[發明專利]一種用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202110396964.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113230681B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 蘭忠;李啟凡;溫榮福;馬學虎;劉嘉琦;徐燦;王建新
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D1/22
• 分類號: B01D1/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明提供一種用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構及其制備方法，步驟為：氯化鈉造孔劑顆粒和銅粉壓制成型，或者直接銅粉松裝燒結，經過鋪放、合并、燒結、清洗脫除造孔劑、氧化刻蝕、化學清洗，獲得復合微腔多孔曲面微通道結構。本發明所制備的復合微腔多孔曲面微通道結構耦合了微柱間的高滲透率以及銅粉之間高毛細壓力的優勢，具有良好的毛細性能；銅粉表面的微腔結構增加氣泡成核密度以及超親水潤濕性可以延遲高熱通量下的CHF，雙曲面結構設計增加了液膜鋪展的釘扎效應，可增大三相接觸線附近的薄液膜面積，從而增大傳熱面積，增強傳熱性能。

技術領域

本發明涉及傳熱技術領域，具體而言，尤其涉及一種用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構及其制備方法。

背景技術

動力電子設備已成為由低至高電壓電氣設備的重要組成部分，包括便攜式電子設備、光伏電池逆變器、發光二極管(LED)和電動汽車。隨著新興技術的快速發展，其呈現微型化、集成化兩大趨勢，同時也伴隨著熱流密度的急劇增加。新興材料的發展，如碳化硅和氮化鎵，使更小、更緊湊的設備具有更高的功率密度，這要求更有效的熱管理技術來匹配超薄散熱設備。熱管理技術的挑戰主要來自熱源的布局和空間分布，增加的最大操作熱負荷和減少芯片的溫度是熱管理設計中最重要的因素。為了提高散熱率，可以通過利用高孔隙率的材料(例如微米/納米膜)擴大蒸發的比表面積來增加彎月面面積和薄膜區域。超薄芯吸結構提供了一種途徑，可通過增加蒸發的界面面積并減小液膜的傳導電阻來提高蒸發效率。液體供應的毛細管驅動質量流率在臨界熱通量(CHF)中起著關鍵作用，該情況下，需要厚而高滲透率的芯吸結構。另一方面，熱通過飽和毛細結構從固體表面流動到蒸發前增加了熱阻，并因此降低了傳熱系數(HTC)。顯然，毛細蒸發受到供液所需的高芯吸流速和流向蒸發前端的熱流的低熱阻之間存在權衡的影響，這對在同一芯吸結構上同時優化CHF和HTC提出了巨大挑戰。大多數芯吸結構需要精細的納米加工，這對于經濟高效地擴大規模以滿足熱管理和能源應用的大面積需求提出了挑戰。因此，本發明提出了一種低成本制作的復合微腔多孔曲面微通道結構，可通過增加蒸發的界面面積并減小液膜的傳導熱阻來提高蒸發效率，通過超親水潤濕性來延遲高熱通量下CHF的發生。在微電子、航空航天等領域具有非常有前途的應用價值。

發明內容

根據上述提出的毛細蒸發受到供液所需的高芯吸流速和流向蒸發前端的熱流的低熱阻之間存在權衡的影響，這對在同一芯吸結構上同時優化CHF和HTC提出了巨大挑戰；大多數芯吸結構需要精細的納米加工，這對于經濟高效地擴大規模以滿足熱管理和能源應用的大面積需求提出了挑戰的技術問題，而提供一種用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構及其制備方法。本發明制備的復合微腔多孔曲面微通道結構耦合了微柱間的高滲透率以及銅粉之間高毛細壓力的優勢，具有良好的毛細性能；銅粉表面的微腔結構增加氣泡成核密度以及超親水潤濕性可以延遲高熱通量下的CHF，雙曲面結構設計增加了液膜鋪展的釘扎效應，可增大三相接觸線附近的薄液膜面積，從而增大傳熱面積，增強傳熱性能。本發明方法工藝簡單，生產成本低，制得的用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構，毛細抽吸力大，超親水的潤濕性，氣泡核化密度點多，液膜傳熱面積大，具有優秀的傳熱效果。

本發明采用的技術手段如下：

一種用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構，為氯化鈉造孔劑顆粒和銅粉壓制成型，或者直接銅粉松裝燒結，經過鋪放、合并、燒結、清洗脫除造孔劑、氧化刻蝕、化學清洗所得結構。

本發明還提供了一種制備用于液膜沸騰的復合微腔多孔曲面微通道結構的方法，包括如下步驟：

步驟一、獲得造孔劑，將銅粉與造孔劑混合獲得銅粉與造孔劑的混合物；

步驟二、將銅粉與造孔劑的混合物填充入模具內，封蓋后通過夾具夾緊并施壓；

步驟三、將步驟二中固定好的模具放入真空爐內進行真空燒結，冷卻，獲得燒結成型的銅粉與氯化鈉的混合物，之后清洗脫除造孔劑，得到多孔曲面微通道結構；