[发明专利]一种高毛细性能及高沸腾传热性能的多孔结构表面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高毛细性能及高沸腾传热性能的多孔结构表面及其制备方法。该表面结构为蜂窝状多孔铜结构，具有微纳尺度孔径的孔，孔壁由铜晶枝构成，晶枝主干之间形成相互交错的槽道结构，加上微米尺度蜂窝孔的存在，减小工质流动的阻力；而晶枝丰富的分支形成纳米尺度孔则提供毛细力，因此呈现高毛细性能。其不同尺度的孔隙分别提供了大量的气泡成核位点以及气泡脱离路径，同时直通基底的孔状结构使得两相换热发生在距离基底更近的地方从而获得更小的壁面过热度，而其较高的毛细吸液特性使得液体工质不断补充，减少表面因高热流密度引起的干涸，延缓膜状沸腾的发生，从而进一步强化沸腾表面的传热。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体地说，涉及一种高毛细性能及高沸腾传热性能的多孔结构表面及其制备方法。

背景技术

为了解决设备散热问题，两相传热器件是一种高效的解决方案，吸液芯是两相传热器件的一个重要部件。一方面通过吸液芯结构的毛细力来实现腔内液体工质的稳定循环，另一方面工作流体在吸液芯结构表面进行沸腾，因此吸液芯的毛细性能和沸腾传热性能直接影响两相传热器件的整体传热能力。传统的吸液芯结构大多是尺寸较大的微米以及毫米级结构，致使吸液芯的毛细性能较差，进而导致其沸腾传热性能也不佳。微/纳米结构表面处理技术是强化沸腾传热的重要技术手段(CN106435665A、CN105258548A、CN103822519A)。其中金属粉末烧结(CN105180709A)、纳米多孔结构、微纳米结构以及具有微纳复合多孔结构表面是常用的微/纳米结构表面处理技术方法。蜂窝状的微纳双尺度多孔结构表面(Wang，Y.-Q.，Luo，J.-L.，Heng，Y.，Mo，D.-C.，and Lyu，S.-S.， Int. J. HeatMass Transf.，119，pp. 333-342，(2018))具有良好性能的强化沸腾换热性能。蜂窝状的微纳双尺度多孔表面具有成核点多，壁面过热度低、传热系数高的沸腾特点。但是传统蜂窝状多孔结构表面在沸腾过程中还有很大的提升潜力，通过提高其毛细性能，能够实现沸腾过程中更为高效的液体补充从而提高沸腾传热以及沸腾临界热流密度，进一步强化沸腾传热。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种高毛细性能及高沸腾传热性能的多孔结构表面及其制备方法。蜂窝状多孔结构的孔壁由铜晶枝组成，晶枝主干之间形成相互交错的槽道结构，加上微米尺度蜂窝孔的存在，减小工质流动的阻力；而晶枝丰富的分支形成纳米尺度孔则提供毛细力，因此呈现高毛细性能，实现液体工质的稳定循环。蜂窝状多孔结构表面的纳米尺度孔隙提供大量的成核位点，微米尺度的孔则提供气泡脱离路径，同时直通基底的孔状结构使得两相换热发生在距离基底更近的地方从而获得更小的壁面过热度，结合其较高的毛细吸液特性，从而进一步强化沸腾表面的传热效果。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多孔结构表面，具有微纳尺度孔径的孔，孔壁由铜晶枝构成，大孔具有微米尺度，孔壁的晶枝间隙组成纳米尺度的小孔；大孔的平均孔径在30~500μm，小孔的平均孔径在数纳米到数百纳米之间。

作为优选的，在上述的多孔结构表面中：该结构表面存在直通基底的孔状结构。

作为优选的，在上述的多孔结构表面中：所述蜂窝状大孔平均孔径范围为30~500μm。

作为优选的，在上述的多孔结构表面中：孔壁由晶枝构成，晶枝之间的间隙组成小孔，小孔平均孔径范围为100~900nm。

作为优选的，在上述的多孔结构表面中：孔壁晶枝主干长度为50~500μm。6.根据权利要求1所述的多孔结构表面，其特征在于：孔壁晶枝分支长度为0.1～10μm。

作为优选的，在上述的多孔结构表面中：所述的多孔结构表面的厚度为300~1000μm。

上述多孔结构表面的制备方法，包括如下步骤：