CN103341630B - 一种微通道芯体制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微通道芯体制造工艺，包括如下步骤：A将微丝排列放置在腔体内，微丝之间、微丝与腔体之间形成空隙；B将金属粉末或非金属粉末加入空隙中，经过超声波振动或机械式振动后，施加压力将其密实成型，得到芯体基体；C用物理方法或化学方法将微丝去除或腐蚀；D去除微丝后，在真空中或惰性气体保护性气氛中将形成微通道的芯体基体熔融成型或烧结成型，得到微通道芯体。本发明工艺简单，成本低，可以在形成微通道芯体的基础上，通过塑性变形形成纳米级的二次微通道；可以实现催化剂在微通道内的壁载功能；可以使用耐腐蚀、耐高温、耐高压的合金粉末形成芯体基体。
Description
技术领域
本发明涉及一种微通道芯体制造工艺。
背景技术
迄今为止，国内外加工微通道芯体的方法大都采用以光刻、微机械加工、微蚀刻、多纤维拉制、激光化学三维写入、石蜡酸蚀、模块式构件组装及微图形转印等工艺方法的技术路线；其基体材料大多采用硅酸盐玻璃类、陶瓷类、有机类、金属类等；但其微通道几乎均在平面上形成二分之一的微通道后再用对称的另一部分弥合继而才能形成微通道整体构造，加工工艺复杂，加工成本高，且微通道的几何特征几乎为矩形、梯形且精度很难保证，同时微通道的深度也受到限制；而微通道的内表面由于微加工工艺的的局限性，对于一些非金属材料其微通道内表面较粗糙，而且其微通道闭合处的细微缝隙很难弥合，因此，其微通道几何端面的性状及进一步微细化、精密度的进一步精准尚不能满足诸多领域的需求；特别是在芯体基体的材料选择上，目前尚很难用耐腐蚀、耐高温、耐高压的合金加工出微通道芯体。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、成本低的微通道芯体制造工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的一种微通道芯体制造工艺，包括如下步骤：
A. 将微丝按所需形成的微通道形状排列放置在腔体内，微丝之间、微丝与腔体之间形成空隙；
B. 选取金属粉末或非金属粉末作为灌注物加入空隙中，经过超声波振动或机械式振动后，施加压力将灌注物密实成型，得到芯体基体；
C. 步骤B后，用物理方法将微丝取出或用化学方法将微丝腐蚀，即可在芯体基体上形成微通道；
D. 将微丝去除后，在真空中或惰性气体保护性气氛中将形成微通道的芯体基体熔融成型或烧结成型，得到微通道芯体。
作为上述技术方案的改进，所述的步骤B在常温下或加热温度低于微丝熔点的前提下，采用物理方法将微丝取出。
进一步，所述的步骤B中的灌注物为有机材料，步骤D后，对微通道芯体进行加热直至使其软化，并采用加压方式使其塑性变形，以形成微米级或纳米级的二次微通道。
进一步，所述步骤D后，首先将微通道芯体放入器皿中真空处理，然后将所需的催化剂注入器皿中浸泡微通道芯体，使催化剂吸附于微通道内表面的微小孔隙中，以实现微通道内催化剂的壁载功能。
进一步，所述排列放置在腔体内的微丝可采用相同直径或不同直径、相同材质或不同材质。
本发明的有益效果是：本发明通过将微丝排列放置在腔体内，接着选取金属粉末或非金属粉末灌注在微丝之间、微丝与腔体之间空隙中，并使其密实成型得到芯体基体，然后用物理或化学方法将微丝取出或蚀掉，最后将芯体基体熔融成型或烧结成型得到微通道芯体，本发明工艺简单，成本低，可以通过不同直径、不同物质的微丝经过不同的排列方式形成形状各异的微通道，可以在形成微通道芯体的基础上，使微通道塑性变形，形成纳米级的二次微通道；可以实现催化剂在微通道内的壁载功能，以加快化学反应速率；可以使用耐腐蚀、耐高温、耐高压的合金粉末形成芯体基体，以适应不同应用领域的特殊需求。
具体实施方式
本发明的一种微通道芯体制造工艺，包括如下步骤：
A. 将微丝按所需形成的微通道形状排列放置在腔体内，微丝之间、微丝与腔体之间形成空隙；
在排列微丝时，需要借助夹具将微丝固定以此来控制微丝之间间距；排列放置在腔体内的微丝可采用相同直径或不同直径、相同材质或不同材质；所述微丝在腔体内排列形成单层或多层结构，多层结构时，层与层之间可以相互平行或交叉；微丝的轴线可以呈直线或弯曲线，以此形成直的微通道或弯曲的微通道；所述微丝可以为金属微丝，如铜、不锈钢、钛合金、铂金、钼合金、金、银、钨等金属微丝，也可以是非金属微丝，如有机高强化纤微丝等；所述腔体可以为金属腔体或非金属腔体。
B. 选取金属粉末或非金属粉末作为灌注物加入空隙中，经过超声波振动或机械式振动后，施加压力将灌注物密实成型，得到芯体基体；
灌注物可以根据微通道芯体的使用需求选取金属粉末或非金属粉末，金属粉末可以是耐腐蚀的钛合金、镍合金粉末、高强度的钨合金粉，也可以是高热传导性的银金属、铜金属粉末等等；非金属粉末可以是无机材料，如玻璃类、陶瓷类、氮化硼、碳化硼类粉末，也可以是有机材料，如塑胶类粉末等等。
C. 步骤B后，用物理方法将微丝取出或用化学方法将微丝腐蚀，即可在芯体基体上形成微通道；
若微丝之间无交叉，则可以采用物理方法将微丝取出，若微丝之间有相互交叉，则采用化学方法将微丝腐蚀，腐蚀过程中，芯体基体并不发生反应。采用物理方法抽丝时，可以在常温下进行，或者在加热温度低于微丝熔点的前提下进行。
D. 将微丝去除后，在真空中或惰性气体保护性气氛中将形成微通道的芯体基体熔融成型或烧结成型，得到微通道芯体。
微丝去除后形成的微通道与微丝在结构形状和尺寸上保持一致，在真空中或惰性气体保护性气氛中将其熔融成型或烧结成型，当微通道芯体冷却后，其微通道的水力学直径会由于液相收缩亦可进一步缩小。由本发明工艺形成的微通道其材料的力学性能可保持各向同性，其截面的几何形状和表面性状均可保持热力学的稳定性。
为了进一步缩小微通道的尺寸，所述的步骤B中的灌注物为有机材料时，步骤D后，对微通道芯体进行加热直至使其软化，并采用加压方式使其塑性变形，可以通过调节施加压力的大小以形成微米级或纳米级的二次微通道。
由于本发明采用金属粉末或非金属粉末烧结成型或熔融成型，所形成的微通道芯体的微通道内表面具有一定的粗糙度，因而具有一定的吸附能力，所述步骤D后，首先将微通道芯体放入器皿中真空处理，然后将所需的催化剂注入器皿中浸泡微通道芯体，使催化剂吸附于微通道内表面的微小孔隙中，以实现微通道内催化剂的壁载功能，拓宽了本发明的应用范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/ 或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微通道芯体制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A．将微丝按所需形成的微通道形状排列放置在腔体内，微丝之间、微丝与腔体之间形成空隙；
B．选取金属粉末或非金属粉末作为灌注物加入空隙中，经过超声波振动或机械式振动后，施加压力将灌注物密实成型，得到芯体基体；
C．步骤B 后，用物理方法将微丝取出或用化学方法将微丝腐蚀，即可在芯体基体上形成微通道；
D．将微丝去除后，在真空中或惰性气体保护性气氛中将形成微通道的芯体基体熔融成型或烧结成型，得到微通道芯体；
所述的步骤B 中的灌注物为有机材料，步骤D 后，对微通道芯体进行加热直至使其软化，并采用加压方式使其塑性变形，以形成微米级或纳米级的二次微通道。
2.根据权利要求1 所述的一种微通道芯体制造工艺，其特征在于：所述的步骤C 在常温下或加热温度低于微丝熔点的前提下，采用物理方法将微丝取出。
3.根据权利要求1 所述的一种微通道芯体制造工艺，其特征在于：所述步骤D 后，首先将微通道芯体放入器皿中真空处理，然后将所需的催化剂注入器皿中浸泡微通道芯体，使催化剂吸附于微通道内表面的微小孔隙中，以实现微通道内催化剂的壁载功能。
4.根据权利要求1 所述的一种微通道芯体制造工艺，其特征在于：所述排列放置在腔体内的微丝采用相同直径或不同直径、相同材质或不同材质。
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