[發明專利]一種功能分區多孔傳熱表面的制備方法

在審

• 申請號: 201810015574.4
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108213407A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 郎中敏;王亞雄;吳剛強;許世民
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/11;F28F13/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發明公開了一種功能分區多孔傳熱表面的制備方法，涉及強化沸騰傳熱技術領域。該方法包括：將一定粒徑的Cu顆粒與SiC顆粒按照比例稱量并混合均勻，加入制孔劑和粘合劑，在金剛石模具中施加一定壓力壓緊，然后在氫氣氛圍中恒溫燒結，燒結后的產物溶解去除制孔劑，干燥得到SiC/Cu摻混燒結多孔表面。本發明通過燒結法利用表面能差異得到了功能分區多孔傳熱表面，制備過程簡單，條件溫和，得到的SiC/Cu摻混多孔表面機械強度高，孔隙孔徑和空隙率可控，相對于單一金屬多孔結構傳熱系數有了顯著提高，在試驗范圍內，一定粒徑條件下，隨SiC/Cu摻混比例的增加，傳熱系數增加，傳熱效果增強，當SiC/Cu體積比為0.8，燒結溫度為880℃時，傳熱系數相對最大，具有美好的應用前景。

技術領域

本發明涉及強化沸騰傳熱技術領域，具體為一種功能分區多孔加熱表面制備方法。

背景技術

沸騰傳熱是工業過程中最常見的傳熱方式之一，常見于各種換熱器中，而多孔表面是強化沸騰傳熱的一種重要途徑。相對于光滑表面，多孔表面能夠顯著提高沸騰傳熱系數，減小沸騰壓差，提高臨界熱流密度以及增強設備的抗垢能力。多孔結構表面能夠大幅提高能源利用率，具有美好的應用前景，研究多孔傳熱表面非常必要。

近年來，隨著微-納米制造技術的發展進步，利用微納米制造技術在傳熱表面上加工的微納米多孔結構來強化沸騰換熱效果顯著。相對于常規尺度的結構，這些微納米多孔結構可以大幅提高傳熱面積、改善表面潤濕特性、提高毛細作用力、提高汽泡成核密度、降低汽液流動阻力，從而增強沸騰相變的動態過程，最終強化沸騰換熱性能。

目前金屬多孔表面的制備方法包括：機械加工法、火焰噴涂法、燒結法、電鍍法、化學腐蝕法以及絲網覆蓋法等，機械加工法使用機械加工的方法在金屬基體表面開出不同的孔，傳熱性能有了較大提高，但是由于無法加工很小的孔隙，所以性能提高有限；火焰噴涂法是使用特殊的火焰將粒度不同的金屬粉末和輔助造孔劑高速噴射到金屬外表面基體上得到金屬多孔涂層，該方法可以在較寬的熱流范圍內強化沸騰傳熱，適用不同基體表面形狀，但是該方法不能在金屬管外制造多孔層，多孔層的厚度和孔徑也不均勻；燒結法包括粉末燒結法和絲網燒結法，其中粉末燒結法是將金屬粉末粘結在金屬表面上燒結成一體形成多孔金屬覆蓋層，絲網燒結法是將多層金屬絲網按要求排列在基體表面，施加外加荷載，通過高溫燒結形成機械強度好的燒結型復合金屬絲網多孔表面。其中燒結法對于金屬多孔表面較為常用，但是對于SiC/Cu的親/疏水摻混顆粒燒結多孔結構，銅的熔點為1083℃，碳化硅的熔點為2830℃，當銅顆粒達到熔點融化成型是，碳化硅顆粒還遠遠沒有達到熔點，由于其表面性質的差異以及在燒結成型時的機理不同，直接顆粒混合無法燒結得到多孔表面，同時在制備過程中既需要保證金屬顆粒的緊密度，還要保證樣品的穩定性，目前的制備方法還不成熟。

發明內容

為了解決現有技術中存在的不足，本發明提供的一種功能分區多孔傳熱表面的制備方法，操作簡單，條件溫和。

本發明提供的一種利用表面能差異實現功能分區多孔傳熱表面制備方法，包括以下步驟：

S1、按照0.2～0.8：1的體積比例分別稱取一定粒徑的碳化硅顆粒與銅顆粒并混合，所述碳化硅顆粒的粒徑為80～180μm，銅顆粒的粒徑為106～120μm，然后向混合顆粒中按照10％～40％的體積分數加入硫酸鉀作為制孔劑來控制多孔表面的孔隙率，最后加入少量的乙醇作為粘合劑使碳化硅顆粒與銅顆粒粘接均勻且不分層；

S2、將S1得到的混合物加入金剛石模具中，施加12～16MPa的壓力壓緊得到厚度為毫米級別的薄片，自然干燥90～110min；

S3、將S2中壓緊的薄片在氫氣氛圍中采用階段式燒結工藝進行燒結，首先升溫至80～130℃，保溫30min，再升溫至260～320℃，保溫15min，然后升溫至680～720℃，保溫10min，最后升溫至860～880℃，保溫40min；

S4、將S3煅燒后的產物使用蒸餾水溶解去除制孔劑，干燥得到SiC/Cu摻混燒結多孔表面。