专利名称：一种用作催化反应载体的微通道薄板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及催化反应载体及其制造方法，特别涉及一种用作催化反应载体的微通道薄板及其制造方法。
背景技术：
目前常用的催化反应载体多为泡沫金属多孔材料，多孔材料虽然具有高渗透性、 高比表面积以及高孔隙的特性，但是由于孔的分布方向为随机分布，难以实现反应物体的高效快速反应，并且存在压力损失严重，流通能力差等问题。微通道是近几年发展起来的一种较新的比表面积大的金属材料结构，具有体积小，传热效率高、响应时间短、温度分布均匀等特点，因此特别适合作为各种催化反应的载体。微通道作为反应载体可以较好地解决这些问题，从而充分显示出广阔的应用前景。现在微通道的加工技术大概可以分为三类一是硅体微加工技术；二是LIAG，三是超精密加工技术工艺。前两种加工技术具有很大的局限性，如加工工艺复杂，加工精度低，加工成本高等。激光加工技术属于超精密加工的一种，加工精度高，所加工出来的微通道形状和大小可控性好，具有很大的发展前景且是最有望实现高深宽比的微通道的高效低成本大规模的制造的加工工艺之一。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，该方法工艺简单、成本低廉，制造的微通道薄膜压力损失小，比表面积高，微通道形状和大小可控性好。本发明的另一目的在于提供上述方法制造的微通道薄板。本发明的目的通过以下技术方案实现一种用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，包括以下步骤(I)对金属薄板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对金属薄板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上；(3)在光纤激光器中绘制加工路径，设置加工参数，并启用红光对金属薄板进行定位；(4)采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道；(5)用蒸馏水对金属薄板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。步骤(4)所述采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道， 具体为采用光纤激光器在金属薄板的单面上加工，在金属薄板上形成相互平行或者垂直的微通道。步骤(4)所述采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道， 具体为采用光纤激光器先后对金属薄板的正反双面交错加工，形成槽孔结构微通道，包括以下步骤启动光纤激光器，在金属薄板的正面上加工一组微通道后，将金属薄板卸下，翻到反面，进行步骤(2) (3)，再启动光纤激光器加工另一组微通道；正反两面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金属薄板上形成两组垂直交叉的沟槽，交叉处形成通孔。步骤(3)所述加工参数包括填充方式、加工功率、加工速度、加工次数。所述金属薄板为铝板、紫铜板、黄铜板中的任意一种。由上述方法制造的微通道薄板,微通道的宽度为O. Olmm 10mm。每相邻两条微通道的距离为O. Olmm 10mm。微通道的截面近似为矩形、半圆形或V形。微通道的形状为直线形或曲线形。微通道薄板正反两面的微通道相互垂直交叉，交叉处形成通孔；通孔的形状近似为矩形、圆形或菱形。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果I、本发明以激光加工的方法加工出微通道结构，采用此方法加工的微通道多孔载体板具有大比表面积，微通道形状和大小可控性好，加工精度高，并具有良好的传热和传质能力。所制造的微通道薄板具有细小的微沟槽，截面形状可控性好，同时由于微通道结构的导向作用，与传统的粉末烧结多孔滤材和泡沫金属多孔材料相比，使得定向微通道载体板具有了高的流通能力，在过滤精度、阻力损失、孔道均匀稳定、比表面积、热传递效率等方面也有了明显的提高。具有目前用作催化剂载体的粉末烧结多孔材料或泡沫金属多孔材料所无法比拟的优越性，将大大提高催化剂的性能。同时该微通道多孔载体板能够广泛应用于化工工艺过程的研究中，反应通道具有优异的、独特的性能，具有很大市场潜力，有着广泛的应用前景。2、本发明加工工艺简单，生产效率高，成本低廉，易实现微通道多孔载体板大规模、低成本制造。相比用微细放电加工金属微通道结构，省去了大量复杂的工艺，而且加工精度高。相比于电子束加工和离子束加工，采用此种加工方法，省去了抽取真空环境以及昂贵的加工设备，因此加工费用较低。
图I为本发明的单面直线形V字形截面微通道薄板的结构示意图。图2为本发明的单面直线形矩形截面微通道薄板的结构示意图。图3为本发明的单面直线形半圆形截面微通道薄板的结构示意图。图4为本发明的单面蛇形微通道薄板的结构示意图。图5为本发明的单面曲线型微通道薄板的结构示意图。图6为本发明的单面双向矩形截面微通道薄板的结构示意图。图7为本发明的双面V字形截面微通道薄板的结构示意图。图8为本发明的双面半圆形截面微通道薄板的扫描电镜图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例I本实施例选用厚度为O. 5mm，长宽为70mmX40mm的铝板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对铝板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对铝板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于铝板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在光纤激光器中绘制加工路径沿铝板宽度方向呈直线；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数75，加工功率19W，加工速度1000mm/S，填充方式为双向填充，填充区域为宽度为O. 5mm长为70mm的矩形；并启用红光对金属薄板进行定位；(4)采用光纤激光器下对铝板的一面进行加工，在铝板上形成单面直线形V形截面的微通道；(5)用蒸馏水对铝板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图I所示，本实施例制造的单面直线形V形截面微通道薄板有70条微通道结构，每相邻两条微通道相距O. 5mm,微通道本身宽度也约为O. 5mm,微通道的深度大约为 O. 3mmο实施例2本实施例选用厚度为O. 5mm,长宽为70mmX40mm的紫铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对紫铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对紫铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于紫铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径沿紫铜板宽度方向呈直线；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数30，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式为双向填充，填充区域为宽度为IOmm长为70_的矩形；并启用红光对金属薄板进行定位；(4)在光纤激光器下对紫铜板的一面进行加工，在铜板上形成单面直线形矩形截面的微通道；(5)用蒸馏水对紫铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图2所示，本实施例制造的单面直线形矩形截面微通道薄板有70条微通道结构，每相邻两条微通道相距10mm，微通道本身宽度也约为10mm，微通道的深度大约为 O. 3mmο实施例3本实施例选用厚度为O. 5mm,长宽为70mmX40mm的紫铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤
(I)对紫铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对紫铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于紫铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径沿铜板宽度方向呈直线；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数45，加工功率14W，加工速度750mm/s，填充方式为双向填充，填充区域为宽度为O. 5mm长为70mm的矩形；并启用红光对金属薄板进行定位；(4)在光纤激光器下对铜板的一面进行加工，在紫铜板上形成单面直线形U形截面的微通道；(5)用蒸馏水对铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图3所示，本实施例制造的单面直线形U形截面的微通道薄板有70条微通道结构，每相邻两条微通道相距5mm,微通道本身宽度也约为5mm,微通道的深度大约为O. 3mm。实施例4本实施例选用厚度为O. 5mm,长宽为70mmX40mm的黄铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对黄铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对黄铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径沿铜板宽度方向呈蛇形；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数15，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式单向填充；填充区域为宽度为O. 5mm的蛇形；并启用红光对黄铜板进行定位；(4)在光纤激光器下对黄铜板的一面进行加工，在黄铜板上形成蛇形矩形截面的微通道；(5)用蒸馏水对铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图4所示，本实施例制造的单面蛇形矩形截面微通道薄板有70条微通道结构， 每相邻两条微通道相距O. 5mm，微通道本身宽度也为O. 5mm，微通道的深度大约为O. 3mm。实施例5本实施例选用厚度为O. 5mm，长宽为70mmX40mm的铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径沿铜板宽度方向呈圆弧形；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数25，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式为双向填充；填充区域为宽度为O. 5的圆弧形；并启用红光对铜板进行定位；
(4)在光纤激光器下对铜板的一面进行加工，在铜板上形成单面圆弧形矩形截面的微通道；(5)用蒸馏水对铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图5所示，本实施例制造的单面圆弧形矩形截面微通道薄板有70条微通道结构，每相邻两条微通道相距O. 5mm,微通道本身宽度也约为O. 5mm,微通道的深度大约为
O.3mmο实施例6本实施例选用厚度为O. 5mm，长宽为70mmX40mm的铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径分两次加工，第一次加工方向沿铜板宽度方向呈直线形；第二次加工方向与第一次加工方向成90°夹角，呈直线形；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数15，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式为双向填充；填充区域为宽度为O. 5mm长为70_的矩形；并启用红光对铜板进行定位；(4)在光纤激光器下对铜板的一面进行加工，在铜板上形成单面直线形矩形截面的微通道；(5)用蒸馏水对铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图6所示，本实施例制造的单面十字交叉矩形截面微通道薄板有70条微通道结构，每相邻两条微通道相距O. 5mm，微通道本身宽度也大约为O. 5mm，微通道的深度大约为
O.3mmο实施例7本实施例选用厚度为O. 5mm，长宽为70mmX40mm的铝板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对铝板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对铝板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于铝板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径分两次加工，第一次加工方向沿铝板宽度方向呈直线形；第二次加工方向与第一次加工方向成90°夹角，呈直线形；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数75，加工功率19W，加工速度1000mm/S，填充方式为双向填充，填充区域为宽度为O. 5mm长为70mm的矩形；并启用红光对铝板进行定位；(4)采用光纤激光器先后对铝板的正反双面交错加工，形成槽孔结构微通道，包括以下步骤启动激光器，在铝板的正面上加工一组直线形V形截面的微通道后，将金属薄板卸下，翻到反面，进行步骤(2) (3)，再启动激光器加工另一组直线形V形截面的微通道；正反两面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金属薄板上形成两组垂直交叉的沟槽，交叉处形成菱形通孔；(5)用蒸馏水对铝板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图7所示，本实施例制造的多孔薄板有70条微通道结构，微通道本身宽度也大约为O. 5mm,微通道的深度大约为O. 3mm,正反两面的微通道相互垂直交叉,交叉处形成菱形通孔。实施例8本实施例选用厚度为O. 5mm,长宽为70mmX40mm的紫铜板作为加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步骤(I)对紫铜板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对紫铜板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上，以避免在接下来的加工过程中，由于紫铜板的凹凸不平或者受热卷起而导致所加工出来的微通道结构出现深度不均匀的现象。(3)在激光器中绘制加工路径分两次加工，第一次加工方向沿铝板宽度方向呈直线形；第二次加工方向与第一次加工方向成90°夹角，呈直线形；设置用于控制微通道截面形状的加工参数如下，加工次数45，加工功率18W，加工速度750mm/s，填充方式为双向填充，填充区域为宽度为O. 5mm长为70mm的矩形；并启用红光对紫铜板进行定位；(4)采用光纤激光器先后对金属薄板的正反双面交错加工，形成槽孔结构微通道， 包括以下步骤启动激光器，在金属薄板的正面上加工一组直线形半圆形截面微通道后，将金属薄板卸下，翻到反面，进行步骤(2) (3)，再启动激光器加工另一组直线形半圆形截面微通道；正反两面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金属薄板上形成两组垂直交叉的沟槽，交叉处形成近似圆形通孔。(5)用蒸馏水对铜板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。如图8电镜扫描图所示，本实施例制造的多孔薄板有70条微通道结构，本实施例制造的多孔薄板有70条微通道结构，微通道本身宽度也大约为O. 5_，微通道的深度大约为O. 3mm，正反两面的微通道相互垂直交叉，交叉处形成近似圆形通孔。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，如微通道截面可为其他形状、当正反面微通道均为矩形时可得到矩形通孔等，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤(1)对金属薄板进行表面除锈、清洗以去除表面污溃；(2)对金属薄板进行牢靠固定用碾压装置将金属薄板压平后安装在夹具上；(3)在光纤激光器中绘制加工路径，设置加工参数，并启用红光对金属薄板进行定位；(4)采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道；(5)用蒸馏水对金属薄板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。
2.根据权利要求I所述的用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 步骤(4)所述采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道，具体为采用光纤激光器在金属薄板的单面上加工，在金属薄板上形成相互平行或者垂直的微通道。
3.根据权利要求I所述的用作催化反应载体的微通道多孔薄板的制造方法，其特征在于，步骤(4)所述采用光纤激光器对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道，具体为采用光纤激光器先后对金属薄板的正反双面交错加工，形成槽孔结构微通道，包括以下步骤启动光纤激光器，在金属薄板的正面上加工一组微通道后，将金属薄板卸下，翻到反面，进行步骤(2) (3)，再启动光纤激光器加工另一组微通道；正反两面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金属薄板上形成两组垂直交叉的沟槽，交叉处形成通孔。
4.根据权利要求I所述的用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 步骤(3)所述加工参数包括填充方式、加工功率、加工速度、加工次数。
5.根据权利要求I所述的用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 所述金属薄板为铝板、紫铜板、黄铜板中的任意一种。
6.由权利要求I 5任一项所述方法制造的微通道薄板，其特征在于，微通道的宽度为 O. Olmm IOmm0
7.根据权利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，每相邻两条微通道的距离为 O. Olmm IOmm0
8.根据权利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道的截面近似为矩形、半圆形或V形。
9.根据权利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道的形状为直线形或曲线形。
10.根据权利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道薄板正反两面的微通道相互垂直交叉，交叉处形成通孔；通孔的形状近似为矩形、圆形或菱形。
全文摘要
本发明公开了一种用作催化反应载体的微通道薄板的制造方法，包括以下步骤(1)对金属薄板进行表面除锈、清洗以去除表面污渍；(2)对金属薄板进行牢靠固定；(3)在激光器中绘制加工路径，设置加工参数，并启用红光对金属薄板进行定位；(4)在光纤激光器下对金属薄板进行加工，在金属薄板上形成微通道；(5)用蒸馏水对金属薄板进行清洗；(6)吹风干燥，得到用作催化反应载体的微通道薄板。本发明还公开了上述方法制造的微通道薄板。与现有技术相比，本发明工艺简单、成本低廉，制造的微通道薄膜压力损失小，比表面积高，微通道形状和大小可控性好。
文档编号B01J35/10GK102580786SQ20121001838
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者万珍平, 刘彬, 吴汝素, 周伟, 周波, 林磊, 汤勇, 邱孝新 申请人:华南理工大学