CN104134807B - 一种交错互通网状多孔结构板及其制造方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交错互通网状多孔结构板及其制造方法与应用，由两层或三层烧结板烧结黏合而成。两层烧结板中的每层烧结板均开设有栅状孔阵列，各层烧结板上的栅状孔阵列的角度相互错开。三层烧结板中，其中有两层烧结板分别开设有角度相互错开的栅状孔阵列，其中一层烧结板无栅状孔。两层烧结板烧，主要用作换热板，可增加比表面积，同时状孔阵列利于气泡溢出，具有优良的沸腾强化性能。三层烧结板烧，主要用于被动式直接甲醇燃料电池中作为阻醇结构，减少甲醇穿透现象，适用于高浓度甲醇进料，同时结构板内的凹槽利于CO2的排放，可解决CO2集聚阻塞甲醇供给的问题，综合使得电池性能提升。

Description

一种交错互通网状多孔结构板及其制造方法与应用
技术领域
本发明涉及多孔结构板，尤其涉及一种交错互通网状多孔结构板及其制造方法与应用。
背景技术
目前，节约能源和有效利用自然资源成为全世界都在密切关注的话题。随着科技的发展，电子电器产品的集成度越来越高，功率也不断增加，各方面原因导致散热问题更加突出，微尺度热管理与热质输运已成为微电及光电器件能否可靠工作的关键。
上世纪80年代前人研究发现了一种孔槽结构，及微通道网状结构。其主要由高导热系数的硅材料构成。目前微通道网状结构的加工方法主要为光刻蚀，化学腐蚀，电火花，薄片切割和微细铣削等等，但由于高昂的成本、冗长的制造周期，在推广应用上仍面临难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种交错互通网状多孔结构板及其制造方法与应用；兼具多孔结构与交错互通网状结构的双重优点，可以进一步强化热质输运效果，同时具备烧结工艺简单，成本低，周期短等优点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种交错互通网状多孔结构板，该结构板由两层烧结板或三层烧结板烧结黏合而成。
所述两层烧结板中的每层烧结板均开设有栅状孔阵列，各层烧结板上的栅状孔阵列的角度相互错开。
所述三层烧结板中，其中有两层烧结板分别开设有角度相互错开的栅状孔阵列，其中一层烧结板无栅状孔。
烧结板的厚度为2mm～3mm，烧结板的铜粉粒径为50um～100um，栅状孔以及形成栅状孔之间的肋片宽度均为1mm～2mm。
上述交错互通网状多孔结构板的制造方法如下：
(1)准备一平面石墨模具，将该模具分为上模1、中模2、下模3三部分，下模3通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构31，中模2内部中空，上模1采用平面石墨板；
(2)先将下模3水平放置，然后将中模2轻轻置于下模3上，使其包围下模3的轴向凸起结构31，将粒径为100um的铜球粉均匀填满中模2与下模3形成的空腔内，填充时适时振荡，使铜球粉充分填充；沿轴向凸起结构31轴向方向将上模1紧贴中模2上表面推入，将填充的铜球粉盖实；
(3)然后将整个石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min；
(4)待烧结炉冷至室温，将上、中模取下，然后拔模，得到具有栅状孔阵列的烧结板；
(5)最后将各烧结板的栅状孔阵列角度错开后叠加在一起，置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min，待烧结炉冷至室温后取出，得到交错互通网状多孔结构板。
在烧结无栅状孔阵列的烧结板时，下模3的表面为平面结构。
上述交错互通网状多孔结构板应用于电子电器产品换热器中或者应用于直接甲醇燃料电池中作为流场板。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明专利的交错互通网状多孔结构板，兼具多孔结构与交错互通网状结构的双重优点，可以进一步强化热质输运效果。
本发明的交错互通网状多孔结构板的截面面积、厚度、孔隙率、孔径、渗透率等参数能有效地被控制和调节，无论用在蒸发器、换热器或者燃料电池中均具有高可控性；
本发明制造工艺简单，采用石墨为模具，脱模比较容易，不易损坏金属粉末结构，操作便捷，生产成本低。
本发明的交错互通多孔结构板作为流场板，应用于被动式直接甲醇燃料电池中，可有效地缓解了甲醇的穿透问题，提高了被动式直接甲醇燃料电池的阻醇性能和燃料利用率，可适用于高浓度甲醇进料；
本发明的结构板具有交错互通微通道，应用于被动式直接甲醇燃料电池中，可管理CO2的排放，防止二氧化碳集聚阻塞甲醇供料，提高电池性能。
附图说明
图1为本发明两层烧结板烧结黏合前结构示意图；
图2为图1烧结黏合后结构示意图；
图3为本发明三层烧结板烧结黏合前结构示意图；
图4为图3烧结黏合后结构示意图；
图5是将铜球粉均匀填满中模2与下模3形成的空腔内的示意图；
图6是石墨模具的剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至图4所示。本发明交错互通网状多孔结构板，由两层或三层烧结板烧11经过再次烧结结黏合而成。
两层烧结板烧，主要用作换热板，可增加比表面积，同时栅状孔阵列利于气泡溢出，具有优良的沸腾强化性能。
三层烧结板烧，主要用于被动式直接甲醇燃料电池中作为阻醇结构，减少甲醇穿透现象，适用于高浓度甲醇进料，同时结构板内的凹槽利于CO2的排放，可解决CO2集聚阻塞甲醇供给的问题，综合使得电池性能提升。
所述两层烧结板中的每层烧结板均开设有栅状孔阵列22，各层烧结板上的栅状孔阵列22的角度相互错开。
所述三层烧结板中，其中有两层烧结板分别开设有角度相互错开的栅状孔阵列22，其中一层烧结板无栅状孔(见图3)。
烧结板11的厚度为2mm～3mm，烧结板的铜粉粒径为50um～100um，栅状孔以及形成栅状孔之间的肋片宽度均为1mm～2mm。
参见图5、图6。上述交错互通网状多孔结构板的制造方法，可通过下述步骤实现：
(1)准备一平面石墨模具，将该模具分为上模1、中模2、下模3三部分，下模3通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构31，中模2内部中空，上模1采用平面石墨板；
(2)先将下模3(正方形)水平放置，然后将中模2(正方形方框)轻轻置于下模3上，使其包围下模3的轴向凸起结构31，将粒径为100um的铜球粉均匀填满中模2与下模3形成的空腔内，填充时适时振荡，使铜球粉充分填充；沿轴向凸起结构31轴向方向将上模1紧贴中模2上表面推入，将填充的铜球粉盖实；
(3)然后将整个石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min；
(4)待烧结炉冷至室温，将上、中模取下，然后拔模，得到具有栅状孔阵列的烧结板；
(5)最后将各烧结板的栅状孔阵列角度错开后叠加在一起，置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min，待烧结炉冷至室温后取出，得到交错互通网状多孔结构板。
在烧结无栅状孔阵列的烧结板时，下模3的表面为平面结构。
交错互通网状多孔结构板可应用于电子电器产品换热器中或者应用于直接甲醇燃料电池中作为流场板(阻醇缓冲结构)。
直接甲醇燃料电池的电极和电池反应如下：
阳极反应为CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2
阴极反应为3/2O2+6H++6e-→3H2O
电池总反应为CH3OH+3/2O2→2H2O+CO2
从上述电池的工作原理反应可以看出电池工作时，在阳极甲醇发生氧化反应要消耗甲醇和水，同时不断产生难溶于甲醇水溶液的二氧化碳气体，大量气泡会聚集于甲醇输送的通道中，可能会阻塞甲醇的传递路径。这些气泡如不能及时排出，将极大增加燃料的传质阻力。
而基于铜粉烧结的交错互通网状多孔结构板，由于其兼具多孔结构与交错互通微通道的双重优点，这种多孔流场板表面具有良好的毛细管特性，可以实现良好的甲醇供料，减弱甲醇穿透效果，可实现高浓度甲醇进料；同时交错互通微通道可用于管理CO2的排放，防止其阻塞甲醇供给，提高电池性能。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种交错互通网状多孔结构板的制造方法，该交错互通网状多孔结构板由两层烧结板或三层烧结板烧结黏合而成；其特征在于下述步骤：
(1)准备一平面石墨模具，将该模具分为上模、中模、下模三部分，下模通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构，中模内部中空，上模采用平面石墨板；
(2)先将下模水平放置，然后将中模置于下模上，使其包围下模的轴向凸起结构，将粒径为100μm的铜球粉均匀填满中模与下模形成的空腔内，填充时适时振荡，使铜球粉充分填充；沿轴向凸起结构轴向方向将上模紧贴中模上表面推入，将填充的铜球粉盖实；
(3)然后将整个石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min；
(4)待烧结炉冷至室温，将上、中模取下，然后拔模，得到具有栅状孔阵列的烧结板；
(5)最后将各烧结板的栅状孔阵列角度错开后叠加在一起，置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800℃～900℃下，保温30min～90min，待烧结炉冷至室温后取出，得到交错互通网状多孔结构板。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在烧结无栅状孔阵列的烧结板时，下模的表面为平面结构。
3.权利要求1或2所述制造方法制得的交错互通网状多孔结构板在直接甲醇燃料电池中作为流场板的用途。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述两层烧结板中的每层烧结板均开设有栅状孔阵列，各层烧结板上的栅状孔阵列的角度相互错开。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述三层烧结板中，其中有两层烧结板分别开设有角度相互错开的栅状孔阵列，其中一层烧结板无栅状孔。
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