[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

说明书

本发明提供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，步骤为：氯化钠造孔剂颗粒和铜粉压制成型，或者直接铜粉松装烧结，经过铺放、合并、烧结、清洗脱除造孔剂、氧化刻蚀、化学清洗，获得复合微腔多孔曲面微通道结构。本发明所制备的复合微腔多孔曲面微通道结构耦合了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；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，双曲面结构设计增加了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。

技术领域

本发明涉及传热技术领域，具体而言，尤其涉及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。

背景技术

动力电子设备已成为由低至高电压电气设备的重要组成部分，包括便携式电子设备、光伏电池逆变器、发光二极管(LED)和电动汽车。随着新兴技术的快速发展，其呈现微型化、集成化两大趋势，同时也伴随着热流密度的急剧增加。新兴材料的发展，如碳化硅和氮化镓，使更小、更紧凑的设备具有更高的功率密度，这要求更有效的热管理技术来匹配超薄散热设备。热管理技术的挑战主要来自热源的布局和空间分布，增加的最大操作热负荷和减少芯片的温度是热管理设计中最重要的因素。为了提高散热率，可以通过利用高孔隙率的材料(例如微米/纳米膜)扩大蒸发的比表面积来增加弯月面面积和薄膜区域。超薄芯吸结构提供了一种途径，可通过增加蒸发的界面面积并减小液膜的传导电阻来提高蒸发效率。液体供应的毛细管驱动质量流率在临界热通量(CHF)中起着关键作用，该情况下，需要厚而高渗透率的芯吸结构。另一方面，热通过饱和毛细结构从固体表面流动到蒸发前增加了热阻，并因此降低了传热系数(HTC)。显然，毛细蒸发受到供液所需的高芯吸流速和流向蒸发前端的热流的低热阻之间存在权衡的影响，这对在同一芯吸结构上同时优化CHF和HTC提出了巨大挑战。大多数芯吸结构需要精细的纳米加工，这对于经济高效地扩大规模以满足热管理和能源应用的大面积需求提出了挑战。因此，本发明提出了一种低成本制作的复合微腔多孔曲面微通道结构，可通过增加蒸发的界面面积并减小液膜的传导热阻来提高蒸发效率，通过超亲水润湿性来延迟高热通量下CHF的发生。在微电子、航空航天等领域具有非常有前途的应用价值。

发明内容

根据上述提出的毛细蒸发受到供液所需的高芯吸流速和流向蒸发前端的热流的低热阻之间存在权衡的影响，这对在同一芯吸结构上同时优化CHF和HTC提出了巨大挑战；大多数芯吸结构需要精细的纳米加工，这对于经济高效地扩大规模以满足热管理和能源应用的大面积需求提出了挑战的技术问题，而提供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。本发明制备的复合微腔多孔曲面微通道结构耦合了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；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，双曲面结构设计增加了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。本发明方法工艺简单，生产成本低，制得的用于液膜沸腾的复合微腔多孔曲面微通道结构，毛细抽吸力大，超亲水的润湿性，气泡核化密度点多，液膜传热面积大，具有优秀的传热效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种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，或者直接铜粉松装烧结，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。

本发明还提供了一种制备用于液膜沸腾的复合微腔多孔曲面微通道结构的方法，包括如下步骤：

步骤一、获得造孔剂，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；