強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，包括以下步驟：一、將銅基體和銅纖維氈分別進行超聲波清洗并烘干；二、將銅纖維氈鋪覆于銅基體表面，然后進行燒結處理，在銅基體表面附著一層銅纖維多孔層；三、將附著有銅纖維多孔層的銅基體進行陽極氧化處理，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。本發(fā)明制備方法簡單，設計合理，易于實現，可操作性強，適于大規(guī)模生產；采用本發(fā)明制備的多孔銅材料為雙重孔結構，比表面積大，汽化核心數目多，傳熱效果好，具有重要的實用價值和推廣意義。
【專利說明】強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬多孔材料【技術領域】，具體涉及一種強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，人們對沸騰傳熱提出了越來越高的性能要求。目前各國學者對沸騰傳熱進行了廣泛的理論分析、實驗研究和技術探索，提出了多種強化沸騰傳熱的理論和方法，其中最有效的強化沸騰傳熱方法是采用各種類型的強化沸騰傳熱材料?，F有的強化沸騰傳熱材料通常帶有各種形狀的溝槽、肋片或多孔表面，其中帶有多孔表面的強化沸騰傳熱材料，以其高沸騰換熱效率、低溫差沸騰、高臨界熱流密度和良好的反堵塞能力而受到廣泛的關注。此種材料的制造方法也應運而生，如燒結法、機械加工法、火焰噴涂法、電化學腐蝕法、電鍍法等等。然而，采用傳統(tǒng)方法制備的強化沸騰傳熱材料的換熱表面積相對較小，汽化核心數目少，生成氣泡的頻率低，使得強化沸騰傳熱效率低下。
[0003]因此，亟需研發(fā)一種增加換熱表面積、汽化核心數目、生成氣泡的頻率高、傳熱效果好的沸騰強化傳熱材料的制備方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法。該方法制備方法簡單，設計合理，易于實現，可操作性強，適于大規(guī)模生產；采用該方法制備的多孔銅材料為雙重孔結構，比表面積大，汽化核心數目多，生成氣泡的頻率高，傳熱效果好，具有重要的實用價值和推廣意義。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、將銅基體和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅纖維氈為銅纖維毛坯氈或銅纖維燒結氈；
[0007]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅基體表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅基體放入燒結爐中，在氫氣氣氛的保護下進行燒結，自然冷卻后在銅基體表面附著一層厚度為0.5mm?3mm,孔隙率為80%?95%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為850°C?1000°C，所述燒結的時間為Ih?2h ;
[0008]步驟三、以KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中附著有銅纖維多孔層的銅基體為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為0.5mA/cm2?2mA/cm2，電壓為220V的條件下陽極氧化5min?20min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0009]上述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述銅基體為銅板或銅管。
[0010]上述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，所述銅板的厚度為Imm?5mm,所述銅管的外徑為6mm?20mm,所述銅管的壁厚為Imm?2mm。[0011]上述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述銅纖維毛坯氈和銅纖維燒結氈的絲徑均為30 μ m?160 μ m。
[0012]上述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述清洗劑為丙酮或無水乙醇。
[0013]上述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟三中所述KOH溶液的濃度為0.5mol/L?2mol/L。
[0014]本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0015]1、本發(fā)明首先將銅纖維氈鋪覆于銅基體表面，再進行燒結處理，將銅基體與銅纖維氈燒結為一體，并在銅基體表面形成具有高孔隙率的銅纖維多孔表面，并且所形成的孔為微米級大孔，然后進行陽極氧化處理，通過對工藝參數的控制和優(yōu)化，使得銅纖維表面形成數量眾多的納米級微孔。由于具有微米級大孔和納米級微孔共存的雙重孔結構，本發(fā)明所制備的多孔銅材料具有更大的熱交換面積和更多的汽化核心數目，沸騰傳熱效果得到顯著提高。
[0016]2、本發(fā)明強化沸騰傳熱用多孔銅材料的表面為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成，該雙重孔結構的比表面積大，汽化核心數目多，傳熱效果好。本發(fā)明強化沸騰傳熱材料的沸騰傳熱性能比光面材料的沸騰傳熱性能提高了 5倍以上，比具有傳統(tǒng)單孔結構的材料提高了 I倍以上。
[0017]3、本發(fā)明采用銅管或銅板為基體材料，采用銅纖維氈為多孔骨架制備強化沸騰傳熱材料，充分利用金屬銅優(yōu)良的導熱性能，所制備的強化沸騰傳熱材料熱傳導性能優(yōu)良，沸騰傳熱效率高。
[0018]4、本發(fā)明制備方法簡單，設計合理，易于實現。
[0019]5、本發(fā)明可操作性強，適于大規(guī)模生產，具有重要的實用價值和推廣意義。
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1制備的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料在放大倍率為50倍條件下的電鏡顯微照片。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1制備的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料在放大倍率為15000倍條件下的電鏡顯微照片。
[0023]圖3為本發(fā)明實施例5制備的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料在放大倍率為50倍條件下的電鏡顯微照片。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例5制備的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料在放大倍率為10000倍條件下的電鏡顯微照片。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0027]步驟一、將銅板和銅纖維氈分別放入盛裝有丙酮的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的厚度為2_，所述銅纖維氈為絲徑為60 μ m的銅纖維毛還租;
[0028]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅板表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅板放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅板表面附著一層厚度為2mm，孔隙率為90%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為900°C，所述燒結的時間為Ih ；
[0029]步驟三、以濃度為lmol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中上表面附著有銅纖維多孔層的銅板為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為ImA/cm2，電壓為300V的條件下陽極氧化lOmin，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0030]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，在放大倍率為50倍條件下的電鏡顯微照片見圖1，在放大倍率為15000倍條件下的電鏡顯微照片見圖2。由圖1和圖2可知，本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅板的沸騰傳熱性能提高了 6倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅板的沸騰傳熱性能提高了 1.5倍。
[0031]實施例2
[0032]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0033]步驟一、將銅板和銅纖維氈分別放入盛裝有無水乙醇的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的厚度為2mm，所述銅纖維氈為絲徑為160 μ m的銅纖維燒結氈；
[0034]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅板表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅板放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅板表面附著一層厚度為0.5mm，孔隙率為95%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為1000°C，所述燒結的時間為2h ；
[0035]步驟三、以濃度為0.5mol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中上表面附著有銅纖維多孔層的銅板為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為0.5mA/cm2,電壓為380V的條件下陽極氧化5min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0036]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅板的沸騰傳熱性能提高了 5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅板的沸騰傳熱性能提高了I倍。
[0037]實施例3
[0038]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、將銅板和銅纖維氈分別放入盛裝有無水乙醇的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的厚度為2mm，所述銅纖維氈為絲徑為30 μ m的銅纖維毛坯氈；
[0040]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅板表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅板放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅板表面附著一層厚度為3mm，孔隙率為80%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為850°C，所述燒結的時間為2h ；
[0041]步驟三、以濃度為2mol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中上表面附著有銅纖維多孔層的銅板為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為2mA/cm2，電壓為220V的條件下陽極氧化20min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0042]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅板的沸騰傳熱性能提高了 5.5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅板的沸騰傳熱性能提高了 2倍。
[0043]實施例4
[0044]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0045]步驟一、將銅板和銅纖維氈分別放入盛裝有丙酮的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的厚度為5mm，所述銅纖維氈為絲徑為120 μ m的銅纖維燒結租;
[0046]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅板表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅板放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅板表面附著一層厚度為1.5mm，孔隙率為85%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為950°C，所述燒結的時間為1.5h ；
[0047]步驟三、以濃度為1.5mol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中上表面附著有銅纖維多孔層的銅板為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為1.5mA/cm2,電壓為380V的條件下陽極氧化15min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0048]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅板的沸騰傳熱性能提高了 6.5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅板的沸騰傳熱性能提高了 1.5倍。
[0049]實施例5
[0050]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0051]步驟一、將銅管和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的壁厚為2mm，外徑為50mm，所述銅纖維氈為絲徑為100 μ m的銅纖維毛還租；
[0052]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈包覆于烘干后的銅管的外表面，然后將包覆有銅纖維氈的銅管放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅管外表面附著一層厚度為2mm，孔隙率為85%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為950°C，所述燒結的時間為2h ；
[0053]步驟三、以濃度為Olmol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中表面附著有銅纖維多孔層的銅管為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為1.5mA/cm2,電壓為380V的條件下陽極氧化5min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0054]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，在放大倍率為50倍條件下的電鏡顯微照片見圖3，在放大倍率為10000倍條件下的電鏡顯微照片見圖4。由圖3和圖4可知，本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅管的沸騰傳熱性能提高了 5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅管的沸騰傳熱性能提高了 I倍。
[0055]實施例6
[0056]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0057]步驟一、將銅管和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅板的壁厚為1mm，外徑為20mm，所述銅纖維氈為絲徑為30 μ m的銅纖維燒結氈；[0058]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈包覆于烘干后的銅管的外表面，然后將包覆有銅纖維氈的銅管放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅管外表面附著一層厚度為2mm，孔隙率為90%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為850°C，所述燒結的時間為2h ；
[0059]步驟三、以濃度為lmol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中表面附著有銅纖維多孔層的銅管為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為ImA/cm2，電壓為220V的條件下陽極氧化lOmin，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0060]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅管的沸騰傳熱性能提高了 5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅管的沸騰傳熱性能提高了I倍。
[0061]實施例7
[0062]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0063]步驟一、將銅管和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；壁厚為1mm，所述銅板的外徑為200mm，所述銅纖維氈為絲徑為160 μ m的銅纖維毛還租；
[0064]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈包覆于烘干后的銅管的外表面，然后將包覆有銅纖維氈的銅管放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅管外表面附著一層厚度為2mm，孔隙率為90%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為1000°C，所述燒結的時間為Ih ；
[0065]步驟三、以濃度為lmol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中表面附著有銅纖維多孔層的銅管為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為ImA/cm2，電壓為220V的條件下陽極氧化lOmin，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0066]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅管的沸騰傳熱性能提高了 5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅管的沸騰傳熱性能提高了I倍。
[0067]實施例8
[0068]本實施例強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法包括以下步驟:
[0069]步驟一、將銅管和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；壁厚為5mm，所述銅板的外徑為300mm，所述銅纖維氈為絲徑為80 μ m的銅纖維燒結氈；
[0070]步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈包覆于烘干后的銅管的外表面，然后將包覆有銅纖維氈的銅管放入燒結爐中燒結，自然冷卻后在銅管外表面附著一層厚度為2mm，孔隙率為95%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為900°C，所述燒結的時間為1.5h ；
[0071]步驟三、以濃度為1.5mol/L的KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中表面附著有銅纖維多孔層的銅管為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為1.5mA/cm2,電壓為220V的條件下陽極氧化15min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
[0072]利用電子顯微鏡對本實施例多孔銅材料進行觀測，可知本實施例多孔銅材料確為雙重孔結構，由微米級大孔和納米級微孔組成。對本實施例多孔銅材料進行強化沸騰傳熱試驗，測得本實施例多孔銅材料的沸騰傳熱性能比光面銅管的沸騰傳熱性能提高了 5倍，比傳統(tǒng)的具有單孔結構銅管的沸騰傳熱性能提高了I倍。
[0073]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、將銅基體和銅纖維氈分別放入盛裝有清洗劑的超聲波清洗機中進行超聲波清洗，然后置于烘箱中烘干；所述銅纖維氈為銅纖維毛坯氈或銅纖維燒結氈； 步驟二、將步驟一中烘干后的銅纖維氈鋪覆于烘干后的銅基體表面，然后將鋪覆有銅纖維氈的銅基體放入燒結爐中，在氫氣氣氛的保護下進行燒結，自然冷卻后在銅基體表面附著一層厚度為0.5mm?3mm,孔隙率為80%?95%的銅纖維多孔層；所述燒結的溫度為850°C?1000°C，所述燒結的時間為Ih?2h ; 步驟三、以KOH溶液為陽極氧化電解液，以步驟二中附著有銅纖維多孔層的銅基體為陽極，以不銹鋼板為陰極，在電流密度為0.5mA/cm2?2mA/cm2，電壓為220V的條件下陽極氧化5min?20min，得到強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料。
2.根據權利要求1所述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述銅基體為銅板或銅管。
3.根據權利要求2所述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，所述銅板的厚度為Imm?5mm,所述銅管的外徑為6mm?20mm,所述銅管的壁厚為Imm ?2mm。
4.根據權利要求1所述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述銅纖維毛坯氈和銅纖維燒結氈的絲徑均為30 μ m?160 μ m。
5.根據權利要求1所述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述清洗劑為丙酮或無水乙醇。
6.根據權利要求1所述的強化沸騰傳熱用雙重孔結構多孔銅材料的制備方法，其特征在于，步驟三中所述KOH溶液的濃度為0.5mol/L?2mol/L。
【文檔編號】B32B15/14GK103465543SQ201310460362
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】支浩, 湯慧萍, 朱紀磊, 李廣忠, 李綱, 王建忠, 敖慶波, 馬軍, 李愛軍, 許忠國 申請人:西北有色金屬研究院