摘要：

5G 时代的到来，给科技产品带来了飞跃性发展的同时，也为电子产品带来了致 命性的问题—散热成为影响电子元器件的工作效率与工作寿命，电子元件的散热已经 刻不容缓，目前使用比较广泛的相变传热元件有热管、均热板等，均热板散热面积大、 散热高效，具有广阔的发展前景和应用前景。 本文通过烧结得到较薄的无蒸汽空间均热板，对泡沫铜吸液芯结构进行优化，对 泡沫铜的制备方法进行了详细的分析。烧结了蒸发端泡沫铜孔径大小 0.05mm、冷凝 端孔径大小为 0.50mm 的均热板，在该结构下烧结了充液量分别为 0.117g、0.208g、 0.321g 的三块均热板。确定了无蒸汽空间均热板的相关烧结参数以及制备工艺。通过 SEM 观测了泡沫铜的孔隙、骨架结构以及泡沫铜表面的微结构。测量计算了泡沫铜 的孔隙率以及烧结后的收缩率简化了无蒸汽空间均热板热阻模型。 利用组装的 9 种不同孔径大小的泡沫铜吸液芯组合的均热板进行风冷模块的实 验，每种泡沫铜吸液芯结构均热板均制备了三种不同充液量（0.10g、0.20g、0.30g）， 工质为去离子水。搭建均热板风冷测试平台，在三块不同热源面积（20mm×20mm、 30mm×30mm、40mm×40mm）的工况下进行测试。由于 VC 组 4（蒸发端泡沫铜孔径大 小 0.05mm、冷凝端孔径大小为 0.50mm 的组装样品）蒸发端均温性良好，其热阻在 不同充液量下依次从高到低为 0.30g>0.10g>0.20g，在充液量为 0.20g，Q=50W 时热阻 达到了最低，达到了 0.046℃/W，其最大输入功率达到了 65W，VC 组 2热阻最低仅达 到了 0.188℃/W，是 VC 组 4 的 4.3 倍。无水乙醇热阻最低仅达到了 0.14℃/W，是去离 子水的 3 倍，去离子水在无蒸汽空间均热板中散热性能更佳。 在风冷系统的基础上设计了水冷式传热性能测试装置。在 4 种冷却水温（T 水=20℃、 30℃、40℃、50℃）对 3 种充液量无蒸汽空间均热板样品进行测试，测试了在不同温 度冷却水、不同充液量下烧结均热板的传热性能。结果表明：在冷却水水温 T 水=20℃、 T 水=30℃时，虽然其热阻相对较高，但是由于水温低，能够吸收更多的热量，因此在 此时均热板能够承受 100W 的输入功率，其并且此时最低热阻达到了 0.033℃/W。对 于 0.208g、0.321g 两种充液量条件下，热阻随着输入功率的增加逐渐较低，且 0.321g 时启动热阻达到了最大，达到了 0.084℃/W。在四种冷却水温工况下，在充液量为 0.208g，T 水=40℃条件下，烧结均热板热阻达到了最低，达到了 0.029℃/W。 

关键词：均热板；充液量；工质；传热传质

摘 要....................................................................................................................................I

ABSTRACT ........................................................................................................................III

目 录.................................................................................................................................. V

第 1 章 绪论......................................................................................................................... 1

1.1 研究的背景及其意义............................................................................................. 1

1.2 均热板的构成、工作原理及基本特点................................................................. 3

1.2.1 无蒸汽空间均热板的构成............................................................................ 3

1.2.2 均热板工作原理............................................................................................ 3

1.2.3 均热板的基本特点........................................................................................ 4

1.3 均热板国内外研究现状......................................................................................... 5

1.3.1 均热板制造工艺的研究................................................................................ 5

1.3.2 均热板吸液芯结构研究现状........................................................................ 7

1.3.3 均热板传热性能的研究................................................................................ 9

1.4 研究目标和研究内容........................................................................................... 11

1.4.1 选题来源...................................................................................................... 11

1.4.2 研究目标...................................................................................................... 11

1.4.3 研究内容以及方法...................................................................................... 11

1.5 本章小结............................................................................................................... 12

第 2 章 无蒸汽空间均热板制造工艺研究....................................................................... 13

2.1 引言....................................................................................................................... 13

2.2 均热板常用的材质............................................................................................... 13

2.3 均热板的组成....................................................................................................... 15

2.3.1 无蒸汽空间均热板蒸发端、冷凝端壳板.................................................. 15

2.3.2 蒸汽空间均热板的吸液芯.......................................................................... 15

2.3.3 无蒸汽空间均热板的充液管...................................................................... 16

2.4 泡沫铜吸液芯的制造工艺................................................................................... 16

2.5 无蒸汽空间均热板的制造工艺........................................................................... 16

2.5.1 均热板冷凝端、蒸发端壳板的制造.......................................................... 17

2.5.2 均热板壳板清洗.......................................................................................... 18

2.5.3 吸液芯与壳板烧结...................................................................................... 18

2.5.4 均热板腔体扩散焊接.................................................................................. 20

2.5.5 充液管焊接.................................................................................................. 20

2.5.6 均热板工质充注与抽真空与二次除气...................................................... 20

2.5.7 成品后处理.................................................................................................. 21

2.6 本章小结................................................................................................................ 21

第 3 章 烧结式泡沫铜吸液芯的观测及其理论分析....................................................... 23

3.1 引言....................................................................................................................... 23

3.2 泡沫铜表面结构观测........................................................................................... 23

3.3 泡沫铜吸液芯的理论分析................................................................................... 28

3.4 无蒸汽空间均热板热阻理论分析....................................................................... 29

3.4.1 均热板厚度方向热阻.................................................................................. 30

3.4.2 均热板水平方向热阻.................................................................................. 31

3.5 本章小结............................................................................................................... 31

第 4 章 无蒸汽空间均热板风冷模块传热性能的实验研究........................................... 33

4.1 引言....................................................................................................................... 33

4.2 实验系统与原理................................................................................................... 33

4.2.1 均热板的组装加工...................................................................................... 33

4.2.2 均热板传热性能风冷测试系统.................................................................. 34

4.3 数据处理............................................................................................................... 36

4.4 无蒸汽空间均热板传热性能实验内容............................................................... 37

4.5 无蒸汽空间均热板传热性能实验研究............................................................... 38

4.5.1 泡沫铜孔径大小对均热板传热性能的影响.............................................. 38

4.5.2 无蒸汽空间均热板热源面积对传热性能的影响...................................... 41

4.5.3 无蒸汽空间热板充液量对传热性能的影响.............................................. 48

4.5.4 无蒸汽空间热板工质对传热性能的影响.................................................. 58

4.5.5 实验不确定度分析...................................................................................... 59

4.6 本章小结............................................................................................................... 60

第 5 章 无蒸汽空间均热板水冷模块传热性能的实验研究........................................... 61

5.1 引言....................................................................................................................... 61

5.2 水冷式传热性能实验方法................................................................................... 61

5.3 水冷式传热性能实验结果分析........................................................................... 63

5.3.1 冷却水温对均热板传热性能的影响.......................................................... 63

5.3.2 充液量对均热板传热性能的影响.............................................................. 65

5.4 本章小结............................................................................................................... 68

第 6 章 结论与展望........................................................................................................... 69

6.1 主要结论............................................................................................................... 69

6.2 不足与展望........................................................................................................... 70

致 谢................................................................................................................................. 71

参考文献............................................................................................................................. 73

附 录................................................................................................................................. 81

附录 A 在学期间发表的学术论文与研究成果 ........................................................ 81

附录 B 硕士期间参与的项目与获奖情况 ................................................................ 82

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