CN102430752B - 一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，该方法为：一、采用打磨法对金属基板上与金属纤维多孔材料结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的金属基板上的油污清洗干净后烘干；二、将金属粉末配制成悬浮液；三、将金属纤维多孔材料与金属基板结合的一面浸渍在悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；四、将吸附悬浮液的金属纤维多孔材料置于金属基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；五、将坯料置于烧结炉中进行烧结，随炉冷却得到金属纤维复合多孔表面。本发明的方法在不破坏金属多孔材料的同时使金属基板与金属纤维多孔材料之间进行较强结合，获得的金属纤维复合多孔表面热阻小，传热效果好。
Description
技术领域
本发明属于多孔表面制备技术领域，具体涉及一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法。
背景技术
金属多孔表面由于其独特的强化传热机理和高效的传热性能，已成为一种具有广泛应用前景的新型换热表面。现有的传热用金属多孔表面制造方法主要有：机械加工法、粉末烧结法以及纤维缠绕法等。
机械加工法对管材的原始尺寸公差要求严格，且只适用于软金属材料。虽然可以大量生产多孔管，但是它无法加工很小的空隙，因而对其传热性能的提高有限，而且在表面张力较小的介质中使用效果不明显。粉末烧结法制造的多孔表面管加工工艺复杂、孔隙不规整、连通性较差、能耗大、有三废污染，且在高温下容易产生退火变形，而且在带来高效强化效果的同时，也产生了严重的沸腾滞后，特别是不适合不规则表面的加工制作。
金属纤维多孔表面与机械加工法和粉末烧结法制备的多孔表面相比，具有孔隙度高、传热比表面积大、汽化核心数目多、无污染、比重轻等优点。但是现今的金属纤维多孔表面以缠绕为主，对纤维与基体的界面结合未能足够重视，这种结合方式直接导致其热阻增大，影响传热效果。因此改善金属纤维多孔材料与基板的界面结合，对金属纤维多孔表面的制备有至关重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度界面结合的传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法。该方法在不破坏金属多孔材料的同时使金属基板与金属纤维多孔材料之间进行较强结合。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用打磨法对金属基板上与金属纤维多孔材料结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的金属基板上的油污清洗干净后烘干；所述金属基板和金属纤维多孔材料的材质相同；
步骤二、配制分散剂质量浓度为2％～10％的水溶液，然后将金属粉末加入水溶液中，得到悬浮液；
步骤三、将金属纤维多孔材料与金属基板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述金属纤维多孔材料浸渍于悬浮液中的厚度为0.1mm～0.5mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的金属纤维多孔材料按照吸附有悬浮液的一面与金属基板接触的方式置于步骤一中烘干后的金属基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中进行烧结，随炉冷却得到金属纤维复合多孔表面。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤二中所述分散剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤二中所述悬浮液中金属粉末的质量浓度为2％～10％；
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤五中所述烧结的制度为：烧结温度900℃～1250℃，升温速率5℃/min～15℃/min，保温时间1h～3h。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤五中所述烧结过程中对坯料施加50Pa～200Pa的压力。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤五中所述烧结过程是在氢气或氩气的气氛保护下进行，或者在真空下进行。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，步骤五中所述烧结后还包括采用线切割机对烧结后的金属纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用液压机对修剪后的金属纤维复合多孔表面进行平整处理。
上述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，所述液压机为100吨液压机，平整处理的压力不大于1MPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明制备方法简单，设计合理，易于实现。
2、本发明的方法在不破坏金属多孔材料的同时使金属基板与金属纤维多孔材料之间进行较强结合，获得的金属纤维复合多孔表面热阻小，传热效果好。
3、本发明通过线切割机和液压机对烧结后的金属纤维复合多孔表面进行修剪和平整，调整到所需的尺寸和厚度，在平整厚度的过程中，使用的压力较小，因此平整对于金属纤维复合多孔表面孔结构的影响可以忽略不计。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
步骤一、选取烧结过的丝径为80μm，孔隙度90％的紫铜纤维毡作为多孔材料，2mm厚的紫铜板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨紫铜板上与紫铜纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的紫铜板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为140μm～160μm的紫铜粉末，加入质量浓度为2％的聚乙烯醇水溶液中配制成紫铜粉末质量浓度为8％的悬浮液；
步骤三、将紫铜纤维毡与紫铜板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述紫铜纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.2mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的紫铜纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与紫铜板接触的方式置于步骤一中烘干后的紫铜板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在氢气保护下，升温速率为15℃/min的条件下升温至900℃～950℃进行烧结，保温2h，烧结过程中对坯料施加50Pa压力，随炉冷却得到紫铜纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的紫铜纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的紫铜纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的紫铜纤维复合多孔表面的热阻比紫铜板与紫铜纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比紫铜光表面的传热性能提高3～6倍。
实施例2
步骤一、选取烧结过的丝径为60μm，孔隙度80％的紫铜纤维毡作为多孔材料，2mm厚的紫铜板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨紫铜板上与紫铜纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的紫铜板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为100μm～110μm的紫铜粉末，加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液中配制成紫铜粉末质量浓度为10％的悬浮液；
步骤三、将紫铜纤维毡与紫铜板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述紫铜纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.1mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的紫铜纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与紫铜板接触的方式置于步骤一中烘干后的紫铜板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在氢气保护下，升温速率为10℃/min的条件下升温至900℃～950℃进行烧结，保温3h，烧结过程中对坯料施加200Pa压力，随炉冷却得到紫铜纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的紫铜纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的紫铜纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的紫铜纤维复合多孔表面的热阻比紫铜板与紫铜纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比紫铜光表面的传热性能提高3～6倍。
实施例3
步骤一、选取烧结过的丝径为50μm，孔隙度90％的不锈钢纤维毡作为多孔材料，1mm厚的不锈钢板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨不锈钢板上与不锈钢纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的不锈钢板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为100μm～120μm的不锈钢粉末，加入质量浓度为2％的聚乙二醇水溶液中配制成不锈钢粉末质量浓度为2％的悬浮液；
步骤三、将不锈钢纤维毡与不锈钢板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述不锈钢纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.5mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的不锈钢纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与不锈钢板接触的方式置于步骤一中烘干后的不锈钢板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在氩气保护下，升温速率为5℃/min的条件下升温至1200℃～1250℃进行烧结，保温1h，烧结过程中对坯料施加150Pa压力，随炉冷却得到不锈钢纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的不锈钢纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的不锈钢纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的不锈钢纤维复合多孔表面的热阻比不锈钢板与不锈钢纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比不锈钢光表面的传热性能提高3～5倍。
实施例4
步骤一、选取烧结过的丝径为20μm，孔隙度90％的不锈钢纤维毡作为多孔材料，1mm厚的不锈钢板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨不锈钢板上与不锈钢纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的不锈钢板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为60μm～80μm的不锈钢粉末，加入质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液中配制成不锈钢粉末质量浓度为10％的悬浮液；
步骤三、将不锈钢纤维毡与不锈钢板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述不锈钢纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.3mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的不锈钢纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与不锈钢板接触的方式置于步骤一中烘干后的不锈钢板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在升温速率为15℃/min的条件下升温至1000℃～1050℃进行真空烧结，保温3h，烧结过程中对坯料施加200Pa压力，随炉冷却得到不锈钢纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的不锈钢纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的不锈钢纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的不锈钢纤维复合多孔表面的热阻比不锈钢板与不锈钢纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比不锈钢光表面的传热性能提高3～5倍。
实施例5
步骤一、选取烧结过的丝径为12μm，孔隙度80％的不锈钢纤维毡作为多孔材料，1mm厚的不锈钢板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨不锈钢板上与不锈钢纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的不锈钢板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为40μm～50μm的不锈钢粉末，加入质量浓度为10％的聚乙二醇水溶液中配制成不锈钢粉末质量浓度为8％的悬浮液；
步骤三、将不锈钢纤维毡与不锈钢板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述不锈钢纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.1mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的不锈钢纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与不锈钢板接触的方式置于步骤一中烘干后的不锈钢板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在升温速率为8℃/min的条件下升温至1200℃～1250℃进行真空烧结，保温2h，烧结过程中对坯料施加50Pa压力，随炉冷却得到不锈钢纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的不锈钢纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的不锈钢纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的不锈钢纤维复合多孔表面的热阻比不锈钢板与不锈钢纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比不锈钢光表面的传热性能提高3～5倍。
实施例6
步骤一、选取烧结过的丝径为50μm，孔隙度70％的紫铜纤维毡作为多孔材料，2mm厚的紫铜板作为基板，裁剪尺寸为100mm×100mm，采用砂纸打磨紫铜板上与紫铜纤维毡结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的紫铜板上的油污清洗干净后烘干；
步骤二、选取颗粒直径为80μm～90μm的紫铜粉末，加入质量浓度为6％的聚乙二醇水溶液中配制成紫铜粉末质量浓度为2％的悬浮液；
步骤三、将紫铜纤维毡与紫铜板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述紫铜纤维毡浸渍于悬浮液中的厚度为0.5mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的紫铜纤维毡按照吸附有悬浮液的一面与紫铜板接触的方式置于步骤一中烘干后的紫铜板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中，在氩气保护下，升温速率为5℃/min的条件下升温至950℃～1000℃进行烧结，保温1h，烧结过程中对坯料施加100Pa压力，随炉冷却得到紫铜纤维复合多孔表面；采用线切割机对烧结后的紫铜纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用100吨液压机，在压力不大于1MPa的条件下对修剪后的紫铜纤维复合多孔表面进行平整处理。
本实施例制备的紫铜纤维复合多孔表面的热阻比紫铜板与紫铜纤维毡直接复合的材料的热阻降低1/2左右，复合多孔表面的传热性能比紫铜光表面的传热性能提高3～6倍。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用打磨法对金属基板上与金属纤维多孔材料结合的一面进行粗糙化处理，然后将经粗糙化处理后的金属基板上的油污清洗干净后烘干；所述金属基板和金属纤维多孔材料的材质相同；
步骤二、配制分散剂质量浓度为2％～10％的水溶液，然后将金属粉末加入水溶液中，得到悬浮液；
步骤三、将金属纤维多孔材料与金属基板结合的一面浸渍在步骤二中所述悬浮液中，利用毛细管力吸附悬浮液；所述金属纤维多孔材料浸渍于悬浮液中的厚度为0.1mm～0.5mm；
步骤四、将步骤三中吸附悬浮液的金属纤维多孔材料按照吸附有悬浮液的一面与金属基板接触的方式置于步骤一中烘干后的金属基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步骤五、将步骤四中所述坯料置于烧结炉中进行烧结，随炉冷却得到金属纤维复合多孔表面。
2.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤二中所述分散剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。
3.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤二中所述悬浮液中金属粉末的质量浓度为2％～10％。
4.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤五中所述烧结的制度为：烧结温度900℃～1250℃，升温速率5℃/min～15℃/min，保温时间1h～3h。
5.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤五中所述烧结过程中对坯料施加50Pa～200Pa的压力。
6.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤五中所述烧结过程是在氢气或氩气的气氛保护下进行，或者在真空下进行。
7.根据权利要求1所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，步骤五中所述烧结后还包括采用线切割机对烧结后的金属纤维复合多孔表面进行修剪，然后采用液压机对修剪后的金属纤维复合多孔表面进行平整处理。
8.根据权利要求7所述的一种传热用金属纤维复合多孔表面的制备方法，其特征在于，所述液压机为100吨液压机，平整处理的压力不大于1MPa。
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