專利名稱：一種用作催化反應載體的微通道薄板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及催化反應載體及其制造方法，特別涉及一種用作催化反應載體的微通道薄板及其制造方法。
背景技術：
目前常用的催化反應載體多為泡沫金屬多孔材料，多孔材料雖然具有高滲透性、 高比表面積以及高孔隙的特性，但是由于孔的分布方向為隨機分布，難以實現反應物體的高效快速反應，并且存在壓力損失嚴重，流通能力差等問題。微通道是近幾年發展起來的一種較新的比表面積大的金屬材料結構，具有體積小，傳熱效率高、響應時間短、溫度分布均勻等特點，因此特別適合作為各種催化反應的載體。微通道作為反應載體可以較好地解決這些問題，從而充分顯示出廣闊的應用前景。現在微通道的加工技術大概可以分為三類一是硅體微加工技術；二是LIAG，三是超精密加工技術工藝。前兩種加工技術具有很大的局限性，如加工工藝復雜，加工精度低，加工成本高等。激光加工技術屬于超精密加工的一種，加工精度高，所加工出來的微通道形狀和大小可控性好，具有很大的發展前景且是最有望實現高深寬比的微通道的高效低成本大規模的制造的加工工藝之一。

發明內容
為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的在于提供一種用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，該方法工藝簡單、成本低廉，制造的微通道薄膜壓力損失小，比表面積高，微通道形狀和大小可控性好。本發明的另一目的在于提供上述方法制造的微通道薄板。本發明的目的通過以下技術方案實現一種用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，包括以下步驟(I)對金屬薄板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對金屬薄板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上；(3)在光纖激光器中繪制加工路徑，設置加工參數，并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道；(5)用蒸餾水對金屬薄板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。步驟(4)所述采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道， 具體為采用光纖激光器在金屬薄板的單面上加工，在金屬薄板上形成相互平行或者垂直的微通道。步驟(4)所述采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道， 具體為采用光纖激光器先后對金屬薄板的正反雙面交錯加工，形成槽孔結構微通道，包括以下步驟啟動光纖激光器，在金屬薄板的正面上加工一組微通道后，將金屬薄板卸下，翻到反面，進行步驟(2) (3)，再啟動光纖激光器加工另一組微通道；正反兩面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金屬薄板上形成兩組垂直交叉的溝槽，交叉處形成通孔。步驟(3)所述加工參數包括填充方式、加工功率、加工速度、加工次數。所述金屬薄板為鋁板、紫銅板、黃銅板中的任意一種。由上述方法制造的微通道薄板,微通道的寬度為O. Olmm 10mm。每相鄰兩條微通道的距離為O. Olmm 10mm。微通道的截面近似為矩形、半圓形或V形。微通道的形狀為直線形或曲線形。微通道薄板正反兩面的微通道相互垂直交叉，交叉處形成通孔；通孔的形狀近似為矩形、圓形或菱形。與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果I、本發明以激光加工的方法加工出微通道結構，采用此方法加工的微通道多孔載體板具有大比表面積，微通道形狀和大小可控性好，加工精度高，并具有良好的傳熱和傳質能力。所制造的微通道薄板具有細小的微溝槽，截面形狀可控性好，同時由于微通道結構的導向作用，與傳統的粉末燒結多孔濾材和泡沫金屬多孔材料相比，使得定向微通道載體板具有了高的流通能力，在過濾精度、阻力損失、孔道均勻穩定、比表面積、熱傳遞效率等方面也有了明顯的提高。具有目前用作催化劑載體的粉末燒結多孔材料或泡沫金屬多孔材料所無法比擬的優越性，將大大提高催化劑的性能。同時該微通道多孔載體板能夠廣泛應用于化工工藝過程的研究中，反應通道具有優異的、獨特的性能，具有很大市場潛力，有著廣泛的應用前景。2、本發明加工工藝簡單，生產效率高，成本低廉，易實現微通道多孔載體板大規模、低成本制造。相比用微細放電加工金屬微通道結構，省去了大量復雜的工藝，而且加工精度高。相比于電子束加工和離子束加工，采用此種加工方法，省去了抽取真空環境以及昂貴的加工設備，因此加工費用較低。


圖I為本發明的單面直線形V字形截面微通道薄板的結構示意圖。圖2為本發明的單面直線形矩形截面微通道薄板的結構示意圖。圖3為本發明的單面直線形半圓形截面微通道薄板的結構示意圖。圖4為本發明的單面蛇形微通道薄板的結構示意圖。圖5為本發明的單面曲線型微通道薄板的結構示意圖。圖6為本發明的單面雙向矩形截面微通道薄板的結構示意圖。圖7為本發明的雙面V字形截面微通道薄板的結構示意圖。圖8為本發明的雙面半圓形截面微通道薄板的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例I本實施例選用厚度為O. 5mm，長寬為70mmX40mm的鋁板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對鋁板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對鋁板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于鋁板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在光纖激光器中繪制加工路徑沿鋁板寬度方向呈直線；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數75，加工功率19W，加工速度1000mm/S，填充方式為雙向填充，填充區域為寬度為O. 5mm長為70mm的矩形；并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)采用光纖激光器下對鋁板的一面進行加工，在鋁板上形成單面直線形V形截面的微通道；(5)用蒸餾水對鋁板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖I所示，本實施例制造的單面直線形V形截面微通道薄板有70條微通道結構，每相鄰兩條微通道相距O. 5mm,微通道本身寬度也約為O. 5mm,微通道的深度大約為 O. 3mmο實施例2本實施例選用厚度為O. 5mm,長寬為70mmX40mm的紫銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對紫銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對紫銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于紫銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑沿紫銅板寬度方向呈直線；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數30，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式為雙向填充，填充區域為寬度為IOmm長為70_的矩形；并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)在光纖激光器下對紫銅板的一面進行加工，在銅板上形成單面直線形矩形截面的微通道；(5)用蒸餾水對紫銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖2所示，本實施例制造的單面直線形矩形截面微通道薄板有70條微通道結構，每相鄰兩條微通道相距10mm，微通道本身寬度也約為10mm，微通道的深度大約為 O. 3mmο實施例3本實施例選用厚度為O. 5mm,長寬為70mmX40mm的紫銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟
(I)對紫銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對紫銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于紫銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑沿銅板寬度方向呈直線；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數45，加工功率14W，加工速度750mm/s，填充方式為雙向填充，填充區域為寬度為O. 5mm長為70mm的矩形；并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)在光纖激光器下對銅板的一面進行加工，在紫銅板上形成單面直線形U形截面的微通道；(5)用蒸餾水對銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖3所示，本實施例制造的單面直線形U形截面的微通道薄板有70條微通道結構，每相鄰兩條微通道相距5mm,微通道本身寬度也約為5mm,微通道的深度大約為O. 3mm。實施例4本實施例選用厚度為O. 5mm,長寬為70mmX40mm的黃銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對黃銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對黃銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑沿銅板寬度方向呈蛇形；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數15，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式單向填充；填充區域為寬度為O. 5mm的蛇形；并啟用紅光對黃銅板進行定位；(4)在光纖激光器下對黃銅板的一面進行加工，在黃銅板上形成蛇形矩形截面的微通道；(5)用蒸餾水對銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖4所示，本實施例制造的單面蛇形矩形截面微通道薄板有70條微通道結構， 每相鄰兩條微通道相距O. 5mm，微通道本身寬度也為O. 5mm，微通道的深度大約為O. 3mm。實施例5本實施例選用厚度為O. 5mm，長寬為70mmX40mm的銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑沿銅板寬度方向呈圓弧形；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數25，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式為雙向填充；填充區域為寬度為O. 5的圓弧形；并啟用紅光對銅板進行定位；
(4)在光纖激光器下對銅板的一面進行加工，在銅板上形成單面圓弧形矩形截面的微通道；(5)用蒸餾水對銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖5所示，本實施例制造的單面圓弧形矩形截面微通道薄板有70條微通道結構，每相鄰兩條微通道相距O. 5mm,微通道本身寬度也約為O. 5mm,微通道的深度大約為
O.3mmο實施例6本實施例選用厚度為O. 5mm，長寬為70mmX40mm的銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑分兩次加工，第一次加工方向沿銅板寬度方向呈直線形；第二次加工方向與第一次加工方向成90°夾角，呈直線形；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數15，加工功率19W，加工速度750mm/s，填充方式為雙向填充；填充區域為寬度為O. 5mm長為70_的矩形；并啟用紅光對銅板進行定位；(4)在光纖激光器下對銅板的一面進行加工，在銅板上形成單面直線形矩形截面的微通道；(5)用蒸餾水對銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖6所示，本實施例制造的單面十字交叉矩形截面微通道薄板有70條微通道結構，每相鄰兩條微通道相距O. 5mm，微通道本身寬度也大約為O. 5mm，微通道的深度大約為
O.3mmο實施例7本實施例選用厚度為O. 5mm，長寬為70mmX40mm的鋁板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對鋁板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對鋁板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于鋁板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑分兩次加工，第一次加工方向沿鋁板寬度方向呈直線形；第二次加工方向與第一次加工方向成90°夾角，呈直線形；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數75，加工功率19W，加工速度1000mm/S，填充方式為雙向填充，填充區域為寬度為O. 5mm長為70mm的矩形；并啟用紅光對鋁板進行定位；(4)采用光纖激光器先后對鋁板的正反雙面交錯加工，形成槽孔結構微通道，包括以下步驟啟動激光器，在鋁板的正面上加工一組直線形V形截面的微通道后，將金屬薄板卸下，翻到反面，進行步驟(2) (3)，再啟動激光器加工另一組直線形V形截面的微通道；正反兩面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金屬薄板上形成兩組垂直交叉的溝槽，交叉處形成菱形通孔；(5)用蒸餾水對鋁板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖7所示，本實施例制造的多孔薄板有70條微通道結構，微通道本身寬度也大約為O. 5mm,微通道的深度大約為O. 3mm,正反兩面的微通道相互垂直交叉,交叉處形成菱形通孔。實施例8本實施例選用厚度為O. 5mm,長寬為70mmX40mm的紫銅板作為加工材料，微通道多孔薄板的制造方法包括以下步驟(I)對紫銅板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對紫銅板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上，以避免在接下來的加工過程中，由于紫銅板的凹凸不平或者受熱卷起而導致所加工出來的微通道結構出現深度不均勻的現象。(3)在激光器中繪制加工路徑分兩次加工，第一次加工方向沿鋁板寬度方向呈直線形；第二次加工方向與第一次加工方向成90°夾角，呈直線形；設置用于控制微通道截面形狀的加工參數如下，加工次數45，加工功率18W，加工速度750mm/s，填充方式為雙向填充，填充區域為寬度為O. 5mm長為70mm的矩形；并啟用紅光對紫銅板進行定位；(4)采用光纖激光器先后對金屬薄板的正反雙面交錯加工，形成槽孔結構微通道， 包括以下步驟啟動激光器，在金屬薄板的正面上加工一組直線形半圓形截面微通道后，將金屬薄板卸下，翻到反面，進行步驟(2) (3)，再啟動激光器加工另一組直線形半圓形截面微通道；正反兩面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金屬薄板上形成兩組垂直交叉的溝槽，交叉處形成近似圓形通孔。(5)用蒸餾水對銅板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。如圖8電鏡掃描圖所示，本實施例制造的多孔薄板有70條微通道結構，本實施例制造的多孔薄板有70條微通道結構，微通道本身寬度也大約為O. 5_，微通道的深度大約為O. 3mm，正反兩面的微通道相互垂直交叉，交叉處形成近似圓形通孔。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，如微通道截面可為其他形狀、當正反面微通道均為矩形時可得到矩形通孔等，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對金屬薄板進行表面除銹、清洗以去除表面污潰；(2)對金屬薄板進行牢靠固定用碾壓裝置將金屬薄板壓平后安裝在夾具上；(3)在光纖激光器中繪制加工路徑，設置加工參數，并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道；(5)用蒸餾水對金屬薄板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。
2.根據權利要求I所述的用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 步驟(4)所述采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道，具體為采用光纖激光器在金屬薄板的單面上加工，在金屬薄板上形成相互平行或者垂直的微通道。
3.根據權利要求I所述的用作催化反應載體的微通道多孔薄板的制造方法，其特征在于，步驟(4)所述采用光纖激光器對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道，具體為采用光纖激光器先后對金屬薄板的正反雙面交錯加工，形成槽孔結構微通道，包括以下步驟啟動光纖激光器，在金屬薄板的正面上加工一組微通道后，將金屬薄板卸下，翻到反面，進行步驟(2) (3)，再啟動光纖激光器加工另一組微通道；正反兩面的加工方向相互垂直，加工深度之和大于板的厚度，在金屬薄板上形成兩組垂直交叉的溝槽，交叉處形成通孔。
4.根據權利要求I所述的用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 步驟(3)所述加工參數包括填充方式、加工功率、加工速度、加工次數。
5.根據權利要求I所述的用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，其特征在于， 所述金屬薄板為鋁板、紫銅板、黃銅板中的任意一種。
6.由權利要求I 5任一項所述方法制造的微通道薄板，其特征在于，微通道的寬度為 O. Olmm IOmm0
7.根據權利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，每相鄰兩條微通道的距離為 O. Olmm IOmm0
8.根據權利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道的截面近似為矩形、半圓形或V形。
9.根據權利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道的形狀為直線形或曲線形。
10.根據權利要求6所述的微通道薄板，其特征在于，微通道薄板正反兩面的微通道相互垂直交叉，交叉處形成通孔；通孔的形狀近似為矩形、圓形或菱形。
全文摘要
本發明公開了一種用作催化反應載體的微通道薄板的制造方法，包括以下步驟(1)對金屬薄板進行表面除銹、清洗以去除表面污漬；(2)對金屬薄板進行牢靠固定；(3)在激光器中繪制加工路徑，設置加工參數，并啟用紅光對金屬薄板進行定位；(4)在光纖激光器下對金屬薄板進行加工，在金屬薄板上形成微通道；(5)用蒸餾水對金屬薄板進行清洗；(6)吹風干燥，得到用作催化反應載體的微通道薄板。本發明還公開了上述方法制造的微通道薄板。與現有技術相比，本發明工藝簡單、成本低廉，制造的微通道薄膜壓力損失小，比表面積高，微通道形狀和大小可控性好。
文檔編號B01J35/10GK102580786SQ20121001838
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者萬珍平, 劉彬, 吳汝素, 周偉, 周波, 林磊, 湯勇, 邱孝新 申請人:華南理工大學