[发明专利]一种用于液膜沸腾的复合微腔多孔曲面微通道结构及其制备方法

权利要求书

1.一种用于液膜沸腾的复合微腔多孔曲面微通道结构的制备方法，所述用于液膜沸腾的复合微腔多孔曲面微通道结构为氯化钠造孔剂颗粒和铜粉压制成型，经过铺放、合并、烧结、清洗脱除造孔剂、氧化刻蚀、化学清洗所得结构；

其特征在于，所述复合微腔多孔曲面微通道结构耦合微柱间的高渗透率以及铜粉之间高毛细压力的优势，具有良好的毛细性能；获得的铜粉表面的微腔结构增加气泡成核密度以及超亲水润湿性可以延迟高热通量下的CHF，获得的双曲面结构增加液膜铺展的钉扎效应，可增大三相接触线附近的薄液膜面积，从而增大传热面积，增强传热性能；

所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、获得粒径为15-20μm的造孔剂，将铜粉与造孔剂混合获得铜粉与造孔剂的混合物；

步骤二、将铜粉与造孔剂的混合物填充入模具内，封盖后通过夹具夹紧并施压；

步骤三、将步骤二中固定好的模具放入真空炉内进行真空烧结，冷却，获得烧结成型的铜粉与氯化钠的混合物，之后清洗脱除造孔剂，得到多孔曲面微通道结构；

步骤四、对步骤三中得到的多孔曲面微通道结构进行超声波清洗、加热、氧化刻蚀，获得多孔表面具有CuO纳米草结构的多孔曲面微通道结构；

步骤五、对步骤四中得到的多孔曲面微通道结构进行去离子水冲洗、烘干、化学清洗，获得复合微腔多孔曲面微通道结构；

所述步骤一的具体步骤如下：

S1、取适量氯化钠颗粒，研磨后过筛，得到粒径为15-20μm的造孔剂，干燥后备用；

S2、在室温条件下，分别将粒径为50-75μm、75-100μm或100-150μm的球形铜粉与造孔剂按体积比4:6混合，一起放入球磨机中进行球磨混合，得到铜粉与造孔剂的混合物；

所述步骤二的具体步骤如下：

先将石墨模具放进石墨定型腔室中，之后将铜粉与氯化钠的混合物进行仔细填充，当铜粉与氯化钠的混合物的填充高度高于模具0.5mm时，将铜基板覆盖在铜粉与氯化钠的混合物表面，然后用盖板封住，最后用夹具施加一定压力进行上下夹紧，使得铜粉与氯化钠的混合物压实，以及与铜基板密切接触；

所述步骤三的具体步骤如下：

将固定好的模具放入真空炉内进行真空烧结，真空炉进行程序升温到900℃之后，持续40分钟，之后自然冷却至室温，脱离石墨盖板与石墨腔室，进一步将石墨模具在烧结成型的铜粉与氯化钠的混合物中缓慢划出，最后将烧结成型的铜粉与氯化钠的混合物浸入到水中，将内部造孔剂洗掉，得到多孔曲面微通道结构；

所述步骤四的具体步骤如下：

用超声波丙酮溶液清洗多孔曲面微通道结构15分钟，去除有机残留物；之后在超声波乙醇溶液中继续清洗5分钟；最后，用去离子水冲洗样品，放入烘箱，50℃加热30分钟；干燥后的样品置于碱性溶液中刻蚀5min，刻蚀温度为96℃；刻蚀后的多孔表面形成一层致密的CuO纳米草结构；

所述步骤五的具体步骤如下：

然后将刻蚀后的样品用去离子水冲洗，并在烤箱中以80℃加热60分钟；为了促进成核和增强HTC，在保持高润湿性的同时，将刻蚀表面浸泡在5wt％的稀硫酸中，将纳米草从多孔表面去除，铜粉表面覆盖了高密度微腔结构，形成复合微腔多孔曲面微通道结构；

步骤S1中，所述干燥方式为真空干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为4h；

步骤S2中，所述球磨时间为15-30min，球磨转速为150-250r/min；

步骤二中，曲面凸型石墨模具由微细线切割加工成形，线切割采用钼丝直径0.1mm，其尺寸精度控制在±0.01mm；

步骤三中，所述真空烧结温度为900℃，烧结时间为40min；

步骤四中，所述有机溶剂为无水乙醇或丙酮，刻蚀液为NaClO₂:NaOH:

Na₃PO₄·12H₂O:H₂O＝3.75:5:10:10；

步骤五中，所述去除表面纳米结构的溶液为5wt％的稀硫酸。