专利名称：一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构及制造方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于热管吸液芯、均热板、毛细泵环等的蒸发器、换热器的换热芯等的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构技术领域，特别涉及一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构及其制造方法与应用。
背景技术：
目前，随着能源危机的逐步发胀，节约能源和有效利用自然资源成为全世界关注的话题。步入二十一世纪，各种电子电器产品的集成度越来越高，机构系统越来越复杂，功率要求也在不断提高，各方面原因导致散热问题越来越突出。微尺度热管理与热质输运已成为微电及光电器件能否可靠工作的关键。·多孔强化沸腾微通道结构能够引起流体强烈的掺混，即使在低流速下能大大改善传热情况。具有多孔强化沸腾微通道结构的换热器拥有良好的换热性能，不仅可以增加能源有效利用率，而且能够促进节能机械和电子产品的开发，其核心在于设计一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构。目前，强化沸腾传热的主要方法是改善换热器的传热表面结构，常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。这些结构可以增加沸腾表面汽化核心数目，提高沸腾的临热流密度，降低液体沸腾所需的过热温度，增加沸腾表面的气泡成核位置，起到强化沸腾传热的作用。多孔强化沸腾微通道结构因其高效沸腾换热、低温差沸腾、高临界热流密度和良好的反堵塞能力，在工业工程应用广泛。热质输运强化多孔结构制造方面，主要有化学刻蚀、微机械加工、激光刻蚀、烧结成形等方法。虽然化学刻蚀、微机械加工、激光刻蚀方法能加工极微细甚至纳米尺度的多孔结构，但由于高昂的成本、冗长的制造周期，在推广应用上仍面临难题。因此，研究新型多孔结构低成本、高效率的制造方法，深入研究多孔结构热质输运机理，提高微型器件的热质输运性能具有重要的理论和实践意义。而内凹槽多孔强化沸腾微通道结构由于其兼具多孔结构与内凹形结构的双重优点，并弥补多孔材料流动阻力大的缺陷，可以预期其将进一步强化热质输运效果，目前烧结型的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构还未见有报道。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有应用于热管吸液芯、均热板、毛细泵环等的蒸发器、换热器的换热芯等的内凹槽多孔表面材料的技术不足，提供一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的换热器。进一步地，本发明提供一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的换热器的制造方法。进一步地，本发明提供内凹槽多孔强化沸腾微通道结构在电子电器产品换热器中的应用。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为
提供一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，包括由金属粉末烧结后形成的颗粒分布均匀的金属烧结毡，金属烧结毡上均匀分布有若干内凹槽。
优选地，所述内凹槽的截面形状为倒“ Ω ”形。优选地，所述金属烧结租的厚度在2mm 3mm之间。优选地，所述金属粉末的直径在65um 140um之间，金属粉末的形状是球形或枝形，所述金属粉末为铜粉或镍粉。一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于包括如下步骤
(1)采用线切割工艺加工平面石墨模具；
(2)在无压力状态下，将金属粉末填充至平面石墨模具组合形成的空腔内，使金属粉末充分填满空腔为止；
(3)将填满金属粉末的平面石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800°C 900°C下，保温 30min 90min ；
(4)炉冷至室温，然后拔模则可得到其上均匀分布有内凹槽的金属烧结毡，即所述内凹槽多孔强化沸腾结构。优选地，步骤(I)中，所述平面石墨模具包括上模具、中模具与下模具，下模具上表面通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构，与内凹槽互补；所述中模具内部中空，且中模具设在下模具上；上模具为平面石墨板，填充粉末后，将上模具设于中模具上。优选地，所述轴向凸起结构的截面形状为“ Ω ”形；优选地，所述轴向凸起结构的形状通过钥丝控制。优选地，所述中模具的高度在2mm 3mm之间，因此烧结而成的多孔金属毡也是2 3mm0优选地，步骤(4)中，所述拔模是将上、中模具取下，然后沿内凹槽轴向将金属粉末烧结形成的金属烧结毡推出，得到内凹槽多孔强化沸腾结构。内凹槽多孔强化沸腾微通道结构在电子电器产品换热器中的应用。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
1、本发明内凹槽多孔强化沸腾微通道结构具有孔隙率大、结合强度高、比表面积大与热阻低等优点，能够在沸腾时提供大量的沸腾核心，多孔表面上汽泡发射频率很高，汽泡的产生、上升和液体的补充会造成液膜内发生剧烈的局部团块运动，有利于沸腾传热；
2、该内凹槽多孔强化沸腾微通道结构制造工艺简单，采用石墨为模具，脱模比较容易，不易损坏即使金属粉末结构，操作便捷，生产成本低；
3、该内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的多孔表面具有良好的毛细管特性，可以保持壁面的足够润湿，防止热斑、局部干燥而引起的局部结疤和聚合物沉积，同时多孔结构强化沸腾传热，提高了其传热系数及临界热流密度，具有良好的强化传热效果。
图I是Ω形槽铜球粉(75 IlOum)扫描电镜(SEM)放大 图2是中模具和下模具组合后的轴测图；图3是石墨平面模具的剖面 图4是微通道换热器组合的爆炸 图5是微通道换热器组合的剖面 图6是Ω形槽铜球粉(75 IlOum)扫描电镜(SEM)俯视 图7是Ω形槽铜球粉(75 IlOum)扫描电镜(SEM) 图8是Ω形槽铜枝粉(75 IlOum)扫描电镜(SEM)图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。实施例I
一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，包括由金属粉末烧结后形成的颗粒分布均匀的金属烧结毡4，金属烧结毡4上均匀分布有若干内凹槽。如图I所示，内凹槽的截面形状为倒“ Ω ”形。金属粉末为铜粉，金属粉末的颗粒形状是球形。上述内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，包括如下步骤
(I)采用线切割工艺加工平面石墨模具；如图2和3所示，平面石墨模具由上模具I、中模具2、下模具3三部分组成，下模具3通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构，轴向凸起结构与内凹槽结构互补，由钥丝的轨迹控制凸起结构的形状；中模具内部中空，且中模具设在下模具上，中模具的高度为3mm之间，因此烧结而成的多孔金属毡也是3mm ;上模具为平面石墨板，填充粉末后，将上模具嵌入中模具内。(2)在无压力状态下，将金属粉末填充至平面石墨模具组合形成的空腔内，使金属粉末充分填满空腔为止；如图2和3所示所示，先将正方形下模具3水平放置，然后将中模具2 (正方形方框)轻轻置于下模具3上，使其包围下模具3的轴向凸起结构。将IOOum的Ω形槽铜球粉均匀填满中模具2与下模具3形成的空腔内，填充时适时振荡模具，使铜球粉充分填充；沿轴向凸起结构31轴向方向将上模具I紧贴中模具2上表面推入，将填充完毕的空腔盖实。(3)将填满金属粉末的平面石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在850°C下，保温60分钟。(4)炉冷至室温，将上、中模具轻轻取下，然后沿凹形槽轴向方向将金属烧结毡轻轻推出，得到如图6和7所示的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构。内凹槽多孔强化沸腾微通道结构在电子电器产品换热器中的应用微通道换热器的组合。如图4和5所示，将加热铜块9嵌入流动腔体6的中间凹槽内；将内凹槽多孔强化沸腾微通道结构8置于加热铜块9上，且两者之间涂覆一层导热硅脂；内凹槽多孔强化沸腾微通道结构8与流道腔体6流道平齐；再将加热铜块9置于保温电木11的腔体中，保温电木11通过热电偶10保温；上盖板5与流动腔体6之间设有密封垫圈7 ;通过螺栓，将上盖板5、流动腔体6、保温电木11锁紧组合，从而制得微通道换热器。该微通道换热器具有内凹槽多孔强化沸腾微通道结构8，从而提高了传热系数及临界热流密度，具有良好的强化传热效果。
实施例2
本实施例除下述特征外，其他均与实施例I相同如图8所示，金属粉末的颗粒形状是 枝形。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，其特征在于包括由金属粉末烧结后形成的颗粒分布均匀的金属烧结毡，金属烧结毡上均匀分布有若干内凹槽。
2.根据权利要求I所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，其特征在于所述内凹槽的截面形状为倒“Ω”形。
3.根据权利要求I所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，其特征在于所述金属烧结租的厚度在2mm 3mm之间。
4.根据权利要求I所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，其特征在于所述金属粉末的直径在65um 140um之间，金属粉末的颗粒形状是球形或枝形，所述金属粉末为铜粉或镍粉。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于包括如下步骤· (1)采用线切割工艺加工平面石墨模具； (2)在无压力状态下，将金属粉末填充至平面石墨模具组合形成的空腔内，使金属粉末充分填满空腔为止； (3)将填满金属粉末的平面石墨模具置于烧结炉中烧结，并通入氢气作为气体保护，在800°C 900°C下，保温 30min 90min ； (4)炉冷至室温，然后拔模则可得到其上均匀分布有内凹槽的金属烧结毡，即所述内凹槽多孔强化沸腾结构。
6.根据权利要求5所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于所述平面石墨模具包括上模具、中模具与下模具，下模具上表面通过线切割形成均匀分布的轴向凸起结构，轴向凸起结构与内凹槽互补；所述中模具内部中空，且中模具设在下模具上；上模具为平面石墨板，填充粉末后，将上模具设于中模具上。
7.根据权利要求6所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于所述轴向凸起结构的截面形状为“ Ω ”形；所述轴向凸起结构的形状通过钥丝控制。
8.根据权利要求7所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于所述中模具的高度在2mm 3mm之间。
9.根据权利要求5所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的制造方法，其特征在于所述步骤(4)中，拔模是将上、中模具取下，然后沿内凹槽轴向将金属粉末烧结形成的金属烧结毡推出，得到内凹槽多孔强化沸腾结构。
10.如权利要求1-9任一项所述的内凹槽多孔强化沸腾微通道结构在电子电器产品换热器中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种内凹槽多孔强化沸腾微通道结构，包括由金属粉末烧结后形成的颗粒分布均匀的金属烧结毡，金属烧结毡上均匀分布有若干内凹槽。该内凹槽多孔强化沸腾微通道结构的多孔表面具有良好的毛细管特性，可以保持壁面的足够润湿，防止热斑、局部干燥而引起的局部结疤和聚合物沉积，同时多孔结构强化沸腾传热，提高了其传热系数及临界热流密度，具有良好的强化传热效果。
文档编号B22F3/11GK102878845SQ20121034603
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者汤勇, 邓大祥, 沈玉琴, 黄光汉 申请人:华南理工大学