[发明专利]一种超疏水表面的设计和制备方法

权利要求书

1.一种超疏水表面的制备方法，其特征在于本方法采用颗粒增强的铝基碳化硅材质基体，基体中增强颗粒的体积分数为60-70％；增强颗粒尺寸大小为20-50μm，在基体表面制备表面织构；

表面结构的设计包括以下步骤：步骤一、确定表面织构形状；步骤二、确定表面织构参数；步骤三、确定设计准则并验证；

其中步骤一中，矩形凸台表面织构的固-液实际接触区域与表观接触区域的比例因子为：r_sl-1＝2b(l₂+l₃)/bl₁；半圆形凸台表面织构的固-液实际接触区域与表观接触区域的比例因子为：r_sl-2＝2bl₄/bl₁；β为固-液接触投影区域占总投影面积的比例，β相同时，r_sl-2较r_sl-1更小，而铝基增强表面本征接触角小于90°，从而导致半圆形凸台表面织构的接触角更大，故选用半圆形凸台形状；式中b为固-液接触区域宽度，l₁为润湿区域接触线总长度，l₂为固-液接触区域接触线投影长度，l₃为矩形凸台表面织构固-液接触区域接触线投影高度，l₄为半圆形凸台表面织构固-液接触区域接触线实际长度；

在所述步骤二中确定半圆形凸台的设计半径r_t和中心距a，根据实际的电火花线切割机床的电极丝直径和放电通道半径确定；

在所述步骤三中,接触角理论值为θ_CB，cosθ_CB＝{0.838[2πr_asinγ/(2πr_a+a-2r_a)]-0.135}(cosθ_i+1)-1；其中r_a为半圆形凸台的实际半径，γ为水滴在半圆形凸台表面织构的陷落角，θ_i为材料表面的本征接触角；

确定的表面结构包括若干并列布置于基体上的半圆形凸台，半圆形凸台的设计半径范围为400-600μm，相邻两半圆形凸台的中心距范围为700-1200μm；

表面结构的制备采用电火花线切割加工蚀除方法，在基体表面自然形成放电凹坑/凸起的微观表面形貌，微观表面形貌和表面织构复合形成多级微纳米结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法通过在颗粒增强金属基复合材料基体表面上进行电火花线切割加工得到表面织构，切割完成后，置于超声波清洗仪中清洗除杂。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：电火花线切割时，机床采用慢走丝电火花线切割机床，加工方式为浸水式加工；其中电极丝选用直径为0.25mm的黄铜丝，放电峰值电流9-10A、脉冲宽度300-400ns、脉冲间隔12-15μs和走丝速度90-110mm/min。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述慢走丝电火花线切割机床的加工尺寸补偿值设置为0。

5.如权利要求2所述超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述超声波清洗仪中的清洗溶液为乙醇的水溶液，每次清洗10分钟，共清洗2次。