一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法技术

本发明专利技术公开了一种强化沸腾换热过程的多孔金属层结构制备方法，首先制备具有微米级金属颗粒及发烟组分的烧结胶体；将烧结胶体敷涂在基板的丁字柱阵列上烧结，形成与基板连接紧密的烧结多孔金属层结构；清洗去除发烟组分剩余产物。与其他制备烧结多孔金属层结构的方法相比，本发明专利技术的制备方法在烧结材料中添加了发烟组分，该组分在烧结过程中持续产生气体，促进了烧结多孔金属层结构中均匀排气通道的形成，降低了多孔层的死腔率；同时，发烟组分的存在提高了烧结胶体的流动性，使得烧结胶体在烧结过程中形成了上窄下宽的曲面结构，与烧结多孔金属层结构的供液量相匹配，从而提高了烧结多孔金属层结构对于沸腾换热过程的促进作用。多孔金属层结构对于沸腾换热过程的促进作用。多孔金属层结构对于沸腾换热过程的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法


[0001]本专利技术属于传热传质领域，特别是一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法。

技术介绍

[0002]沸腾换热过程广泛存在于各个工业生产领域，在沸腾面上烧结多孔金属层结构是一种常见的沸腾换热强化方法，可以提高沸腾换热效率并减少燃料消耗。烧结多孔金属层结构通过扩大换热面积、增加沸腾活化核心并基于毛细作用供液三种途径耦合促进了沸腾换热过程。基于上述沸腾换热强化原理，应尽量减少烧结多孔金属层结构中的死腔及不均匀孔径的多孔结构，从而提高烧结多孔金属层结构对沸腾换热过程的促进作用。
[0003]为获得高质量的烧结多孔金属层结构，专利号为CN113275569A的制备方法通过组合不同粒径铜粉获得了均匀孔隙的烧结多孔金属层结构；专利号为CN113230681A的制备方法使用了造孔剂以提高烧结多孔金属层结构的均匀性。但上述真空烧结方法中可能产生金属死腔，减小了沸腾传热面积且不利于烧结多孔金属层结构间的传热过程。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种强化沸腾的高均匀度多孔结构制备方法，以提高沸腾换热效率。该制备方法利用烧结材料中发烟组分的持续分解，在烧结过程中维持烧结多孔金属层结构内的气体排出过程，从而制备高均匀度的烧结多孔金属层结构并降低其死腔率。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0006]一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法，包含以下烧结步骤：
[0007]步骤一，制备微米级金属颗粒，并热处理微米级金属颗粒以消除热应力与结构缺陷；
[0008]步骤二，混合微米级金属颗粒、粘合剂、液体基材及发烟组分，形成烧结胶体；
[0009]步骤三，清洗基板并敷涂烧结胶体，使烧结胶体覆盖在基板的丁字柱阵列上；
[0010]步骤四，在保护气体氛围下加热基板底部，使丁字柱阵列上的烧结胶体烧结形成烧结多孔金属层结构；
[0011]步骤五，化学清洗并烘干样品，获得具有烧结多孔金属层结构的基板。
[0012]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0013](1)烧结过程发烟组分持续产生气体，从而在烧结层中形成了完整的排气通道，所制得的烧结多孔金属层结构中死腔较少；
[0014](2)烧结过程中加热面位于基板底部，热量自基板向烧结胶体传递，促进烧结胶体收缩并紧密连接在丁字柱上，有利于丁字柱向烧结多孔金属层结构中传热；
[0015](3)烧结胶体具有一定流动性，可在丁字柱上产生烧结曲面，该曲面有利于沸腾过程中温度场与烧结多孔金属层结构的毛细供液量匹配。
附图说明
[0016]图1为基板结构图。
[0017]图2为敷涂有烧结胶体的丁字柱结构图。
[0018]图3为烧结后样品的结构图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0020]本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1
[0022]本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法，包括以下步骤：
[0023]步骤一，使用气相蒸发法制备粒径在50μm～70μm间的铜粉颗粒，并在600℃～700℃下加热30min，以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷；
[0024]步骤二，使用质量分数95％的铜粉颗粒与2％的水溶性纤维素(充当粘合剂)、2％的去离子水(基材)及1％的碱性高锰酸钾(发烟组分)混合并搅拌均匀，形成可用的铜基烧结胶体；
[0025]步骤三，依次使用乙醇、氢氧化钠及去离子水清洗基板并干燥，基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体；
[0026]步骤四，在氮气流环境下加热基板，加热热源置于基板底部，加热温度300℃
[0027]～350℃，加热时间15min。加热过程中高锰酸钾分解，丁字柱表面可见大量气泡。加热后在氮气环境下自然冷却至室温；
[0028]步骤五，先使用质量分数10％的草酸水溶液浸泡样品30min，浸泡过程中适当敲击样品；再使用去离子水冲洗并烘干样品，获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
[0029]实施例2
[0030]本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法，包括以下步骤：
[0031]步骤一，使用气相蒸发法制备粒径在150μm～200μm间的铜粉颗粒，并在600℃～700℃下加热60min，以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷；
[0032]步骤二，使用质量分数97％的铜粉颗粒与1％的水溶性纤维素(充当粘合剂)、1％的丙二醇(基材)及1％的碱性高锰酸钾(发烟组分)混合并搅拌均匀，形成可用的铜基烧结胶体；
[0033]步骤三，依次使用乙醇、氢氧化钠及去离子水清洗基板并干燥，基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体；
[0034]步骤四，在氮气流环境下加热基板，加热热源置于基板底部，加热温度400℃～450℃，加热时间60min。加热过程中高锰酸钾分解，丁字柱表面可见大量气泡。加热后在氮气环境下自然冷却至室温；
[0035]步骤五，先使用质量分数10％的过氧化氢水溶液冲洗样品5min，再使用去离子水冲洗并烘干样品，获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
[0036]实施例3
[0037]本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法，包括以下步骤：
[0038]步骤一，使用球磨法制备粒径在50μm～75μm间的银粉颗粒，并在850℃～900℃下加热30min，以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷；
[0039]步骤二，使用质量分数96％的铜粉颗粒与3％的水溶性聚丁二烯(充当粘合剂)、1％的质量分数72％高氯酸水溶液混合(基材为去离子水，质量分数0.28％；发烟组分为高氯酸，质量分数为0.72％)并搅拌均匀，搅拌过程中易发热，需要冷却后才能形成可用的铜基烧结胶体；
[0040]步骤三，依次使用乙醇及去离子水清洗基板并干燥，基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体；
[0041]步骤四，在氩气流环境下加热基板，加热热源置于基板底部，加热温度250℃～300℃，加热时间15min。加热过程中高氯酸分解，丁字柱表面可见大量气泡并有零星火星。加热后在氩气环境下自然冷却至室温；
[0042]步骤五，先使用质量分数3％的氢氧化钠水溶液浸泡样品30min，浸泡过程中持续搅拌溶液避免局部过热；再使用去离子水冲洗并烘干样品，获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
[0043]由于烧结过程中发烟组分受热分解产生了气体并排出，所得的烧结多孔金属层结构中形成了完整的气道且均匀度较好，结构死腔率较低，可以提高基板的沸腾传热效率。
[0044]对比例1
[0045]本实施例与在实施例1的区别在于，步骤一中：制备烧结胶体过程中，添加的发烟组分大于2％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法，其特征在于，包含以下烧结步骤：步骤一，制备微米级金属颗粒，并热处理微米级金属颗粒以消除热应力与结构缺陷；步骤二，混合微米级金属颗粒、粘合剂、液体基材及发烟组分，形成烧结胶体；步骤三，清洗基板并敷涂烧结胶体，使烧结胶体覆盖在基板的丁字柱阵列上；步骤四，在保护气体氛围下加热基板底部，使丁字柱阵列上的烧结胶体烧结形成烧结多孔金属层结构；步骤五，化学清洗并烘干样品，获得具有烧结多孔金属层结构的基板。2.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于，步骤一中使用的微米级金属颗粒为铜颗粒或银颗粒，金属颗粒的粒径在50μm～200μm间，并需要在600℃～900℃间加热30min以上。3.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于，步骤二中微米级金属颗粒质量分数为95％～97％，发烟组...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡定华，刘毅宽，林肯，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：