[发明专利]微结构件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于引导流体的呈堆叠结构形式的微结构件，尤其是微流体的堆叠式反应器或堆叠式换热器，及其制造方法。

堆叠式微结构件是指微型反应器、微型混合器和微型换热器，它们由一堆结构化的板或金属板组成。在组装状态下，由板内的微结构决定而形成很细微的通道或概括地说流体通道，其横截面积在横向于流动方向的方向上至少局部在平方毫米数量级内或更小。

这样的微结构件例如在文献EP1415748B1中有描述。其中提出了如下要求：微结构件的内、外密封性即在流体通道之间以及相对于环境的密封性、高抗压强度、耐蚀性、耐热性和形状准确地限定的通道。该文献基于对叠板的组装技术的研究并且优选为了连接该叠板而致力于一种钎焊方法，其中在若干构件层的组装面上先施加一个阻隔层，随后施加一个焊剂层，优选借助丝网印刷，随后将准备好的构件层叠置并在热作用下相互钎焊在一起。通过使用扩散阻挡层，应避免在焊剂层和板材之间产生不期望出现的交互作用，该交互作用对在高压下密封性的减弱负有责任。结果，该文献研究改善叠板间连接的耐用性。在此，并未讨论微结构制造方法。

文献DE19801374C1同样研究前述类型的微结构件。在这里尤其还公开了真空焊作为加以保护的组装方法。也如同在前述文献中一样，堆垛由多个结构化的板构成，在所述板之间施加焊剂层，其或是呈单独膜、施涂粉膏的形式，或是呈电镀沉积在板上的层的形式。作为结构化方法，提出若干结构化板的蚀刻、铣削、压制、冲压或线切割。

将波纹形结构压制到金属板中例如在文献DE10108469B4中有描述。该压制方法以及前述的结构化方法的成本很高，因而仅有条件地适用于大批量生产的标准。

因此，本发明的任务在于，提供一种呈堆叠结构形式的微结构件及其制造方法，它们允许工业化批量制造。

根据本发明，该任务将通过一种具有第一方面的特征的方法和一种具有第九方面的特征的微结构件来完成。有利的改进方案是其它方面的主题。

根据本发明的、制造呈堆叠结构形式的微结构件、尤其是微流体学的堆叠式反应器或换热器的制造方法规定了以下步骤：

-引导金属板经过孔型辊对的限定出宽度方向的辊缝，其中该金属板被微结构化，并且在宽度方向上即横向于轧制方向产生波纹形轮廓，

-从微结构化的金属板定尺寸切断出微结构化的板，

-优选借助丝网印刷施加焊剂到未结构化的板，

-将微结构化的板和未结构化的板组装成一个堆叠件，和

-借助真空钎焊来连接所述堆叠件。

通过交替堆叠所述微结构化的板和无图案的板(被称为未结构化的板，基本上除了由制造引起的凹凸不平外具有平坦的表面)，在所述微结构化的板的两侧在其表面与各个相邻的未结构化的板的邻接表面之间形成多个流体通道或者通道。

本发明的方法相比于已知的制造方法的一个显著区别在于结构化步骤。波纹形轮廓的产生，即从顶端和底端将金属板相互结构化，在微结构化构件的制造领域不常用于流体学应用，这是因为迄今为止做不到以足够的精度来制造。

对于宏观的换热器或者其它应用场合，如用于内燃机的废气过滤器或声音阻尼器，例如由文献US2001/0021462A1公开了一种初看上去相似的方法。据此，形成有波纹结构的金属板和未结构化的金属板被共同卷成一个圆柱形整体，从而结构化的和未结构化的金属板条在径向上是交替的。为了保证尽可能准确规定的大流动横截面，该文献提出，结构化的金属板在两个前后相继的成形步骤中形成凹凸截面形状。首先，在第一轧制步骤中形成具有倒圆的波峰和波谷的近似正弦形的波纹结构，该波峰和波谷随后在第二轧制步骤中被成形为尖形三角形槽。该成形方法是弯曲方法，确切说是波纹弯曲法，此时金属板获得在轧制方向或长度方向上的波纹结构。

相同的成形方法也应用在根据文献DE3126948A1的面状复合材料的制造中，此时，第一金属板条在两个咬合的孔型辊之间形成凹凸截面形状并且与至少一个第二平面金属板条连续汇聚并连接。或者，该文献提出，首先在给金属板条的两面配设焊剂覆层，接着形成凹凸截面形状并定尺寸切断。凹凸结构化的金属板条段分别在两个平面的金属板条段之间堆置并且在压力下真空钎焊。