[發明專利]一種具有微流道結構的金屬間化合物及其制造方法

有效

• 申請號: 201210361502.8
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102921361A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 沈明禮;朱圣龍;王福會;吳維
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 樊南星

技術領域

本發明涉及金屬微流道及其制造技術，特別提供了一種具有微流道結構的金屬間化合物及其制造方法，具體涉及M-Al（M=Fe,Co,Ni,Ti或Nb）金屬間化合物微流道及其制造方法，。

背景技術

微反應器技術是現代化學和生物化學工業的一項倍受關注的新興技術[參見文獻：姚華堂，于新海，王正東，涂善東.微反應器中的微制作技術，微細加工技術，(2)(2006)54-60]。微反應器是一種連續流動的管道式反應器，其管道尺寸在亞微米至亞毫米之間，遠小于常規管式反應器。微反應器管道具有極大的比表面積，因而物料的混合效率和換熱效率極高，在精確控制反應溫度，提高反應速率、反應的選擇性和安全性以及產品質量方面，較之常規反應器有著極大的優勢；同時微反應器以單元方式堆疊，可對生產規模進行方便的擴大和靈活的調節。微反應器技術將給現代化工技術帶來革命性的影響。據報道，使用微反應器可使納米粒子生產提高500倍。微管道或微流道是微反應器的關鍵組成部分，因而其加工技術構成了制作微反應器的關鍵技術，也是現代先進制造技術中較活躍的領域。

微流道材料包括高分子類、金屬類、玻璃和陶瓷類。其中金屬微流道具有熱導率高、高溫強度和抗熱震性能優異的優勢，是高溫微反應器的理想候選材料。金屬微流道的各種制備技術已有大量報道，如Guillou等人[參見文獻：L.Guillou,S.Paul,V.Le?Courtois,Investigation?of?H₂?staging?effects?on?CO?conversion?and?product?distribution?for?Fischer-Tropsch?synthesis?in?a?structured?microchannel?reactor,Chemical?Engineering?Journal,136(2008)66-76]使用快速成型機雕刻技術（Fast?prototyping?machine）在0.25mm厚的316L不銹鋼片上制備出了1mm寬800mm長的蛇形鏤空通道，然后將其夾在兩片其他板材之間由此形成了微流道，這種工藝制備二維微流道有一定的可行性，但對三維微流道來說需要制備大量的疊層，工藝復雜不易實現，且成本較高。利用脈沖放電對金屬工件進行蝕除加工的微細放電加工技術可對金屬進行穿孔和切割，具有較好的成型能力，但加工精度難以保證[參見文獻：王潤孝，先進制造技術，北京：科學出版社，2004]。Hakamada等人[參見文獻：M.Hakamada,Y.Asao,T.Kuromura,Y.Chen,Processing?of?three-dimensional?metallic?microchannels?by?spacer?method,Materials?Letters?62(2008)1118-1121]采用間隔法（spacer?method）在銅基體內制備出了三維結構的微流道，具體做法是：首先將鋁絲預制成所需結構，然后埋入銅粉內，加壓成型，接著在堿液內將鋁絲腐蝕直至全部溶解，最后再經高溫燒結提高強度，最終在銅基體內留下與鋁絲結構一致的三維微流道。這一方法在制備三維微流道方面顯示出了優越性，但腐蝕法較耗費時間，因而效率較低。Ohmi等人[參見文獻：T.Ohmi,N.Hayashi,M.Iguchi,Formation?of?Porous?Intermetallic?Thick?Film?by?Ni-Al?Microscopic?Reactive?Infiltration,Materials?Transactions,49(2008)2723-2727;T.Ohmi,T.Kodama,M.Iguchi,Formation?Mechanism?of?Microchannels?and?Lining?Layers?in?Sintered?Iron?Powder?Compacts?with?Copper?Sacrificial?Cores,Materials?Transactions,50(2009)2891-2896]則將一定結構的鋁絲放入鎳粉內或將銅絲放入鐵粉內，加壓成型，分別在高于鋁和銅的熔點燒結，最終形成微流道。Ohmi等人認為這是由于鋁或銅熔點低，熔化后融入鎳或鐵基體從而留下孔洞的結果，或者認為是普遍接受的Kirkendall效應的結果[Y.He,Y.Jiang,N.Xu,J.Zou,B.Huang,C.T.Liu,P.K.Liaw,Fabrication?of?Ti-Al?micro/nanometer-sized?porous?alloys,Advanced?Materials,19(2007)2102-2106]。這一方法省去了腐蝕的工序，效率較高，但該工藝只適應于少數幾種金屬基體，比如在銅或非金屬基體內可能就無法形成微流道，因而應用范圍較窄。而且包括以上介紹的大多數金屬微流道耐溫、耐腐蝕性能均較低，難以滿足高溫微反應器的應用要求?，F代工業需要一種耐溫、耐腐蝕性能優異且易于加工的金屬微流道用于高溫微反應器。