專利名稱：一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于熱管吸液芯、均熱板、毛細(xì)泵環(huán)等的蒸發(fā)器、換熱器的換熱芯等的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，隨著能源危機(jī)的逐步發(fā)脹，節(jié)約能源和有效利用自然資源成為全世界關(guān)注的話題。步入二十一世紀(jì)，各種電子電器產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，功率要求也在不斷提高，各方面原因?qū)е律釂?wèn)題越來(lái)越突出。微尺度熱管理與熱質(zhì)輸運(yùn)已成為微電及光電器件能否可靠工作的關(guān)鍵。多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)能夠引起流體強(qiáng)烈的摻混，即使在低流速下能大大改善傳熱情況。具有多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的換熱器擁有良好的換熱性能，不僅可以增加能源有效利用率，而且能夠促進(jìn)節(jié)能機(jī)械和電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，其核心在于設(shè)計(jì)一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)。目前，強(qiáng)化沸騰傳熱的主要方法是改善換熱器的傳熱表面結(jié)構(gòu)，常用的表面結(jié)構(gòu)有各種形狀的溝槽、肋片和多孔表面。這些結(jié)構(gòu)可以增加沸騰表面汽化核心數(shù)目，提高沸騰的臨熱流密度，降低液體沸騰所需的過(guò)熱溫度，增加沸騰表面的氣泡成核位置，起到強(qiáng)化沸騰傳熱的作用。多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)因其高效沸騰換熱、低溫差沸騰、高臨界熱流密度和良好的反堵塞能力，在工業(yè)工程應(yīng)用廣泛。熱質(zhì)輸運(yùn)強(qiáng)化多孔結(jié)構(gòu)制造方面，主要有化學(xué)刻蝕、微機(jī)械加工、激光刻蝕、燒結(jié)成形等方法。雖然化學(xué)刻蝕、微機(jī)械加工、激光刻蝕方法能加工極微細(xì)甚至納米尺度的多孔結(jié)構(gòu)，但由于高昂的成本、冗長(zhǎng)的制造周期，在推廣應(yīng)用上仍面臨難題。因此，研究新型多孔結(jié)構(gòu)低成本、高效率的制造方法，深入研究多孔結(jié)構(gòu)熱質(zhì)輸運(yùn)機(jī)理，提高微型器件的熱質(zhì)輸運(yùn)性能具有重要的理論和實(shí)踐意義。而內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)由于其兼具多孔結(jié)構(gòu)與內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，并彌補(bǔ)多孔材料流動(dòng)阻力大的缺陷，可以預(yù)期其將進(jìn)一步強(qiáng)化熱質(zhì)輸運(yùn)效果，目前燒結(jié)型的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)還未見(jiàn)有報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用于熱管吸液芯、均熱板、毛細(xì)泵環(huán)等的蒸發(fā)器、換熱器的換熱芯等的內(nèi)凹槽多孔表面材料的技術(shù)不足，提供一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的換熱器。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:提供一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，包括由金屬粉末燒結(jié)后形成的顆粒分布均勻的金屬燒結(jié)氈，金屬燒結(jié)氈上均勻分布有若干內(nèi)凹槽。[0011]優(yōu)選地，所述內(nèi)凹槽的截面形狀為倒“ Q ”形。優(yōu)選地,所述金屬燒結(jié)租的厚度在2mm 3mm之間。優(yōu)選地,所述金屬粉末的直徑在65 ii m 140 ii m之間，金屬粉末的形狀是球形或枝形，所述金屬粉末為銅粉或鎳粉。一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于包括如下步驟:(I)采用線切割工藝加工平面石墨模具；(2)在無(wú)壓力狀態(tài)下，將金屬粉末填充至平面石墨模具組合形成的空腔內(nèi)，使金屬粉末充分填滿空腔為止；(3)將填滿金屬粉末的平面石墨模具置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，并通入氫氣作為氣體保護(hù)，在 800°C 900°C下，保溫 30min 90min ；(4)爐冷至室溫，然后拔模則可得到其上均勻分布有內(nèi)凹槽的金屬燒結(jié)氈，即所述內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，步驟(I)中，所述平面石墨模具包括上模具、中模具與下模具，下模具上表面通過(guò)線切割形成均勻分布的軸向凸起結(jié)構(gòu)，與內(nèi)凹槽互補(bǔ)；所述中模具內(nèi)部中空，且中模具設(shè)在下模具上；上模具為平面石墨板，填充粉末后，將上模具設(shè)于中模具上。優(yōu)選地，所述軸向凸起結(jié)構(gòu)的截面形狀為“ Q ”形；優(yōu)選地，所述軸向凸起結(jié)構(gòu)的形狀通過(guò)鑰絲控制。優(yōu)選地，所述中模具的高度在2mm 3mm之間，因此燒結(jié)而成的多孔金屬氈也是2mm 3mm0優(yōu)選地，步驟(4)中，所述拔模是將上、中模具取下，然后沿內(nèi)凹槽軸向?qū)⒔饘俜勰Y(jié)形成的金屬燒結(jié)氈推出，得到內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰結(jié)構(gòu)。內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)在電子電器產(chǎn)品換熱器中的應(yīng)用。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:1、本實(shí)用新型內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)具有孔隙率大、結(jié)合強(qiáng)度高、比表面積大與熱阻低等優(yōu)點(diǎn)，能夠在沸騰時(shí)提供大量的沸騰核心，多孔表面上汽泡發(fā)射頻率很高，汽泡的產(chǎn)生、上升和液體的補(bǔ)充會(huì)造成液膜內(nèi)發(fā)生劇烈的局部團(tuán)塊運(yùn)動(dòng)，有利于沸騰傳
執(zhí).[0026]2、該內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)單，采用石墨為模具，脫模比較容易，不易損壞即使金屬粉末結(jié)構(gòu)，操作便捷，生產(chǎn)成本低；3、該內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的多孔表面具有良好的毛細(xì)管特性，可以保持壁面的足夠潤(rùn)濕，防止熱斑、局部干燥而引起的局部結(jié)疤和聚合物沉積，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)化沸騰傳熱，提高了其傳熱系數(shù)及臨界熱流密度，具有良好的強(qiáng)化傳熱效果。

圖1是Q形槽銅球粉(75 IlOiim)掃描電鏡(SEM)放大圖；圖2是中模具和下模具組合后的軸測(cè)圖；圖3是石墨平面模具的剖面圖；圖4是微通道換熱器組合的爆炸圖；圖5是微通道換熱器組合的剖面圖；[0033]圖6是Q形槽銅球粉(75 110 ii m)掃描電鏡(SEM)俯視圖；圖7是Q形槽銅球粉(75 110 ii m)掃描電鏡(SEM)圖；圖8是Q形槽銅枝粉(75 110 ii m)掃描電鏡(SEM)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。除非特別說(shuō)明，本實(shí)用新型采用的材料和加工方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)材料和加工方法。實(shí)施例1一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，包括由金屬粉末燒結(jié)后形成的顆粒分布均勻的金屬燒結(jié)氈4，金屬燒結(jié)氈4上均勻分布有若干內(nèi)凹槽。如圖1所示，內(nèi)凹槽的截面形狀為倒“ Q ”形。金屬粉末為銅粉，金屬粉末的顆粒形狀是球形。上述內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟:(I)采用線切割工藝加工平面石墨模具；如圖2和3所示，平面石墨模具由上模具
1、中模具2、下模具3三部分組成，下模具3通過(guò)線切割形成均勻分布的軸向凸起結(jié)構(gòu)，軸向凸起結(jié)構(gòu)與內(nèi)凹槽結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，由鑰絲的軌跡控制凸起結(jié)構(gòu)的形狀；中模具內(nèi)部中空，且中模具設(shè)在下模具上，中模具的高度在2 3_之間，因此燒結(jié)而成的多孔金屬氈也是2 3_ ;上模具為平面石墨板，填充粉末后，將上模具嵌入中模具內(nèi)。(2)在無(wú)壓力狀態(tài)下，將金屬粉末填充至平面石墨模具組合形成的空腔內(nèi)，使金屬粉末充分填滿空腔為止；如圖2和3所示所示，先將正方形下模具3水平放置，然后將中模具2 (正方形方框)輕輕置于下模具3上，使其包圍下模具3的軸向凸起結(jié)構(gòu)。將75 llOym的Q形槽銅球粉均勻填滿中模具2與下模具3形成的空腔內(nèi)，填充時(shí)適時(shí)振蕩模具，使銅球粉充分填充；沿軸向凸起結(jié)構(gòu)31軸向方向?qū)⑸夏＞逫緊貼中模具2上表面推入，將填充完畢的空腔蓋實(shí)。(3)將填滿金屬粉末的平面石墨模具置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，并通入氫氣作為氣體保護(hù)，在800 900°C下，保溫30 90分鐘。(4)爐冷至室溫，將上、中模具輕輕取下，然后沿凹形槽軸向方向?qū)⒔饘贌Y(jié)氈輕輕推出，得到如圖6和7所示的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)。內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)在電子電器產(chǎn)品換熱器中的應(yīng)用:微通道換熱器的組合。如圖4和5所示，將加熱銅塊9嵌入流動(dòng)腔體6的中間凹槽內(nèi)；將內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)8置于加熱銅塊9上，且兩者之間涂覆一層導(dǎo)熱硅脂；內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)8與流道腔體6流道平齊；再將加熱銅塊9置于保溫電木11的腔體中，保溫電木11通過(guò)熱電偶10保溫；上蓋板5與流動(dòng)腔體6之間設(shè)有密封墊圈7 ;通過(guò)螺栓，將上蓋板5、流動(dòng)腔體6、保溫電木11鎖緊組合，從而制得微通道換熱器。該微通道換熱器具有內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)8，從而提高了傳熱系數(shù)及臨界熱流密度，具有良好的強(qiáng)化傳熱效果。實(shí)施例2本實(shí)施例除下述特征外，其他均與實(shí)施例1相同:如圖8所示，金屬粉末的顆粒形狀是枝形。[0048]上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。即凡依本實(shí)用新型內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括由金屬粉末燒結(jié)后形成的顆粒分布均勻的金屬燒結(jié)氈，金屬燒結(jié)氈上均勻分布有若干內(nèi)凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)凹槽的截面形狀為倒“ Q ”形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬燒結(jié)租的厚度在2mm 3mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬粉末的直徑在65 ii m 140 ii m之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬粉末為銅粉或鎳粉， 所述金屬粉末的顆粒形狀是球形或枝形。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)，包括由金屬粉末燒結(jié)后形成的顆粒分布均勻的金屬燒結(jié)氈，金屬燒結(jié)氈上均勻分布有若干內(nèi)凹槽。該內(nèi)凹槽多孔強(qiáng)化沸騰微通道結(jié)構(gòu)的多孔表面具有良好的毛細(xì)管特性，可以保持壁面的足夠潤(rùn)濕，防止熱斑、局部干燥而引起的局部結(jié)疤和聚合物沉積，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)化沸騰傳熱，提高了其傳熱系數(shù)及臨界熱流密度，具有良好的強(qiáng)化傳熱效果。
文檔編號(hào)F28D15/04GK203083410SQ20122047564
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者沈玉琴, 張仕偉, 黃光漢 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)