一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法转让专利
申请号 : CN202110408330.4
文献号 : CN113122799B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 李庆 , 孙雪振 , 邱羽 , 文哲希
申请人 : 中南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,包括:首先加工微阵列结构(3)、固定件(2)和掩板(1),所述微阵列结构(3)包括阵列基体(5)以及设置在所述阵列基体(5)上端的多个微柱(4),多个所述微柱(4)呈等间距阵列分布,所述固定件(2)内设置有上下开口的安装腔,所述安装腔的形状与所述阵列基体(5)的外形相契合,所述掩板(1)设置有多个贯穿的孔(7),多个所述孔(7)呈等间距阵列分布且与多个所述微柱(4)一一对应设置,所述孔(7)的尺寸小于所述微柱(4)的顶面尺寸;然后将所述阵列基体(5)固定安装于所述固定件(2)的安装腔内,将所述掩板(1)盖设于所述固定件(2)的上端,并使所述孔(7)与所述微柱(4)的顶面一一相对;最后在所述掩板(1)上进行镀膜处理,在所述微柱(4)的顶面与所述孔(7)相对的区域镀膜修饰为疏水区域,所述微柱(4)的顶面偏移所述孔(7)的区域为亲水区域;
所述固定件(2)的高度等于所述微阵列结构(3)和所述掩板(1)的总高度,所述阵列基体(5)安装于所述固定件(2)的安装腔内时,所述固定件(2)的下端面与所述阵列基体(5)的下端面处于同一水平面;所述固定件(2)的上端靠近所述安装腔的边缘设置有槽道(6),所述槽道(6)的形状与所述掩板(1)的外形相契合,所述掩板(1)能够嵌设安装于所述槽道(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述槽道(6)的深度等于所述掩板(1)的厚度。
3.根据权利要求2所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述掩板(1)的厚度为300μm~500μm。
4.根据权利要求1所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述槽道(6)具有延伸至所述固定件(2)的上端外侧边沿的开口。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述固定件(2)的安装腔和所述阵列基体(5)均为方形。
6.根据权利要求5所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述固定件(2)的安装腔的内壁周边加工有内倒角,所述阵列基体(5)的周边加工有外倒角,所述外倒角与所述内倒角相契合。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述镀膜处理采用磁控溅射,且在真空环境中进行。
8.根据权利要求7所述的一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法,其特征在于,所述磁控溅射的溅射物质为聚四氟乙烯。
说明书 :
一种微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面的制备方法
技术领域
背景技术
效且常用的高热流密度换热手段,在工业发展中具有广阔的应用前景。如何提高沸腾换热
过程中的换热系数和临界热流密度值,是当前相变传热的研究重点。
沸腾传热领域新的技术方案,如对微阵列结构中微柱顶面进行局部疏水改性。目前,制备微
阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面采用胶带遮掩的方法,基本原理是在对微柱顶面进
行化学修饰的过程中,通过胶带的反复粘贴来隔绝传热面与修饰剂的反应,来维持其本征
亲水性不变。未粘贴胶带的传热面,修饰为疏水区域,从而制备微阵列结构复合湿润性强化
沸腾传热表面。显而易见,该方法操作繁琐,胶带遮掩的可靠性低,且易对传热面造成污染。
发明内容
微柱呈等间距阵列分布;所述固定件内设置有上下开口的安装腔,所述安装腔的形状与所
述阵列基体的外形相契合;所述掩板设置有多个贯穿的孔,多个所述孔呈等间距阵列分布
且与多个所述微柱一一对应设置,所述孔的尺寸小于所述微柱的顶面尺寸;然后将所述阵
列基体固定安装于所述固定件的安装腔内,将所述掩板盖设于所述固定件的上端,并使所
述孔与所述微柱的顶面一一相对;最后在所述掩板上进行镀膜处理,在所述微柱的顶面与
所述孔相对的区域镀膜修饰为疏水区域,所述微柱的顶面偏移所述孔的区域为亲水区域。
同一水平面。
形成一个封闭较好的空间,因而在镀膜处理过程中,可有效保证仅掩板上孔对应的微柱的
顶面区域修饰为疏水区域,微柱的顶面偏移孔的位置的其它本征亲水区域不被污染。微柱
顶面的改性区域为掩板对应的孔区域,因而可以通过改变掩板上孔的尺寸控制改性区域的
大小,操作灵活简便。微阵列结构、固定件与掩板三者之间紧密配合,拆装方便,且固定件和
掩板可以重复使用,具有较高的经济性。此外,采用镀膜处理对微柱顶面局部区域进行疏水
性修饰,操作简便,可以批量制备微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面,具有较高的制
备效率。
附图说明
具体实施方式
普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护
的范围。
安装腔,安装腔的形状与阵列基体5的外形相契合,掩板1设置有多个贯穿的孔7,多个孔7呈
等间距阵列分布且与多个微柱4一一对应设置,孔7的尺寸小于微柱4的顶面尺寸;
了微阵列结构3、固定件2和掩板1三者的紧密配合,保证了制备复合湿润性强化沸腾传热表
面的稳定可靠。
固定件2产生位移以使孔7与微柱4的顶面产生偏斜,保证了制备复合湿润性强化沸腾传热
表面的效果。进一步优选地,槽道6的深度等于掩板1的厚度,以使掩板1能够完全嵌设于槽
道6内,并使掩板1的底面能够贴合微柱4的顶面,更加保证磁控溅射的效果。进一步优选地,
槽道6具有延伸至固定件2的上端外侧边沿的开口,通过开口可以方便取出掩板1,提高便利
性。
阵列基体5与安装腔的紧密配合。本实施例中阵列基体5的长和宽相等,阵列基体5的周边加
工的外倒角为圆倒角,安装腔的内倒角相应地也为圆倒角,确保两者之间紧密配合。固定件
2的上端加工的槽道6,槽道6的深度与掩板1的厚度相同,槽道6的宽度与掩板1的宽度相同,
掩板1的长度和宽度相同,高度为300μm~500μm,孔7可以是圆孔或方孔,也可以是其他任意
根据需要设计的形状,阵列基体5的微柱4可以是方柱或圆柱,也可以是其他任意根据需要
设计的形状。掩板1的材质为不锈钢,固定件2的材质为紫铜,微阵列结构3的材质可以是紫
铜或不锈钢,掩板1、固定件2和微阵列结构3也可以是其他满足要求的金属或非金属。
层聚四氟乙烯薄膜,修饰为疏水区域,微柱4顶面偏移孔7的其它区域,由于掩板1遮掩仍保
持亲水性不变,为亲水区域。
宽度相同均为900μm,微柱4的高度为800μm,每相邻两个微柱4之间的间距相等为300μm,微
阵列结构3采用紫铜或不锈钢材料进行加工而成;加工固定件2,固定件2的高度为7.8mm,固
定件2外部的宽度和长度相同为19.0mm,固定件2内部的宽度和长度相同为15.0mm,固定件2
内部的安装腔的宽度、长度分别与阵列基体5的宽度、长度相等,固定件2内部周边的内倒角
与阵列基体5周边的外倒角相同,在固定件2的上端加工有槽道6,槽道6的深度为300μm,槽
道6的长度和宽度为17.0mm,固定件2采用紫铜材料进行加工而成;加工掩板1,掩板1的厚度
为300μm,掩板1的长度和宽度为17mm,采用硬质合金钻头在掩板1上进行微钻加工孔7,孔7
的直径为400μm,掩板1材料选用不锈钢,孔7的个数与微柱4的个数相同,孔7的中心位置与
微柱4的中心位置相同,从而孔7对应的区域为微柱4顶面的正中央区域。其中,固定件2的高
度与微阵列结构3和掩板1的总高度相同。
2的下端面与微阵列结构3的底面处于同一水平面上。
个小时的抽真空操作,确保磁控溅射仪内的真空环境,真空度为8×10 Pa,再设置溅射功率
为100W,溅射温度为100℃,溅射物质为聚四氟乙烯。经过20分钟的溅射时间后,对磁控溅射
仪内的环境进行冷却,冷却后取出,轻轻去掉固定件2和掩板1,以备下次使用。溅射后,掩板
1上孔7对应的微柱4顶面区域修饰为疏水区域,微柱4顶面在掩板1和固定件2的遮掩区域仍
保持亲水性不变为亲水区域,从而制备出微阵列结构复合湿润性强化沸腾传热表面。
和掩板1的总高度相同,固定件2内形成较好的封闭空间,两者紧密配合。因而在磁控溅射过
程中,可有效保证仅掩板1上孔7对应的微柱4顶面区域修饰为疏水区域,其它本征亲水区域
不被污染。微柱4顶面的改性区域为掩板1对应的孔7区域,因而可以通过改变掩板1上孔7的
尺寸控制改性区域的大小,操作灵活简便。微阵列结构3、固定件2与掩板1三者之间紧密配
合,拆装方便且固定件2和掩板1可以重复使用,具有较高的经济性。采用磁控溅射仪对微柱
4顶面局部区域进行疏水性修饰,操作简便,可以批量制备微阵列结构复合湿润性强化沸腾
传热表面,具有较高的制备效率。
可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等
同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的
范围。