试验结果表明，采用灌注抽真空技术制作微热管时，需要考虑额外灌注量，此时制造的微热管与抽真空灌注技术性能相当，从而证实了采用灌注抽真空方式制作微热管的可行性。

3、结论

　　(1) 采用灌注抽真空技术制造微热管，需要预先在壁壳尾端预留集气段。为了防止工质完全被抽离，一次抽真空时的压强为该温度下工质饱和蒸气压之上50～200 Pa。在一次除气后引入二次除气，加热蒸发段，充分冷却冷凝段，经过一段时间，利用封口装置将集气段从微热管工作段去除。利用该方法制作的微热管性能可以满足微热管制造技术的需求。

　　(2) 灌注抽真空技术制造微热管使用的设备抽真空灌注技术相比，仅需要低真空部分，设备结构简单，制造速度快，然而原材料成本有一定程度的增加。

　　(3) 灌注抽真空技术制造微热管，工质相比抽真空灌注技术需要引入额外充液量，其数值的大小主要与真空泵抽速、制造环境温度、微热管尺寸、工质的物理性质等有关。

　　(4) 采用灌注抽真空技术，引入额外充液量制造的铜—水沟槽式微热管性能相比未引入额外充液量的提高了12倍。