[发明专利]柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法

说明书

本发明公开一种柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法，在真空条件下，将铜粉颗粒铺到具有凹穴阵列的模具上，升温至800±10℃真空烧结，烧结结束后自然冷却到室温，将烧结好的铜粉颗粒烧结物取下就得到表面具有柱状阵列的多孔介质热沉，即换热板；在换热板上设置射流板，构成柱状阵列多孔表面结构。由于多孔介质热沉的表面存在大量凹穴，这些凹穴能够大大降低表面成核所需的活化能和过热度，从而降低沸腾起始过热度和壁面温度。由于多孔介质和柱状阵列的毛细作用，换热表面的液膜更新速率极快，从而抑制了气膜的生成和传热恶化的发生。在该技术方案下，能够实现低过热度条件下的高热流密度换热，从而保证电子器件的安全运行。

技术领域

本发明属于电子器件散热技术领域，具体涉及一种柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法。

背景技术

射流冲击冷却和相变冷却是目前工程上常用的对流换热方式。射流冲击能够减薄冲击区域的边界层厚度，强烈的对流换热有效地降低了冲击区域的壁面温度。相变换热则是由于冷却工质在相变过程中以汽化潜热的方式带走大量热量，相变换热的换热系数一般要比单相换热高一到两个数量级。结合以上两种冷却方式的射流相变方式则结合了两者的优点，在有效降低冲击区域壁温的同时以相变换热的方式带走大量热量。并且由于射流冲击能够有效抑制气膜的聚集，从而提高临界换热密度。

一般射流相变冷却方式通过在换热表面上布置阵列等结构，增加表面涂层来强化对流换热效果。但是由于进流过冷度会一定程度上抑制换热表面的气泡生长过程，而使得相变换热的效率低下，不能有效降低壁面的温度。所以如何强化在过冷流体中的相变效率是强化射流相变的关键。

发明内容

本发明的目的在于提出一种柱状阵列多孔表面结构、制备方法及其射流相变冷却方法，旨在增强射流冲击相变换热的效率，解决高能电子器件的散热问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柱状阵列多孔表面结构的制备方法，在真空条件下，将铜粉颗粒铺到具有凹穴阵列的模具上，升温至800±10℃真空烧结，烧结结束后自然冷却到室温，将烧结好的铜粉颗粒烧结物取下就得到表面具有柱状阵列的多孔介质热沉，以表面具有柱状阵列的多孔介质热沉作为柱状阵列多孔表面结构的换热板；在换热板上设置射流板，构成柱状阵列多孔表面结构。

进一步的，所述凹穴阵列的模具为具有凹穴阵列的单晶硅片。

进一步的，将铜粉颗粒铺到具有凹穴阵列的模具上，以10℃/分钟的速率将炉内温度从室温加热到800±10℃后进行真空烧结。

进一步的，，烧结时间为2h。

进一步的，铜粉颗粒的粒径为100nm～1μm。

进一步的，射流板上开设有若干圆形射流孔，直径为D_in；换热板相对射流板的表面设有若干微柱构成的柱状阵列；射流板距离微柱上表面的间距为H；换热板的总厚度为Hr。

进一步的，柱状阵列的高度为50μm到100μm；微柱的直径为10μm到40μm，微柱间距为20μm到100μm。

所述制备方法制备的柱状阵列多孔表面结构。

一种柱状阵列多孔表面结构的射流相变冷却方法，包括：

以去离子水为工质，大气压力下，进流过冷度为30K，流量为20L/h，控制工质通过射流孔射流到换热板的具有柱状阵列的多孔介质表面，进行射流相变冷却；

其中，射流孔的直径D_in为2.0mm，入口间距H为0.5mm，微柱高度为50μm，微柱为直径为20μm，微柱的间距d为40μm～100μm。

进一步的，微柱的间距d为40μm，临界热流密度为548W/cm²。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：