[發明專利]微結構件及其制造方法

有效

• 申請號: 201380014638.4
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104254422B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: C·霍夫曼;U·科而特希勒
• 申請（專利權）人: 弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及一種用于引導流體的呈堆疊結構形式的微結構件，尤其是微流體的堆疊式反應器或堆疊式換熱器，及其制造方法。

堆疊式微結構件是指微型反應器、微型混合器和微型換熱器，它們由一堆結構化的板或金屬板組成。在組裝狀態下，由板內的微結構決定而形成很細微的通道或概括地說流體通道，其橫截面積在橫向于流動方向的方向上至少局部在平方毫米數量級內或更小。

這樣的微結構件例如在文獻EP1415748B1中有描述。其中提出了如下要求：微結構件的內、外密封性即在流體通道之間以及相對于環境的密封性、高抗壓強度、耐蝕性、耐熱性和形狀準確地限定的通道。該文獻基于對疊板的組裝技術的研究并且優選為了連接該疊板而致力于一種釬焊方法，其中在若干構件層的組裝面上先施加一個阻隔層，隨后施加一個焊劑層，優選借助絲網印刷，隨后將準備好的構件層疊置并在熱作用下相互釬焊在一起。通過使用擴散阻擋層，應避免在焊劑層和板材之間產生不期望出現的交互作用，該交互作用對在高壓下密封性的減弱負有責任。結果，該文獻研究改善疊板間連接的耐用性。在此，并未討論微結構制造方法。

文獻DE19801374C1同樣研究前述類型的微結構件。在這里尤其還公開了真空焊作為加以保護的組裝方法。也如同在前述文獻中一樣，堆垛由多個結構化的板構成，在所述板之間施加焊劑層，其或是呈單獨膜、施涂粉膏的形式，或是呈電鍍沉積在板上的層的形式。作為結構化方法，提出若干結構化板的蝕刻、銑削、壓制、沖壓或線切割。

將波紋形結構壓制到金屬板中例如在文獻DE10108469B4中有描述。該壓制方法以及前述的結構化方法的成本很高，因而僅有條件地適用于大批量生產的標準。

因此，本發明的任務在于，提供一種呈堆疊結構形式的微結構件及其制造方法，它們允許工業化批量制造。

根據本發明，該任務將通過一種具有第一方面的特征的方法和一種具有第九方面的特征的微結構件來完成。有利的改進方案是其它方面的主題。

根據本發明的、制造呈堆疊結構形式的微結構件、尤其是微流體學的堆疊式反應器或換熱器的制造方法規定了以下步驟：

-引導金屬板經過孔型輥對的限定出寬度方向的輥縫，其中該金屬板被微結構化，并且在寬度方向上即橫向于軋制方向產生波紋形輪廓，

-從微結構化的金屬板定尺寸切斷出微結構化的板，

-優選借助絲網印刷施加焊劑到未結構化的板，

-將微結構化的板和未結構化的板組裝成一個堆疊件，和

-借助真空釬焊來連接所述堆疊件。

通過交替堆疊所述微結構化的板和無圖案的板(被稱為未結構化的板，基本上除了由制造引起的凹凸不平外具有平坦的表面)，在所述微結構化的板的兩側在其表面與各個相鄰的未結構化的板的鄰接表面之間形成多個流體通道或者通道。

本發明的方法相比于已知的制造方法的一個顯著區別在于結構化步驟。波紋形輪廓的產生，即從頂端和底端將金屬板相互結構化，在微結構化構件的制造領域不常用于流體學應用，這是因為迄今為止做不到以足夠的精度來制造。

對于宏觀的換熱器或者其它應用場合，如用于內燃機的廢氣過濾器或聲音阻尼器，例如由文獻US2001/0021462A1公開了一種初看上去相似的方法。據此，形成有波紋結構的金屬板和未結構化的金屬板被共同卷成一個圓柱形整體，從而結構化的和未結構化的金屬板條在徑向上是交替的。為了保證盡可能準確規定的大流動橫截面，該文獻提出，結構化的金屬板在兩個前后相繼的成形步驟中形成凹凸截面形狀。首先，在第一軋制步驟中形成具有倒圓的波峰和波谷的近似正弦形的波紋結構，該波峰和波谷隨后在第二軋制步驟中被成形為尖形三角形槽。該成形方法是彎曲方法，確切說是波紋彎曲法，此時金屬板獲得在軋制方向或長度方向上的波紋結構。

相同的成形方法也應用在根據文獻DE3126948A1的面狀復合材料的制造中，此時，第一金屬板條在兩個咬合的孔型輥之間形成凹凸截面形狀并且與至少一個第二平面金屬板條連續匯聚并連接。或者，該文獻提出，首先在給金屬板條的兩面配設焊劑覆層，接著形成凹凸截面形狀并定尺寸切斷。凹凸結構化的金屬板條段分別在兩個平面的金屬板條段之間堆置并且在壓力下真空釬焊。