散热技术之热管技术简介

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1、热管技术3、热管散热技术　　热管是一种具有极高导热性能的传热元件，导热能力比普通金属高几百倍。据相关资料表明，高质量热管的传热效率是铜的1490倍，传递速度可达30m/s，远远高于世界上任何导热金属和传热技术，能到达瞬时传热的效果。　　其实热管技术并不是近年才出现的新技术。它的历史可追溯到上世纪40年代，为了满足二次世界大战的需要，美国通用发电机工程师Gaugler就提出了类似于热管的设计方案，并在1944年取得了专利。到了1963年，第一根真正的热管被科学家GeorgeM．Grover在美国加里佛尼亚大学的LosAlamos实验室制造出来。笔者有幸看到了当年第一根热管的设计笔记，

2、但由于字迹潦草，具体内容还请有兴趣的读者自己研究。　　热管技术应用广泛，在航空航天、铁路交通、取暖保温中有大规模的使用。而被引入IT硬件领域，还是上世纪90年代末，最早奔腾2笔记本电脑中出现了热管。使用目的是为了在压缩体积的条件下取得优秀的散热效果。　　随着硬件发热量的提高，现有的传统风冷散热技术已经不能满足散热需求。于是出现了液冷、半导体制冷、压缩机制冷等散热方式，但由于安全性、稳定性与成本过高等问题无法普及应用。所以热管这种技术成熟，成本相对较低的技术就被越来越多的台式机散热器采用。热管的工作原理与特点　　热管的基本原理与空调等相变制冷类似，也可以说是一个微缩的相变制冷系统。它

3、是利用高导热性液体相变时吸热蒸发、放热凝结的特性，将热量快速的从吸热端转移到散热端。　　从原理示意图上我们可以看出，热管内部液体由于在吸热端受热而气化（按红色箭头的走向），蒸腾到散热端放热后液化（按蓝色箭头走向），最后回流到吸热端这一个循环过程。这个循环过程是在密闭的金属管体中进行的，不会有液体外漏的不稳定现象，而且热管体积也可控制，适合多种用途。　　如果把热管剖开看，我们可以把热管分成管壳、吸液芯和蒸汽通道三个部分：管壳由于必须承受热管内部的真空高压，并且还必须更小的热阻，因此对管材的材料和制造工艺有很高的要求。目前广泛采用的是炭钢、铝、铜、不锈钢、钛等。吸液芯是一种多孔材质，它

4、紧贴于热管内壁，利用液体的表面张力从凝结段将液体送回到蒸发段。吸液芯的材质主要是由金属网、泡沫材料、毛毡、纤维等多孔物质组成。热管的中间部分作为蒸汽传输通道。作为内部液体，一般选择与吸液芯有良好的相容性，并且导热性、稳定性、汽化性、安全性高的液态介质。目前PC热管散热器中主要使用的是铜-丙酮或铜-水组合。　　由于热管中需要通道流动液体与气体，因此在使用中非常忌讳弯曲。有技术文档显示，热管每做一个180度的弯曲，就会降低大约37％的热传递效能。而在实际应用中，热管不可能不弯曲，为了保证不降低热传递性能，只能以增加热管数量来弥补。因此当前采用热管的CPU散热器，都配备至少两根热管，最多

5、甚至有12根热管。12根热管的CPU散热器　　有一个概念必须特别强调：热管是一种导热装置，并不是一种散热装置。　　　要将热管应用到散热方面，必须在热管的散热端安装一定的散热装置。如上图所示如果单纯的将热管和发热体相连，只能达到一个热量聚集的效果，并不能实现热量散发的功能。由此看出，现在市场上的高端热管散热器体积巨大并不是品牌炫耀的噱头，而是为了达到高性能所需的必要手段。　　利用热管极高的导热性，由其组成的散热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。同时，热管散热端的散热片形状可以任意变化并增加散热面积，加工工艺相对简单，成本较低，所以在CPU散热器上已经开始普及化应用热管。　

6、　另一方面，由于热管技术非常成熟，所以相关产品的制造成本并不高。我们可以看看PC领域中所应用热管的国际价格（报价出自AVC台湾网站OEM部），比如直径4mm、长度100～300mm的热管，参考价格是22新台币。　　总结起来，热管作为热的“超导体”，随着生产技术的成熟，小型热管迅速实用化，成为小空间内转移热量的最有效手段。散热片中利用热管的“超导”特性——设计导热功率之内轴向温差极小，可随意分配吸热端、放热端的适应性，辅以其较同等效果金属更轻巧的外形与相对鳍片更显“宽广”的表面积，如果再加上内嵌于吸热底之中的全方位连接方式（具体工艺参见后文），几乎可以打破吸热底与鳍片连接面积的限制，

7、将热量由吸热底内部，至少是更大表面积上迅速的传导到更大面积的鳍片上。近一段时间，热管在各种空冷散热器中受到了空前的推崇，各家的扛鼎之作多数可见到它的身影。Tt的新一代领军人物——Tower112　　采用热管进行吸热底到鳍片的热量传导具有一些传统结合方式无法比拟的优势：1.热阻小——热管在设计功率以内，其热阻是同体积铜柱的几分之一、十几分之一，甚至几十分之一。通常全功率工作时，吸热段与放热段间的温差也只有2、3℃，因此才敢号称热的“超导体”。2.重量轻——目前计算机散热