CN111486734A - 一种真空腔均热板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空腔均热板及其制造方法。现有真空均热板的热循环效率有待提高。本发明真空腔均热板的真空腔内设有相变传热工质；盖板内表面设有阵列式曲面沟槽和超疏水涂层；底板内表面设有多孔吸水介质。本发明制造方法：在底板上形成多孔吸水介质；各盖板内表面开设选好槽口形状的阵列式曲面沟槽，再在各盖板内表面涂上不同几何性质和分布特征的超疏水涂层，选好相变传热工质进行各盖板内表面液滴冷凝试验；分析超疏水涂层对合并诱导自推进过程中动力学行为间的参数边界的影响，得出液滴的能量分配规律，选定涂有满足要求的超疏水涂层的盖板与底板固定；制备底板和盖板之间的真空腔。本发明提高了真空腔均热板的整体传热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子产品散热技术，尤其涉及一种新型的真空腔均热板及其制造方法。
背景技术
随着现代电子技术的快速发展，各类电子元器件朝着高效能、微型化的方向发展，电子设备的内部空间越来越小，分布越来越密集，导致内部发热集中，热流密度过高。而高发热量会导致电子元件的性能下降，当温度超出一定范围后，甚至会出现元器件失效的情况。高密度热流会在元器件的表面形成“热点”，不仅影响其性能，更影响整个***的可靠性，有数据显示，当CPU工作温度超过额定工作温度10℃时，其可靠性将降低50％，由高温产生的热应力更可能导元器件结构的损坏。因此提高电器元器件内部的散热能力对电子技术的进步有着很大的推进作用。
通常的散热方式是把集中的热流传输到更大的平面，再通过强制对流传热的形式将热量传递到空气(风冷)或者液体(水冷)。目前相变传热作为高效的对流传热(换热系数达5000W/(m2·k)，普通对流换热系数低于1000W/(m2·k))，优势显著。其中热管是最典型的一种相变传热元件，成为高性能电子元器件散热的主流方案，广泛应用于电子信息和航空航天等领域。
热管在工作时，将热源的热流从蒸发端传递到冷凝端，再从冷凝端通过热传导的方式传递到面积比较大的热沉，最后通过热对流的方式将热量带走。由于热管的形状所限，其主要实现热源到热沉的一维方向传热。而在绝大部分电子元件中，二维和三维平面上的传热较为常见，真空均热板便应运而生。真空均热板可以将聚集在热源表面的热流迅速传递并扩散到大面积的冷凝表面上，从而促进热量的散发，降低元器件表面的热流密度，保证其可靠工作。
传统真空腔均热板通常安装在电子元器件和散热器之间，其底部为受热层，粘附于元器件表面，利用均热板内部工质的相变以及重力的辅助作用，实现热量的快速传递。均热板在工作时，热源表面的热流通过热传导传递到蒸发端，均热板内工质吸收潜热并蒸发，工质蒸汽充满整个真空腔，运动到冷凝端，释放潜热，冷凝成液体，冷凝液经过吸液芯，最后在毛细压力和重力的作用下回到底部蒸发端，重新加入液体循环。然而目前的真空均热板需要设计储水层，储水层多孔材料主要采用烧结铜粉，工质的回流仅依靠吸液芯的作用，循环方式较为单一，换热的毛细极限和沸腾极限范围小。
为此，需要提供一种新型真空腔均热板，加速冷凝液滴的回流速度，提高真空腔内部热循环效率，增强均热板的散热效果。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种新型的真空腔均热板及其制造方法，促进真空腔均热板内部热循环流动加快，强化其对工质的冷凝和回收能力，提高均热板内部传热效率，增大均热板传热极限。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一种真空腔均热板，包括固定在一起的盖板和底板，底板和盖板之间形成一个密封的真空腔；真空腔内设有相变传热工质；所述盖板的内表面设有阵列式曲面沟槽，且盖板内表面设有超疏水涂层；盖板内表面作为冷凝层；底板作为受热层；底板内表面设有多孔吸水介质，多孔吸水介质所在区域作为储水层；储水层与冷凝层之间空间为蒸发层。所述真空腔的高度为2-4mm，真空腔中相变传热工质的充液率为40-60％。所述的阵列式曲面沟槽包括阵列排布的多个槽口；槽口的侧壁为斜面或曲面，且槽口的底部横截面积小于顶部横截面积；所述的槽口呈正四棱台形、正三棱锥形、半球形或圆锥形。
该真空腔均热板的散热过程如下：
将底板粘附于电子元器件表面；电子元器件发热时，底板底部受热，多孔吸水介质中的液态相变传热工质受热蒸发到达蒸发层，在真空腔内上升至真空腔顶部，到达盖板的冷凝层，冷凝层表面为超疏水涂层，相变传热工质蒸气在超疏水涂层冷凝成相变传热工质液滴，各相变传热工质液滴在重力作用下通过阵列式曲面沟槽的斜面或曲面侧壁加快与周围相变传热工质液滴聚合，并诱导自推进弹跳行为；聚合后所受重力大于粘附力的液滴便脱离盖板，并在重力作用下加速回到多孔吸水介质中，从而完成传热循环过程。
进一步，所述盖板内表面超疏水涂层的微纳米结构为二级结构，特征尺度为0.1-10μm；所述超疏水涂层通过喷涂附着在盖板内表面，或通过提取动植物超疏水表面进行生长培养后用聚合物固化到盖板内表面。
进一步，所述超疏水涂层处形成的液滴与超疏水涂层的表观静态接触角大于或等于120°。
进一步，所述多孔吸水介质为烧结铜粉形成，所述铜粉的平均粒径小于60μm。
进一步，所述盖板和底板的材料均选用铜，盖板和底板的厚度均为0.5-1mm。
进一步，所述的相变传热工质为一元流体或多元流体。一元流体为去离子水、丙酮、甲醇或乙醇，多元流体为去离子水和乙醇的混合液、去离子水和丙二醇的混合液或去离子水、乙二醇和辛醇的混合液；多元流体中各组分含量不同。
本发明真空腔均热板的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤一、制备底板和多个盖板，盖板和底板的制备过程均为铜板冲压成型；
步骤二、在底板上覆盖一层铜粉，铜粉的平均粒径小于60μm，然后将覆盖铜粉的底板放入800-1000℃的锅炉内烧结，冷却后底板上形成多孔吸水介质。
步骤三、在各盖板内表面开设选好槽口形状的阵列式曲面沟槽，再在各盖板内表面涂上不同几何性质和分布特征的超疏水涂层，选好相变传热工质进行各盖板内表面液滴冷凝试验，观测各盖板内表面非均一尺寸液滴合并诱导自推进过程，然后采用介观模拟方法研究自推进过程中超疏水涂层上液滴动力学行为，分析超疏水涂层对合并诱导自推进过程中自推进弹跳、自推进扫掠和非运动性合并模态下动力学行为间的参数边界的影响，总结超疏水涂层表面传热性能变化规律，得出液滴的能量分配规律，最终选取出传热性能变化规律满足所采用相变传热工质预设要求的、液滴最大弹跳速度达到液滴特征速度60％以上的高传热超疏水涂层所具有的几何性质和分布特征，进而选定任意一块涂有满足要求的超疏水涂层的盖板进入下一步。
步骤四、在步骤三选定的盖板两侧开设两个通孔后，将盖板与底板固定；然后，将位于不同侧的两个通孔与两个金属管道分别连通，且其中一个金属管道与真空泵通过连接管连接，另一个金属管道与三通控制阀的一个口通过连接管连接，三通控制阀的其余两个口分别与注射器和真空压力表通过连接管连接；先控制三通控制阀连通注射器和底板与盖板之间的空腔，通过注射器向底板和盖板之间的空腔内注射液体。注射量达到设置的相变传热工质充液率后，控制三通控制阀连通真空压力表和板与盖板之间的空腔；接着，启动真空泵，开始抽取底板和盖板之间的空腔内空气，当真空压力表读数达到-0.08MPa时，关闭真空泵，将盖板上与真空泵连接的那个金属管道进行封口，再移除真空泵。然后，通过热源对底板进行加热，并采用散热器对底板进行散热，从而反馈调节底板和盖板之间的空腔内压力，当底板和盖板之间的空腔内压力达到相变传热工质的临界气液相变压力时，停止加热，此时底板和盖板之间的空腔内气体被挤压到连接金属管道与三通控制阀的连接管内；最后，将盖板上与三通控制阀连接的金属管道进行封口，再移除三通控制阀、真空压力表和注射器，这些被挤压到与三通控制阀连接的连接管内的没用气体便被排出底板和盖板之间的空腔外。此时，底板和盖板之间的空腔形成真空腔。
进一步，观测各盖板内表面非均一尺寸液滴的合并诱导自推进过程具体是：借助光学显微镜和环境扫描电子显微镜对超疏水涂层表面进行观测，并用高速相机拍摄液滴自推进弹跳和跃出超疏水涂层表面的瞬间，对所拍摄图片进行***性归纳，提取液滴弹跳速度和特征速度，推导液滴运动速度与超疏水涂层的几何性质和分布特征的内在联系。
进一步，介观模拟方法第一步是基于光滑耗散粒子动力学方法建立热传导模型，具体如下：对气液、液固界面分别进行设置，气液界面采用多体势能描述气液粒子的相互作用，液固界面采用Bell-shaped权函数法和三线性权函数法描述液固粒子的相互作用，根据不同界面的设置参数和边界条件，得出固体壁面、液滴和周围气体三相之间相互关联的热传导模型。热传导模型建立后，将热传导模型导入求解器，进行求解计算。计算完成后，对计算结果进行后处理，提取液滴尺寸分布情况和三相表面静态接触角参数，提取三相表面静态接触角参数时考虑接触角迟滞；利用热传导过程中能量守恒推导从非运动性合并到自推进弹跳、非运动性合并到自推进扫掠和自推进弹跳到自推进扫掠过程中单位质量液滴的各项能量随液滴半径的变化曲线；然后保持提取观察的液滴总体积不变，在计算结果后处理中获取液滴平动动能和弹跳速度随合并液滴数目的变化曲线，研究液滴合并数目对液滴弹跳的影响。接着，保持液滴发生合并前的总数目不变，在计算结果后处理中考虑液滴最集中分布位置和液滴最分散分布位置，获取液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度，研究液滴间相对尺寸分布对液滴弹跳的影响。最后将模拟分析得到的液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度与液滴冷凝试验中观测到的液滴弹跳速度平均值和最大值进行对比，从而修正热传导模型，最终得到液滴合并释放的表面能与液滴动能之间的转化关系。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明利用工质液在超疏水涂层表面的合并诱导自推进模态运动及其在阵列式曲面沟槽表面的重力作用聚合，加速超疏水涂层表面的蒸汽冷凝汇聚过程，提高了真空腔均热板的整体传热效率。其中，液滴在超疏水涂层表面发生冷凝后，会与周围液滴相互靠近、接触进而合并成一个液滴，由于合并后的液滴整体表面积减少，会释放额外的表面能，其中一部分表面能转化为合并液滴的动能，使得液滴在不借助外力的情况下发生自推进弹跳运动，加速其回到储水层，从而加快液滴从冷凝层返回受热层，增强传热，降低受热层温度。另外，蒸发冷凝后的液滴可借助自身重力沿着阵列式曲面沟槽的斜面或曲面侧壁汇聚到相应汇聚点，形成较大液滴，阵列式曲面沟槽加速液滴合并过程并诱导弹跳和回流，从而加速液滴返回储水层的进程，增强真空腔内部相变循环，提高传热效率。若没有阵列式曲面沟槽，当冷凝端表面热流量较大时，冷凝液滴的形成和合并过程受到一定的阻碍，进而影响液滴自推进弹跳及返回受热区。
2、本发明超疏水涂层的微纳米结构为二级结构(Two-tier)，可以利用微纳米结构的几何(平面或丘壑状)性质和分布(位置或稀疏程度)特征变化控制超疏水涂层表面传热性能高低，增强液滴的循环流动速率。
附图说明
图1为本发明真空腔均热板的剖视图；
图2为本发明中超疏水涂层及其表面液滴的示意图；
图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)为本发明分别采用槽口呈正四棱台形、正三棱锥形、半球形和圆锥形的阵列式曲面沟槽时盖板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种真空腔均热板，包括固定在一起的盖板1和底板3，底板3和盖板1之间形成一个密封的真空腔2；真空腔2内设有相变传热工质11；盖板1内表面设有阵列式曲面沟槽4(如图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)所示)，且盖板内表面设有超疏水涂层5；盖板1内表面作为冷凝层10；底板3黏附于电子元器件表面；底板3作为受热层7；底板3内表面设有多孔吸水介质6，多孔吸水介质6所在区域作为储水层8；储水层8与冷凝层10之间空间为蒸发层9。
盖板1内表面的超疏水涂层具有微纳米结构，通过固结固体粒子的方式以保持微纳米结构不发生改变。该微纳米结构为二级结构(Two-tier)，即微柱内部还包含了碳纳米管的结构。
多孔吸水介质6为烧结铜粉形成，所述铜粉的平均粒径小于60μm。多孔吸水介质6的超亲水结构能够增强对相变传热工质的毛细作用力，提高对回流相变传热工质的吸收率。
盖板1和底板3的材料选用铜。
相变传热工质为一元流体或多元流体。一元流体可以是去离子水、丙酮、甲醇或乙醇，多元流体可以是去离子水和乙醇的混合液、去离子水和丙二醇的混合液或去离子水、乙二醇和辛醇的混合液，多元流体中各组分含量不同。相变传热工质在大部分工况下具有较高的品质因数(Figure of merit)，有助于提高均热板性能。真空腔中相变传热工质的充液率为40％-60％，真空腔2能在常温状态下保持接近真空状态。
如图2所示，本实施例相变传热工质采用去离子水，盖板内表面进行超疏水涂层5处理后，超疏水涂层5处形成的去离子水液滴与超疏水涂层之间的表观静态接触角约为120°左右，这是由于本实施例中超疏水涂层5处形成的去离子水液滴直径大约为100μm，体积相对较大，受重力作用的影响，接触角较小；相变传热工质采用上述其它一元流体或多元流体时，均热板在实际工作过程中，稳定状态下，蒸发后在超疏水涂层5处形成的冷凝液滴尺寸会比本实施例中小(变化范围一般为10-102μm)，相应地，冷凝液滴与超疏水涂层的静态接触角较大(变化范围一般为150°-180°)，能充分达到超疏水状态。
如图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)所示，阵列式曲面沟槽4包括阵列排布的多个槽口；槽口的侧壁为斜面或曲面，且槽口的底部横截面积小于顶部横截面积；槽口呈正四棱台形、正三棱锥形、半球形或圆锥形。相变传热工质液滴在盖板1的超疏水涂层表面进行蒸发冷凝，蒸发冷凝后的多个液滴借助重力的作用下沿着槽口的侧壁汇聚到槽口内，实现液滴的合并诱导，完成自弹跳行为。
该真空腔均热板的散热过程如下：
将底板3粘附于电子元器件(比如CPU)表面；电子元器件发热时，底板底部受热，多孔吸水介质6中的液态相变传热工质受热蒸发到达蒸发层9，在真空腔2内上升至真空腔2顶部，到达盖板1的冷凝层10，冷凝层10表面为超疏水涂层，相变传热工质蒸气在超疏水涂层冷凝成相变传热工质液滴，各相变传热工质液滴在重力作用下通过阵列式曲面沟槽的斜面或曲面侧壁加快与周围相变传热工质液滴聚合，并诱导自推进弹跳行为；聚合后所受重力大于粘附力的液滴便脱离盖板1，并在重力作用下加速回到多孔吸水介质6中，从而完成传热循环过程。
该真空腔均热板的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤一、制备底板3和多个盖板1，盖板1和底板3的制备过程均为铜板冲压成型；
步骤二、在底板3上覆盖一层铜粉，铜粉的平均粒径小于60μm，然后将覆盖铜粉的底板3放入800-1000℃(本实施例采用900℃)的锅炉内烧结，冷却后底板3上形成多孔吸水介质，此介质具有较高的亲水性，形成超亲水表面。
步骤三、在各盖板1内表面开设选好槽口形状的阵列式曲面沟槽，再在各盖板1内表面涂上不同几何(平面或丘壑状)性质和分布(位置或稀疏程度)特征的超疏水涂层，选好相变传热工质进行各盖板1内表面液滴冷凝试验，观测各盖板1内表面非均一尺寸液滴(液滴非等直径)合并诱导自推进过程，然后采用介观模拟方法研究自推进过程中超疏水涂层上液滴动力学行为，分析超疏水涂层对合并诱导自推进过程中不同模态(自推进弹跳、自推进扫掠和非运动性合并)下动力学行为间的参数边界(液滴尺寸分布、合并液滴数目和液滴间相对尺寸)的影响，总结超疏水涂层表面传热性能变化规律，得出液滴的能量分配规律，最终选取出传热性能变化规律满足所采用相变传热工质预设要求的、液滴最大弹跳速度达到液滴特征速度60％以上的高传热超疏水涂层所具有的几何性质和分布特征，进而选定任意一块涂有满足要求的超疏水涂层的盖板进入下一步。
其中，观测各盖板1内表面非均一尺寸液滴(液滴非等直径)的合并诱导自推进过程具体是：借助光学显微镜和环境扫描电子显微镜对超疏水涂层表面进行观测，并用高速相机拍摄液滴自推进弹跳和跃出超疏水涂层表面的瞬间，对所拍摄图片进行***性归纳，提取液滴弹跳速度和特征速度(也称临界弹跳速度，即液滴表面能全部转化为液滴动能时液滴具有的弹跳速度)，推导液滴运动速度与超疏水涂层的几何性质和分布特征的内在联系。
其中，本发明采用的介观模拟方法第一步是基于光滑耗散粒子动力学(SDPD)方法建立热传导模型，具体如下：由于涉及气体、液体和固体三相，因此需要对气液、液固界面分别进行设置，气液界面采用多体势能(Many-body Potential)描述气液粒子的相互作用，液固界面采用Bell-shaped权函数法和三线性权函数法描述液固粒子的相互作用，根据不同界面的设置参数和边界条件，得出固体壁面、液滴和周围气体三相之间相互关联的热传导模型。采用光滑耗散粒子动力学(SDPD)方法能将超疏水涂层的微纳米结构视为理想的圆柱或者方柱结构，通过粗粒化过程，将微纳米结构处的若干分子合为光滑耗散粒子，再通过固结光滑耗散粒子的方式以保持微纳米结构不发生改变。热传导模型建立后，将热传导模型导入求解器，进行求解计算。计算完成后，对计算结果进行后处理，提取液滴尺寸分布情况和三相表面静态接触角参数，提取三相表面静态接触角参数时考虑接触角迟滞；由于合并诱导自推进运动分为自推进弹跳、自推进扫掠和非运动性合并，需要利用热传导过程中能量守恒推导从非运动性合并到自推进弹跳、非运动性合并到自推进扫掠和自推进弹跳到自推进扫掠过程中单位质量液滴的各项能量随液滴半径的变化曲线；然后保持提取观察的液滴总体积不变，在计算结果后处理中获取液滴平动动能和弹跳速度随合并液滴数目的变化曲线，研究液滴合并数目对液滴弹跳的影响。接着，保持液滴发生合并前的总数目不变，在计算结果后处理中考虑液滴最集中分布位置和液滴最分散分布位置，获取液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度，研究液滴间相对尺寸分布对液滴弹跳的影响。最后将模拟分析得到的液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度与液滴冷凝试验中观测到的液滴弹跳速度平均值和最大值进行对比，从而修正热传导模型，最终得到液滴合并释放的表面能与液滴动能之间的转化关系。
步骤四、在步骤三选定的盖板1两侧开设两个通孔后，将盖板1与底板3固定；然后，将位于不同侧的两个通孔与两个金属管道分别连通，且其中一个金属管道与真空泵通过连接管连接，另一个金属管道与三通控制阀的一个口通过连接管连接，三通控制阀的其余两个口分别与注射器和真空压力表通过连接管连接；先控制三通控制阀连通注射器和底板3与盖板1之间的空腔，通过注射器向底板3和盖板1之间的空腔内注射液体。注射量达到设置的相变传热工质充液率后，控制三通控制阀连通真空压力表和板3与盖板1之间的空腔；接着，启动真空泵，开始抽取底板3和盖板1之间的空腔内空气，当真空压力表读数达到-0.08MPa时，关闭真空泵，将盖板1上与真空泵连接的那个金属管道进行封口，再移除真空泵。然后，通过热源对底板3进行加热，并采用散热器对底板3进行散热，从而反馈调节底板3和盖板1之间的空腔内压力，当底板3和盖板1之间的空腔内压力达到相变传热工质的临界气液相变压力时，停止加热，此时底板3和盖板1之间的空腔内气体(比如氮气等)被挤压到连接金属管道与三通控制阀的连接管内；最后，将盖板1上与三通控制阀连接的金属管道进行封口，再移除三通控制阀、真空压力表和注射器，这些被挤压到与三通控制阀连接的连接管内的没用气体便被排出底板3和盖板1之间的空腔外。此时，底板3和盖板1之间的空腔视为达到真空状态，形成真空腔。
通过测量底板3的表面温度分布情况得到散热效率，能验证本发明采用超疏水涂层和阵列式曲面沟槽的增强传热效果。当然，为了进一步验证采用超疏水涂层和阵列式曲面沟槽的增强传热效果，也可以设置无超疏水涂层和阵列式曲面沟槽的真空腔均热板、有超疏水涂层无阵列式曲面沟槽的真空腔均热板、无超疏水涂层有阵列式曲面沟槽的真空腔均热板三个对照组进行实验，三个对照组同样通过测量底板3的表面温度分布情况得到散热效率，且三个对照组的真空腔均热板实验时热源输入功率均与本发明真空腔均热板实验时热源输入功率一致，从对照实验便能明显看出采用超疏水涂层和阵列式曲面沟槽的增强传热效果。
Claims (9)
1.一种真空腔均热板，包括固定在一起的盖板和底板，底板和盖板之间形成一个密封的真空腔；真空腔内设有相变传热工质；其特征在于：所述盖板的内表面设有阵列式曲面沟槽，且盖板内表面设有超疏水涂层；盖板内表面作为冷凝层；底板作为受热层；底板内表面设有多孔吸水介质，多孔吸水介质所在区域作为储水层；储水层与冷凝层之间空间为蒸发层；所述真空腔的高度为2-4mm，真空腔中相变传热工质的充液率为40-60％；所述的阵列式曲面沟槽包括阵列排布的多个槽口；槽口的侧壁为斜面或曲面，且槽口的底部横截面积小于顶部横截面积；所述的槽口呈正四棱台形、正三棱锥形、半球形或圆锥形；
该真空腔均热板的散热过程如下：
将底板粘附于电子元器件表面；电子元器件发热时，底板底部受热，多孔吸水介质中的液态相变传热工质受热蒸发到达蒸发层，在真空腔内上升至真空腔顶部，到达盖板的冷凝层，冷凝层表面为超疏水涂层，相变传热工质蒸气在超疏水涂层冷凝成相变传热工质液滴，各相变传热工质液滴在重力作用下通过阵列式曲面沟槽的斜面或曲面侧壁加快与周围相变传热工质液滴聚合，并诱导自推进弹跳行为；聚合后所受重力大于粘附力的液滴便脱离盖板，并在重力作用下加速回到多孔吸水介质中，从而完成传热循环过程。
2.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板，其特征在于：所述盖板内表面超疏水涂层的微纳米结构为二级结构，特征尺度为0.1-10μm；所述超疏水涂层通过喷涂附着在盖板内表面，或通过提取动植物超疏水表面进行生长培养后用聚合物固化到盖板内表面。
3.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板，其特征在于：所述超疏水涂层处形成的液滴与超疏水涂层的表观静态接触角大于或等于120°。
4.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板，其特征在于：所述多孔吸水介质为烧结铜粉形成，所述铜粉的平均粒径小于60μm。
5.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板，其特征在于：所述盖板和底板的材料均选用铜，盖板和底板的厚度均为0.5-1mm。
6.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板，其特征在于：所述的相变传热工质为一元流体或多元流体；一元流体为去离子水、丙酮、甲醇或乙醇，多元流体为去离子水和乙醇的混合液、去离子水和丙二醇的混合液或去离子水、乙二醇和辛醇的混合液；多元流体中各组分含量不同。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种真空腔均热板的制造方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：
步骤一、制备底板和多个盖板，盖板和底板的制备过程均为铜板冲压成型；
步骤二、在底板上覆盖一层铜粉，铜粉的平均粒径小于60μm，然后将覆盖铜粉的底板放入800-1000℃的锅炉内烧结，冷却后底板上形成多孔吸水介质；
步骤三、在各盖板内表面开设选好槽口形状的阵列式曲面沟槽，再在各盖板内表面涂上不同几何性质和分布特征的超疏水涂层，选好相变传热工质进行各盖板内表面液滴冷凝试验，观测各盖板内表面非均一尺寸液滴合并诱导自推进过程，然后采用介观模拟方法研究自推进过程中超疏水涂层上液滴动力学行为，分析超疏水涂层对合并诱导自推进过程中自推进弹跳、自推进扫掠和非运动性合并模态下动力学行为间的参数边界的影响，总结超疏水涂层表面传热性能变化规律，得出液滴的能量分配规律，最终选取出传热性能变化规律满足所采用相变传热工质预设要求的、液滴最大弹跳速度达到液滴特征速度60％以上的高传热超疏水涂层所具有的几何性质和分布特征，进而选定任意一块涂有满足要求的超疏水涂层的盖板进入下一步；
步骤四、在步骤三选定的盖板两侧开设两个通孔后，将盖板与底板固定；然后，将位于不同侧的两个通孔与两个金属管道分别连通，且其中一个金属管道与真空泵通过连接管连接，另一个金属管道与三通控制阀的一个口通过连接管连接，三通控制阀的其余两个口分别与注射器和真空压力表通过连接管连接；先控制三通控制阀连通注射器和底板与盖板之间的空腔，通过注射器向底板和盖板之间的空腔内注射液体；注射量达到设置的相变传热工质充液率后，控制三通控制阀连通真空压力表和板与盖板之间的空腔；接着，启动真空泵，开始抽取底板和盖板之间的空腔内空气，当真空压力表读数达到-0.08MPa时，关闭真空泵，将盖板上与真空泵连接的那个金属管道进行封口，再移除真空泵；然后，通过热源对底板进行加热，并采用散热器对底板进行散热，从而反馈调节底板和盖板之间的空腔内压力，当底板和盖板之间的空腔内压力达到相变传热工质的临界气液相变压力时，停止加热，此时底板和盖板之间的空腔内气体被挤压到连接金属管道与三通控制阀的连接管内；最后，将盖板上与三通控制阀连接的金属管道进行封口，再移除三通控制阀、真空压力表和注射器，这些被挤压到与三通控制阀连接的连接管内的没用气体便被排出底板和盖板之间的空腔外；此时，底板和盖板之间的空腔形成真空腔。
8.根据权利要求7所述的一种真空腔均热板的制造方法，其特征在于：观测各盖板内表面非均一尺寸液滴的合并诱导自推进过程具体是：借助光学显微镜和环境扫描电子显微镜对超疏水涂层表面进行观测，并用高速相机拍摄液滴自推进弹跳和跃出超疏水涂层表面的瞬间，对所拍摄图片进行***性归纳，提取液滴弹跳速度和特征速度，推导液滴运动速度与超疏水涂层的几何性质和分布特征的内在联系。
9.根据权利要求7所述的一种真空腔均热板的制造方法，其特征在于：介观模拟方法第一步是基于光滑耗散粒子动力学方法建立热传导模型，具体如下：对气液、液固界面分别进行设置，气液界面采用多体势能描述气液粒子的相互作用，液固界面采用Bell-shaped权函数法和三线性权函数法描述液固粒子的相互作用，根据不同界面的设置参数和边界条件，得出固体壁面、液滴和周围气体三相之间相互关联的热传导模型；热传导模型建立后，将热传导模型导入求解器，进行求解计算；计算完成后，对计算结果进行后处理，提取液滴尺寸分布情况和三相表面静态接触角参数，提取三相表面静态接触角参数时考虑接触角迟滞；利用热传导过程中能量守恒推导从非运动性合并到自推进弹跳、非运动性合并到自推进扫掠和自推进弹跳到自推进扫掠过程中单位质量液滴的各项能量随液滴半径的变化曲线；然后保持提取观察的液滴总体积不变，在计算结果后处理中获取液滴平动动能和弹跳速度随合并液滴数目的变化曲线，研究液滴合并数目对液滴弹跳的影响；接着，保持液滴发生合并前的总数目不变，在计算结果后处理中考虑液滴最集中分布位置和液滴最分散分布位置，获取液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度，研究液滴间相对尺寸分布对液滴弹跳的影响；最后将模拟分析得到的液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度与液滴冷凝试验中观测到的液滴弹跳速度平均值和最大值进行对比，从而修正热传导模型，最终得到液滴合并释放的表面能与液滴动能之间的转化关系。
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| GR01 | Patent grant | ||
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