專利名稱：一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔表面制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬多孔表面由于其獨(dú)特的強(qiáng)化傳熱機(jī)理和高效的傳熱性能，已成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型換熱表面?，F(xiàn)有的傳熱用金屬多孔表面制造方法主要有機(jī)械加工法、粉末燒結(jié)法以及纖維纏繞法等。機(jī)械加工法對管材的原始尺寸公差要求嚴(yán)格，且只適用于軟金屬材料。雖然可以大量生產(chǎn)多孔管，但是它無法加工很小的空隙，因而對其傳熱性能的提高有限，而且在表面張力較小的介質(zhì)中使用效果不明顯。粉末燒結(jié)法制造的多孔表面管加工工藝復(fù)雜、孔隙不規(guī)整、連通性較差、能耗大、有三廢污染，且在高溫下容易產(chǎn)生退火變形，而且在帶來高效強(qiáng)化效果的同時(shí)，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的沸騰滯后，特別是不適合不規(guī)則表面的加工制作。金屬纖維多孔表面與機(jī)械加工法和粉末燒結(jié)法制備的多孔表面相比，具有孔隙度高、傳熱比表面積大、汽化核心數(shù)目多、無污染、比重輕等優(yōu)點(diǎn)。但是現(xiàn)今的金屬纖維多孔表面以纏繞為主，對纖維與基體的界面結(jié)合未能足夠重視，這種結(jié)合方式直接導(dǎo)致其熱阻增大，影響傳熱效果。因此改善金屬纖維多孔材料與基板的界面結(jié)合，對金屬纖維多孔表面的制備有至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)度界面結(jié)合的傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法。該方法在不破壞金屬多孔材料的同時(shí)使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進(jìn)行較強(qiáng)結(jié)合。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；所述金屬基板和金屬纖維多孔材料的材質(zhì)相同；步驟二、配制分散劑質(zhì)量濃度為2% 10%的水溶液，然后將金屬粉末加入水溶液中，得到懸浮液；步驟三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述金屬纖維多孔材料浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm 0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料按照吸附有懸浮液的一面與金屬基板接觸的方式置于步驟一中烘干后的金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到金屬纖維復(fù)合多孔表面。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟二中所述分散劑為聚
乙烯醇或聚乙二醇。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟二中所述懸浮液中金屬粉末的質(zhì)量濃度為2% 10% ；上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結(jié)的制度為燒結(jié)溫度900°C 1250°C，升溫速率5°C /min 15°C /min，保溫時(shí)間Ih 3h。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結(jié)過程中對坯料施加50Pa 200Pa的壓力。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結(jié)過程是在氫氣或氬氣的氣氛保護(hù)下進(jìn)行，或者在真空下進(jìn)行。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結(jié)后還包括采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的金屬纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用液壓機(jī)對修剪后的金屬纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。上述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，所述液壓機(jī)為100噸液壓機(jī)，平整處理的壓力不大于IMPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明制備方法簡單，設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)。2、本發(fā)明的方法在不破壞金屬多孔材料的同時(shí)使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進(jìn)行較強(qiáng)結(jié)合，獲得的金屬纖維復(fù)合多孔表面熱阻小，傳熱效果好。3、本發(fā)明通過線切割機(jī)和液壓機(jī)對燒結(jié)后的金屬纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪和平整，調(diào)整到所需的尺寸和厚度，在平整厚度的過程中，使用的壓力較小，因此平整對于金屬纖維復(fù)合多孔表面孔結(jié)構(gòu)的影響可以忽略不計(jì)。下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為80 μ m，孔隙度90%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為140 μ m 160 μ m的紫銅粉末，加入質(zhì)量濃度為2%的聚乙烯醇水溶液中配制成紫銅粉末質(zhì)量濃度為8%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 2mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下，升溫速率為15°C /min的條件下升溫至900°C 950°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫池，燒結(jié)過程中對坯料施加501 壓力， 隨爐冷卻得到紫銅纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的紫銅纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。實(shí)施例2步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為60 μ m，孔隙度80%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為100 μ m 110 μ m的紫銅粉末，加入質(zhì)量濃度為10%的聚乙烯醇水溶液中配制成紫銅粉末質(zhì)量濃度為10%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下，升溫速率為10°C / min的條件下升溫至900°C 950°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫池，燒結(jié)過程中對坯料施加2001 壓力， 隨爐冷卻得到紫銅纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的紫銅纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。實(shí)施例3步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為50 μ m，孔隙度90%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為100 μ π! 120 μ m的不銹鋼粉末，加入質(zhì)量濃度為2%的聚乙二醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質(zhì)量濃度為2%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在氬氣保護(hù)下，升溫速率為5°C /min的條件下升溫至1200°C 1250°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫lh，燒結(jié)過程中對坯料施加150 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實(shí)施例4步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為20 μ m，孔隙度90%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為60 μ m 80 μ m的不銹鋼粉末，加入質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質(zhì)量濃度為10%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 3mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在升溫速率為15°C /min的條件下升溫至1000°c 1050°C進(jìn)行真空燒結(jié)，保溫池，燒結(jié)過程中對坯料施加2001 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實(shí)施例5步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為12 μ m，孔隙度80%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為40 μ m 50 μ m的不銹鋼粉末，加入質(zhì)量濃度為10%的聚乙二醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質(zhì)量濃度為8%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在升溫速率為8°C /min的條件下升溫至1200°C 1250°C進(jìn)行真空燒結(jié)，保溫池，燒結(jié)過程中對坯料施加50 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實(shí)施例6步驟一、選取燒結(jié)過的絲徑為50μπι，孔隙度70%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為80 μ m 90 μ m的紫銅粉末，加入質(zhì)量濃度為6%的聚乙二醇水溶液中配制成紫銅粉末質(zhì)量濃度為2%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中，在氬氣保護(hù)下，升溫速率為5°C /min 的條件下升溫至950°C 1000°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫lh，燒結(jié)過程中對坯料施加100 壓力，隨爐冷卻得到紫銅纖維復(fù)合多孔表面；采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用100噸液壓機(jī)，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。本實(shí)施例制備的紫銅纖維復(fù)合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復(fù)合的材料的熱阻降低1/2左右，復(fù)合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理， 然后將經(jīng)粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；所述金屬基板和金屬纖維多孔材料的材質(zhì)相同；步驟二、配制分散劑質(zhì)量濃度為2% 10%的水溶液，然后將金屬粉末加入水溶液中， 得到懸浮液；步驟三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結(jié)合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；所述金屬纖維多孔材料浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm 0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料按照吸附有懸浮液的一面與金屬基板接觸的方式置于步驟一中烘干后的金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到金屬纖維復(fù)合多孔表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟二中所述分散劑為聚乙烯醇或聚乙二醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟二中所述懸浮液中金屬粉末的質(zhì)量濃度為2% 10% ；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結(jié)的制度為燒結(jié)溫度900°C 1250°C，升溫速率5°C /min 15°C / min，保溫時(shí)間Ih 3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結(jié)過程中對坯料施加50 200Pa的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結(jié)過程是在氫氣或氬氣的氣氛保護(hù)下進(jìn)行，或者在真空下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結(jié)后還包括采用線切割機(jī)對燒結(jié)后的金屬纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行修剪，然后采用液壓機(jī)對修剪后的金屬纖維復(fù)合多孔表面進(jìn)行平整處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，其特征在于，所述液壓機(jī)為100噸液壓機(jī)，平整處理的壓力不大于IMPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳熱用金屬纖維復(fù)合多孔表面的制備方法，該方法為一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結(jié)合的一面進(jìn)行粗糙化處理，然后將經(jīng)粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；二、將金屬粉末配制成懸浮液；三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結(jié)合的一面浸漬在懸浮液中，利用毛細(xì)管力吸附懸浮液；四、將吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料置于金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；五、將坯料置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到金屬纖維復(fù)合多孔表面。本發(fā)明的方法在不破壞金屬多孔材料的同時(shí)使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進(jìn)行較強(qiáng)結(jié)合，獲得的金屬纖維復(fù)合多孔表面熱阻小，傳熱效果好。
文檔編號B22F3/11GK102430752SQ20111039652
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者支浩, 敖慶波, 朱紀(jì)磊, 湯慧萍, 王建忠, 馬軍 申請人:西北有色金屬研究院