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    热管技术简析

      热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术,1963年由美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover发明,并率先由IBM最初引入笔记本中。热管的出现已经有数十年的历史,而在PC散热领域被广泛采用还是近些年的事,但发展迅猛。小到CPU散热器、显卡/主板散热器,大到机箱,我们都可以看到热管的身影。

      热管具有热传递速度极快的优点,安装至散热器中可以有效的降低热阻值,增加散热效率。它通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量,具有极高的导热性,高达纯铜导热能力的上百倍,有“热超导体”之美称。工艺过关、设计出色的热管CPU散热器,将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。

      ◆ 热管工作原理

    热管工作示意图

      从技术角度看,热管的核心作用提高热传递的效率,将热量快速从热源带离,而非一般意义上所说的“散热”——这则涵括与外界环境进行热交换的过程。热管的动作温度范围十分宽广。从零下200度 ~1000度均可使用热管导热。

      热管的工作原理很简单,热管分为蒸发受热端和冷凝端两部分(具体到产品上,受热端就是和散热器底座接触的部分)。当受热端开始受热的时候,管壁周围的液体就会瞬间汽化,产生蒸气,此时这部分的压力就会变大,蒸气流在压力的牵引下向冷凝端流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体, 同时也放出大量的热量,最后借助毛细力回到蒸发受热端完成一次循环。

      典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽到的负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据需要可以在两段中间布置绝热段。

      ◆ 烧结热管和沟槽热管

      液体冷凝的过程会采用到毛细原理,因此毛细结构是一根合格热管产品的核心。它主要有三个作用:一是提供冷凝端液体回流蒸发端的通道,二是提供内壁与液体/蒸气进行热传导的通道,三是提供液气产生毛细压力所必须的孔隙。毛细结构分为四种:丝网、沟槽、粉末烧结与纤维四种。在PC散热器上,大部分都是沟槽与粉末烧结两类结构,POWDER(烧结热管)占80% ;GROOVE(沟槽热管)占20%。

    烧结式热管

      烧结式热管,其毛细结构是通过高温下铜粉烧结制造而成的。我们最常见的水介质烧结式热管制造流程大致为:选取99.5%纯度的铜粉,铜粉单体粒径控制在75~150微米。使用工具将外径5mm红铜管内部清除干净,去除毛刺,接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑、无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里(需要工具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央,以方便铜粉均匀填充),将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉倒入铜管了。装填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中,温度的把控也很重要。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧,使用工具把钢棍抽出即可。

      严格按照上述流程制造的烧结式热管,每个部分的毛细结构渗透率都应该大致相同,铜粉烧结块分布厚度大致均匀。当我们拆开热管仔细观察,就可以发现该热管的烧结工艺是否过关了。

    沟漕式热管

      沟槽式热管是热管毛细结构中比较制造简单的一种,采用整体成型工艺制造,成本是一般烧结式热管的2/3。沟槽式热管生产方便,但缺点十分明显。沟槽式热管对沟槽深度和宽度要求很高,而且其方向性很强。当热管出现大弯折的时候,沟槽式方向性的特性就成了致命缺点,导致导热性能大幅度下跌。

      目前市面中有些廉价的热管散热器,这其中也包括了某些显卡散热器,虽然采用了热管,基本上沟槽式的,因此性能必然不会像高端热管那样优秀,不能对这种产品的散热性能抱以过多的希望。

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