CN114178533A - 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法 - Google Patents

一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114178533A
CN114178533A CN202111385901.3A CN202111385901A CN114178533A CN 114178533 A CN114178533 A CN 114178533A CN 202111385901 A CN202111385901 A CN 202111385901A CN 114178533 A CN114178533 A CN 114178533A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintered
heat exchange
metal layer
colloid
layer structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111385901.3A
Other languages
English (en)
Inventor
胡定华
刘毅宽
林肯
李强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202111385901.3A priority Critical patent/CN114178533A/zh
Publication of CN114178533A publication Critical patent/CN114178533A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B22F7/004Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/1003Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F3/1007Atmosphere
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种强化沸腾换热过程的多孔金属层结构制备方法,首先制备具有微米级金属颗粒及发烟组分的烧结胶体;将烧结胶体敷涂在基板的丁字柱阵列上烧结,形成与基板连接紧密的烧结多孔金属层结构;清洗去除发烟组分剩余产物。与其他制备烧结多孔金属层结构的方法相比,本发明的制备方法在烧结材料中添加了发烟组分,该组分在烧结过程中持续产生气体,促进了烧结多孔金属层结构中均匀排气通道的形成,降低了多孔层的死腔率;同时,发烟组分的存在提高了烧结胶体的流动性,使得烧结胶体在烧结过程中形成了上窄下宽的曲面结构,与烧结多孔金属层结构的供液量相匹配,从而提高了烧结多孔金属层结构对于沸腾换热过程的促进作用。

Description

一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法
技术领域
本发明属于传热传质领域,特别是一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法。
背景技术
沸腾换热过程广泛存在于各个工业生产领域,在沸腾面上烧结多孔金属层结构是一种常见的沸腾换热强化方法,可以提高沸腾换热效率并减少燃料消耗。烧结多孔金属层结构通过扩大换热面积、增加沸腾活化核心并基于毛细作用供液三种途径耦合促进了沸腾换热过程。基于上述沸腾换热强化原理,应尽量减少烧结多孔金属层结构中的死腔及不均匀孔径的多孔结构,从而提高烧结多孔金属层结构对沸腾换热过程的促进作用。
为获得高质量的烧结多孔金属层结构,专利号为CN113275569A的制备方法通过组合不同粒径铜粉获得了均匀孔隙的烧结多孔金属层结构;专利号为CN113230681A的制备方法使用了造孔剂以提高烧结多孔金属层结构的均匀性。但上述真空烧结方法中可能产生金属死腔,减小了沸腾传热面积且不利于烧结多孔金属层结构间的传热过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化沸腾的高均匀度多孔结构制备方法,以提高沸腾换热效率。该制备方法利用烧结材料中发烟组分的持续分解,在烧结过程中维持烧结多孔金属层结构内的气体排出过程,从而制备高均匀度的烧结多孔金属层结构并降低其死腔率。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法,包含以下烧结步骤:
步骤一,制备微米级金属颗粒,并热处理微米级金属颗粒以消除热应力与结构缺陷;
步骤二,混合微米级金属颗粒、粘合剂、液体基材及发烟组分,形成烧结胶体;
步骤三,清洗基板并敷涂烧结胶体,使烧结胶体覆盖在基板的丁字柱阵列上;
步骤四,在保护气体氛围下加热基板底部,使丁字柱阵列上的烧结胶体烧结形成烧结多孔金属层结构;
步骤五,化学清洗并烘干样品,获得具有烧结多孔金属层结构的基板。
本发明与现有技术相比,其显著优点是:
(1)烧结过程发烟组分持续产生气体,从而在烧结层中形成了完整的排气通道,所制得的烧结多孔金属层结构中死腔较少;
(2)烧结过程中加热面位于基板底部,热量自基板向烧结胶体传递,促进烧结胶体收缩并紧密连接在丁字柱上,有利于丁字柱向烧结多孔金属层结构中传热;
(3)烧结胶体具有一定流动性,可在丁字柱上产生烧结曲面,该曲面有利于沸腾过程中温度场与烧结多孔金属层结构的毛细供液量匹配。
附图说明
图1为基板结构图。
图2为敷涂有烧结胶体的丁字柱结构图。
图3为烧结后样品的结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法,包括以下步骤:
步骤一,使用气相蒸发法制备粒径在50μm~70μm间的铜粉颗粒,并在600℃~700℃下加热30min,以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷;
步骤二,使用质量分数95%的铜粉颗粒与2%的水溶性纤维素(充当粘合剂)、2%的去离子水(基材)及1%的碱性高锰酸钾(发烟组分)混合并搅拌均匀,形成可用的铜基烧结胶体;
步骤三,依次使用乙醇、氢氧化钠及去离子水清洗基板并干燥,基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体;
步骤四,在氮气流环境下加热基板,加热热源置于基板底部,加热温度300℃
~350℃,加热时间15min。加热过程中高锰酸钾分解,丁字柱表面可见大量气泡。加热后在氮气环境下自然冷却至室温;
步骤五,先使用质量分数10%的草酸水溶液浸泡样品30min,浸泡过程中适当敲击样品;再使用去离子水冲洗并烘干样品,获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
实施例2
本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法,包括以下步骤:
步骤一,使用气相蒸发法制备粒径在150μm~200μm间的铜粉颗粒,并在600℃~700℃下加热60min,以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷;
步骤二,使用质量分数97%的铜粉颗粒与1%的水溶性纤维素(充当粘合剂)、1%的丙二醇(基材)及1%的碱性高锰酸钾(发烟组分)混合并搅拌均匀,形成可用的铜基烧结胶体;
步骤三,依次使用乙醇、氢氧化钠及去离子水清洗基板并干燥,基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体;
步骤四,在氮气流环境下加热基板,加热热源置于基板底部,加热温度400℃~450℃,加热时间60min。加热过程中高锰酸钾分解,丁字柱表面可见大量气泡。加热后在氮气环境下自然冷却至室温;
步骤五,先使用质量分数10%的过氧化氢水溶液冲洗样品5min,再使用去离子水冲洗并烘干样品,获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
实施例3
本实施例的一种强化沸腾换热的高均匀度多孔结构制备方法,包括以下步骤:
步骤一,使用球磨法制备粒径在50μm~75μm间的银粉颗粒,并在850℃~900℃下加热30min,以消除铜粉颗粒的热应力及结构缺陷;
步骤二,使用质量分数96%的铜粉颗粒与3%的水溶性聚丁二烯(充当粘合剂)、1%的质量分数72%高氯酸水溶液混合(基材为去离子水,质量分数0.28%;发烟组分为高氯酸,质量分数为0.72%)并搅拌均匀,搅拌过程中易发热,需要冷却后才能形成可用的铜基烧结胶体;
步骤三,依次使用乙醇及去离子水清洗基板并干燥,基板干燥后在丁字柱阵列上均匀敷涂铜基烧结胶体;
步骤四,在氩气流环境下加热基板,加热热源置于基板底部,加热温度250℃~300℃,加热时间15min。加热过程中高氯酸分解,丁字柱表面可见大量气泡并有零星火星。加热后在氩气环境下自然冷却至室温;
步骤五,先使用质量分数3%的氢氧化钠水溶液浸泡样品30min,浸泡过程中持续搅拌溶液避免局部过热;再使用去离子水冲洗并烘干样品,获得具有烧结多孔金属层结构的样品。
由于烧结过程中发烟组分受热分解产生了气体并排出,所得的烧结多孔金属层结构中形成了完整的气道且均匀度较好,结构死腔率较低,可以提高基板的沸腾传热效率。
对比例1
本实施例与在实施例1的区别在于,步骤一中:制备烧结胶体过程中,添加的发烟组分大于2%。烧结过程中将产生过多的气体并吹走部分未烧结的胶体,所得的烧结层结构不完整。
对比例2
本实施例与在实施例2的区别在于,步骤四中:加热基板过程中,加热温度提高至500℃以上。在烧结过程中发烟组分分解速度过快,所得的烧结层均匀性较差。
对比例3
本实施例与在实施例3的区别在于,步骤四中:加热基板过程中,加热热源位于基板上表面。在烧结过程中烧结多孔金属层结构容易与丁字柱阵列脱离或开裂。

Claims (7)

1.一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法,其特征在于,包含以下烧结步骤:
步骤一,制备微米级金属颗粒,并热处理微米级金属颗粒以消除热应力与结构缺陷;
步骤二,混合微米级金属颗粒、粘合剂、液体基材及发烟组分,形成烧结胶体;
步骤三,清洗基板并敷涂烧结胶体,使烧结胶体覆盖在基板的丁字柱阵列上;
步骤四,在保护气体氛围下加热基板底部,使丁字柱阵列上的烧结胶体烧结形成烧结多孔金属层结构;
步骤五,化学清洗并烘干样品,获得具有烧结多孔金属层结构的基板。
2.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,步骤一中使用的微米级金属颗粒为铜颗粒或银颗粒,金属颗粒的粒径在50μm~200μm间,并需要在600℃~900℃间加热30min以上。
3.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,步骤二中微米级金属颗粒质量分数为95%~97%,发烟组分质量分数不大于2%。
4.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,步骤二中采用的粘合剂为水溶性树脂,使用的液体基材为极性溶剂,微米级金属颗粒为铜颗粒时,对应的发烟组分为高锰酸钾;微米级金属颗粒为银颗粒时,对应的发烟组分为高氯酸。
5.根据权利要求4所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,所述水溶性树脂为水溶性纤维素或水溶性聚丁二烯。
6.根据权利要求4所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,所述极性溶剂为去离子水或丙二醇。
7.根据权利要求1所述的强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法其特征在于,步骤五中需要采用与发烟组分相对应的化学清洗方法,发烟组分为高锰酸钾时,采用质量分数10%的草酸水溶液或质量分数3%~10%过氧化氢溶液清洗;对发烟组分为高氯酸的,采用质量分数为3%的氢氧化钠水溶液清洗。
CN202111385901.3A 2021-11-22 2021-11-22 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法 Pending CN114178533A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111385901.3A CN114178533A (zh) 2021-11-22 2021-11-22 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111385901.3A CN114178533A (zh) 2021-11-22 2021-11-22 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114178533A true CN114178533A (zh) 2022-03-15

Family

ID=80602317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111385901.3A Pending CN114178533A (zh) 2021-11-22 2021-11-22 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114178533A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105177338A (zh) * 2015-08-14 2015-12-23 华北电力大学 一种尺度可调的纳米多孔金属材料的制备方法
US20190078847A1 (en) * 2017-09-11 2019-03-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Low temperature sintering porous metal foam layers for enhanced cooling and processes for forming thereof
CN110842202A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 内蒙古科技大学 一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法
CN111343836A (zh) * 2020-03-03 2020-06-26 西安交通大学 柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法
CN111438353A (zh) * 2019-12-31 2020-07-24 苏州天脉导热科技股份有限公司 一种均热板支撑柱的成型工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105177338A (zh) * 2015-08-14 2015-12-23 华北电力大学 一种尺度可调的纳米多孔金属材料的制备方法
US20190078847A1 (en) * 2017-09-11 2019-03-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Low temperature sintering porous metal foam layers for enhanced cooling and processes for forming thereof
CN110842202A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 内蒙古科技大学 一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法
CN111438353A (zh) * 2019-12-31 2020-07-24 苏州天脉导热科技股份有限公司 一种均热板支撑柱的成型工艺
CN111343836A (zh) * 2020-03-03 2020-06-26 西安交通大学 柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104129780B (zh) 石墨烯薄膜及其制备方法
CN104846230B (zh) 一种铝基石墨烯复合材料的制备方法
CN112091217B (zh) 一种采用球形钨粉激光3d打印制造铜钨材料的方法
CN106521230B (zh) 一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料及其制备方法
CN104822223A (zh) 一种陶瓷基电路板及其制备方法
CN112359236B (zh) 一种利用钨粉制备高致密度钨铜合金金属材料的工艺
CN104529458A (zh) 高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片的制造方法
CN103011776B (zh) 一种陶瓷及其制备方法、陶瓷复合材料及其制备方法
CN110317987A (zh) 一种高金刚石体积分数的金刚石/铜复合材料的制备方法
CN102259189A (zh) 一种多孔阴极基底的制备方法
CN103194712B (zh) 一种高导热性的钨铜复合材料作为钨铜热沉和电子封装材料的应用
CN104561989B (zh) 铝碳化硅冷喷镀铜方法及所得电子封装底板
CN104259472B (zh) 一种超细片状铜粉的有机组合物及其制备方法
TW202132745A (zh) 毛細結構之製作方法
CN114178533A (zh) 一种强化沸腾换热过程的高均匀度多孔结构制备方法
CN105112707A (zh) 一种金刚石/铝复合材料的制备方法
CN208087501U (zh) 一种AlN陶瓷金属化敷铜基板
CN106086513B (zh) 一种电真空用铜钼合金及其制备方法
CN104404505B (zh) Cu/Mo/Cu复合薄板的喷涂制备方法
TWI593728B (zh) 抗氧化導電銅膠及其製備方法
CN110950665A (zh) 一种氮化铝-铝复合材料的制备方法
CN107887582B (zh) 一种硅/碳粉末复合材料及其制备方法以及电池负极材料
CN113735569B (zh) 一种氧化镁氮化硼复合微球的制备方法
CN108101035A (zh) 一种高质量石墨烯的绿色制备方法
CN117334655B (zh) 一种应用银烧结焊片的低孔隙率界面结构及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination