[发明专利]一种具有微流道结构的金属间化合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属微流道及其制造技术，特别提供了一种具有微流道结构的金属间化合物及其制造方法，具体涉及M-Al（M=Fe,Co,Ni,Ti或Nb）金属间化合物微流道及其制造方法，。

背景技术

微反应器技术是现代化学和生物化学工业的一项倍受关注的新兴技术[参见文献：姚华堂，于新海，王正东，涂善东.微反应器中的微制作技术，微细加工技术，(2)(2006)54-60]。微反应器是一种连续流动的管道式反应器，其管道尺寸在亚微米至亚毫米之间，远小于常规管式反应器。微反应器管道具有极大的比表面积，因而物料的混合效率和换热效率极高，在精确控制反应温度，提高反应速率、反应的选择性和安全性以及产品质量方面，较之常规反应器有着极大的优势；同时微反应器以单元方式堆叠，可对生产规模进行方便的扩大和灵活的调节。微反应器技术将给现代化工技术带来革命性的影响。据报道，使用微反应器可使纳米粒子生产提高500倍。微管道或微流道是微反应器的关键组成部分，因而其加工技术构成了制作微反应器的关键技术，也是现代先进制造技术中较活跃的领域。

微流道材料包括高分子类、金属类、玻璃和陶瓷类。其中金属微流道具有热导率高、高温强度和抗热震性能优异的优势，是高温微反应器的理想候选材料。金属微流道的各种制备技术已有大量报道，如Guillou等人[参见文献：L.Guillou,S.Paul,V.Le Courtois,Investigation of H₂ staging effects on CO conversion and product distribution for Fischer-Tropsch synthesis in a structured microchannel reactor,Chemical Engineering Journal,136(2008)66-76]使用快速成型机雕刻技术（Fast prototyping machine）在0.25mm厚的316L不锈钢片上制备出了1mm宽800mm长的蛇形镂空通道，然后将其夹在两片其他板材之间由此形成了微流道，这种工艺制备二维微流道有一定的可行性，但对三维微流道来说需要制备大量的叠层，工艺复杂不易实现，且成本较高。利用脉冲放电对金属工件进行蚀除加工的微细放电加工技术可对金属进行穿孔和切割，具有较好的成型能力，但加工精度难以保证[参见文献：王润孝，先进制造技术，北京：科学出版社，2004]。Hakamada等人[参见文献：M.Hakamada,Y.Asao,T.Kuromura,Y.Chen,Processing of three-dimensional metallic microchannels by spacer method,Materials Letters 62(2008)1118-1121]采用间隔法（spacer method）在铜基体内制备出了三维结构的微流道，具体做法是：首先将铝丝预制成所需结构，然后埋入铜粉内，加压成型，接着在碱液内将铝丝腐蚀直至全部溶解，最后再经高温烧结提高强度，最终在铜基体内留下与铝丝结构一致的三维微流道。这一方法在制备三维微流道方面显示出了优越性，但腐蚀法较耗费时间，因而效率较低。Ohmi等人[参见文献：T.Ohmi,N.Hayashi,M.Iguchi,Formation of Porous Intermetallic Thick Film by Ni-Al Microscopic Reactive Infiltration,Materials Transactions,49(2008)2723-2727;T.Ohmi,T.Kodama,M.Iguchi,Formation Mechanism of Microchannels and Lining Layers in Sintered Iron Powder Compacts with Copper Sacrificial Cores,Materials Transactions,50(2009)2891-2896]则将一定结构的铝丝放入镍粉内或将铜丝放入铁粉内，加压成型，分别在高于铝和铜的熔点烧结，最终形成微流道。Ohmi等人认为这是由于铝或铜熔点低，熔化后融入镍或铁基体从而留下孔洞的结果，或者认为是普遍接受的Kirkendall效应的结果[Y.He,Y.Jiang,N.Xu,J.Zou,B.Huang,C.T.Liu,P.K.Liaw,Fabrication of Ti-Al micro/nanometer-sized porous alloys,Advanced Materials,19(2007)2102-2106]。这一方法省去了腐蚀的工序，效率较高，但该工艺只适应于少数几种金属基体，比如在铜或非金属基体内可能就无法形成微流道，因而应用范围较窄。而且包括以上介绍的大多数金属微流道耐温、耐腐蚀性能均较低，难以满足高温微反应器的应用要求。现代工业需要一种耐温、耐腐蚀性能优异且易于加工的金属微流道用于高温微反应器。