一种微通道结构以及生成该微通道的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分析仪器技术领域，特别涉及一种微通道结构以及生成该微通道的方法。
【背景技术】
[0002]分析仪器作为重要的科研工具，在科学研宄和化工领域已经有广泛的应用。而在色谱分析中，流体通路贯穿整个进样、分析、和检测部分。样品需要以一定压力通过惰性气体/液体压入进样口，然后进入色谱柱分离，最后进入检测器进行检测。
[0003]在传统气相/液相色谱仪器中，会遇到多种管路的连接，如两个通道的对接、三个(或)更多通路的对接、在管路上安装压力或流量传感器等。传统流路都是以不锈钢管、PEEK管、聚四氟乙烯管为主，再配以机械加工的底座，使用两通、三通等连接接头将上述管路按照要求连接在一起，以实现连接、分流、合并流路等目的。使用过程中，对于通道数比较少的情况，上述不同材质细管可以较方便的实现流体通道。而当通道数目比较多时，此类方法就显得很难实现。尤其是传统管路连接需要较大空间，如果空间太小，容易将管路折断。而且当其中一个通路发生泄漏或阻塞后，查找的难度也比较大，这就限制了该类装置的应用。
[0004]目前市场上大部分仪器也只能以牺牲体积的办法来实现该类连接。另外，在目前的仪器制作过程中，还有厂家使用微孔机械加工工艺(钻孔/铣孔)制作微型通道，但是，由于机械加工的局限性，对于孔径较小(D〈0.5mm)，深度:孔径>7以上的结构需要专用钻床加工，而且加工成本较高。尤其对于需要在较小体积内集成多路流量的结构，使用机械加工几乎不太可能。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种微通道结构，是一种基于不锈钢板扩散焊接的微流路通道，用于分析仪器(如色谱，光谱等)和机械装备技术领域。
[0006]本发明还同时提供一种微通道生成方法，将一种常见不锈钢薄板，按照预先设定的腐蚀通道通过化学腐蚀，采用新型扩散焊接工艺，将不锈钢板平面间焊接密封，保证气路通道无泄漏。
[0007]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种微通道结构，包括至少2块表面可被刻蚀的材料层，在至少I块材料层表面具有被刻蚀形成的凹槽，材料层上具有凹槽的表面紧密贴合，材料层上的凹槽连通，所述凹槽形成液体或者气体能在其中流动的微通道。
[0009]所述材料层为2块，其相互贴合的表面均具有刻蚀形成的凹槽，2块材料层上的凹槽连通。
[0010]2块材料层表面形成的凹槽图形形状呈对称。
[0011]所述材料层为2块，其中I块材料层表面具有被刻蚀形成的凹槽，另I块材料层上具有贯穿其上下表面的通孔，所述通孔与所述凹槽连通，使得所述通孔成为微通道的一段。
[0012]所述材料层为2块，其中I块材料层表面具有被刻蚀形成的凹槽，另I块材料层表面具有被刻蚀形成的凹槽以及凹槽上开设的贯穿其上下表面的通孔，所述2块材料层上的凹槽连通，使得所述通孔成为微通道的一段。
[0013]所述材料层为3块或以上，其表面紧密贴合叠加，处于中间位置的材料层具有贯通其上下表面的通孔，所述通孔与所述凹槽连通，使得所述通孔成为微通道的一段。
[0014]所述材料层采用不锈钢，或者硅片。
[0015]一种生成上述微通道的方法，在所述材料层间采用扩散焊接方法，将材料层和N1-P过渡层放入真空扩散焊接炉，具体焊接步骤如下:
[0016]I)、扩散焊接炉压力为0，将真空焊接炉抽真空到10_4Pa，在后面的工序中，真空压力需不大于KT3Pa ；
[0017]2)、将真空焊接炉体冲入H2，压力为Ix 10_4-2x1-4Torr ；
[0018]3)、将真空炉从室温加热到480°C，升温速率为30DegC/min ；
[0019]4)、以167°C /h的速率升温到463°C，腔体充H2到2xlO-4-4xlO_4Torr，然后保持6分钟；
[0020]5)、扩散焊接炉加压力到1000PSI，维持7分钟；
[0021]6)、扩散焊接炉压力恢复到OPSI，维持6分钟；
[0022]7)、取消H2压力；
[0023]8)、以 133°C /h 的升温速率到 890 °C ；
[0024]9)、扩散焊接炉压力升到130PSI，维持7分钟；
[0025]10)、以17°C /h的升温速率加热到970°C ；
[0026]11)、扩散焊接炉压力增加到868PSI，在970°C，130PSI条件下维持1.5小时；
[0027]12)、以335°C /h的降温速率降到870°C，然后停止加热；
[0028]13)、用真空炉的水冷系统降温到常温，降温速率约为30/min ;
[0029]14)、炉腔体内的温度到达常温后，充氮气吹扫，使氮气压力稳定在1.2个标准大气压后，开炉门，取出零件。
[0030]本发明所采用的化学刻蚀技术已经在微电子微机械(MEMS)领域得到广泛应用。通过该技术，可以在不锈钢或硅片表面生成任意形状的流路，然后通过扩散焊接将对称的两片不锈钢或硅片焊接在一起，这样就可以形成需要的通道。化学蚀刻能够改变材料的形状，但不会改变材料的任何性质。而机械加工和激光切割则不同，会在部件边缘产生相当宽度的热影响区域。冲压也会影响材料的性质。因此，经这些方法加工的部件会在不同厚度的区域产生不同特质。相比之下，化学蚀刻可以在不影响材料本身硬度的条件下加工不同厚度的部件。
[0031]本发明所提供的微通道结构及其生成方法，增强了气路控制的紧凑性，通用性和扩展性，为气相色谱分析技术发展中因气路增多而产生的接口问题、体积问题和泄漏问题提供了解决方案。
【附图说明】
[0032]图1为发明中各种通道形状焊接前切面特征；
[0033]图2为发明中各种通道形状焊接后切面特征；
[0034]图3为本发明焊接过程典型空间布置图；
[0035]图4为发明中典型通道形状三层焊接后切面特征；
[0036]图5为本发明光化学刻蚀或电化学刻蚀后焊接前的一类平面图；
[0037]图6为本发明光化学刻蚀或电化学刻蚀后焊接前的另一类平面图。
【具体实施方式】
[0038]如图1和2所示，本发明使用光化学刻蚀或电化学刻蚀工艺在不锈钢板材料层I表面上生成深度为0.5-2mm，宽度为0.5mm-5mm的半圆形凹槽2，