燒結(jié)銅基多孔毛細(xì)芯的孔隙特征及性能

何達(dá)，汪琳，劉如鐵，王鑄博，熊翔，鄒儉鵬

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燒結(jié)銅基多孔毛細(xì)芯的孔隙特征及性能

何達(dá)，汪琳，劉如鐵，王鑄博，熊翔，鄒儉鵬

(中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083)

以NaCl為造孔劑，采用粉末冶金法制備具有高孔隙率的銅基多孔毛細(xì)芯材料，研究造孔劑粉末含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯材料孔隙率、孔隙微觀結(jié)構(gòu)、等效孔徑大小、滲透性能及抽吸性能的影響，并討論孔隙結(jié)構(gòu)、等效孔徑及性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明：隨造孔劑含量增加，材料的孔隙率明顯上升，材料內(nèi)部的預(yù)制孔洞數(shù)量顯著增加，使得許多預(yù)制孔洞相互貫通；減小造孔劑粒度會(huì)小幅度降低材料的孔隙率，同時(shí)使材料內(nèi)部預(yù)制孔洞尺寸明顯變小且分布趨向于均勻；毛細(xì)芯材料內(nèi)部的間隙孔洞和預(yù)制孔洞可以組成不同類型的孔道，等效孔徑大小與材料內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)及數(shù)量密切相關(guān)；通過改變?cè)炜讋┑暮亢土６龋a(chǎn)生不同孔隙結(jié)構(gòu)，可調(diào)控材料的等效孔徑大小及分布；毛細(xì)芯的滲透性能及抽吸性能不僅僅由孔隙率決定，也與材料的孔結(jié)構(gòu)、孔徑大小及分布密切相關(guān)；孔隙率越高、平均等效孔徑越小且孔徑分布越集中的毛細(xì)芯，其毛細(xì)抽吸性能越好。

銅基多孔材料；毛細(xì)芯；孔結(jié)構(gòu)；等效孔徑；抽吸性能

環(huán)路熱管(LHP)是一種高效率的兩相傳熱設(shè)備，其蒸發(fā)器內(nèi)部的多孔毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)液體工質(zhì)的循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)的高效進(jìn)行，毛細(xì)芯材料的結(jié)構(gòu)及其性能對(duì)LHP 的整體傳熱效率有至關(guān)重要影響[1?3]。環(huán)路熱管毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)主要有4種形式，即金屬絲網(wǎng)式、溝槽式、纖維式以及金屬粉末燒結(jié)式[4]。金屬粉末燒結(jié)式毛細(xì)芯主要是采用固相燒結(jié)技術(shù)，將金屬粉末顆粒在真空或者保護(hù)氣氛中于一定燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間下燒結(jié)而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)芯材料。固相燒結(jié)制造方法成本稍高，但與其他類型毛細(xì)芯相比，粉末燒結(jié)毛細(xì)芯的綜合傳熱性能好，毛細(xì)力大，具有較好的抗重力能力，適應(yīng)范圍更廣，在普通電子工業(yè)中具有很大的市場(chǎng)潛力[5?7]。以松裝燒結(jié)工藝制備多孔毛細(xì)芯材料時(shí)，影響材料孔隙特征的主要因素是原料粉末的選擇、制備工藝等。不同的研究人員就燒結(jié)參數(shù)對(duì)松裝燒結(jié)多孔材料性能的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)通過改變振實(shí)密度和燒結(jié)溫度等制備參數(shù)調(diào)控毛細(xì)芯孔隙特征時(shí)，孔隙度的可控范圍較小，孔徑尺寸單一，且芯體強(qiáng)度較低，難以獲得令人滿意的適合各類嚴(yán)苛使用條件的毛細(xì)芯材料[8?11]。而采用粉末冶金與添加造孔劑法相結(jié)合的方式制備多孔毛細(xì)芯材料，具有良好的造孔過程可控性，可通過控制造孔劑的形貌、尺寸和含量靈活地改變孔隙特征[12?18]。毛細(xì)抽吸性能是多孔毛細(xì)芯材料最重要的性能之一，對(duì)于評(píng)價(jià)毛細(xì)芯材料的性能具有實(shí)際意義。李金旺等對(duì)毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸性能進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)隨著毛細(xì)芯孔隙率的增加，毛細(xì)抽吸速率增加。且微觀結(jié)構(gòu)中，具有更緊密的顆粒和更直的孔道的毛細(xì)芯具有更好的毛細(xì)抽吸性能[19]。然而，當(dāng)孔隙度相對(duì)接近時(shí)，關(guān)于毛細(xì)芯材料的孔徑大小及分布對(duì)毛細(xì)芯抽吸性能的影響還沒有得到充分的研究。本文以NaCl為造孔劑，采用粉末冶金與添加造孔劑法相結(jié)合的方式制備具有高孔隙率的毛細(xì)芯材料，通過氣泡法間接測(cè)量材料的等效孔徑，通過實(shí)驗(yàn)記錄材料的實(shí)時(shí)毛細(xì)抽吸量，測(cè)量材料的毛細(xì)抽吸性能。系統(tǒng)研究造孔劑粉末含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯材料孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)、等效孔徑大小、滲透性及抽吸性能的影響，并討論孔隙結(jié)構(gòu)、等效孔徑及性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，以期為制備高性能毛細(xì)芯提供指導(dǎo)意見。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

本實(shí)驗(yàn)選用霧化銅粉(純度為99.8%，粒度位于38~48 μm之間)作原料粉末，顆粒的微觀形貌如圖1(a)所示，基本呈球形。以分析純NaCl粉末為造孔劑，微觀形貌如圖1(b)所示，呈不規(guī)則狀。

圖1 原料粉末的微觀形貌

1.2 材料制備

首先通過研磨對(duì)造孔劑粉末進(jìn)行細(xì)化處理，選用已知目數(shù)標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格篩分后，得到粒度分布為180-150mm，150-106mm，106-75mm及75-48mm的NaCl粉末。將不同粒度的造孔劑粉末與霧化銅粉按設(shè)定的配比(10%，20%和30%，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))稱量，滴入極少量煤油，在V型攪拌器中充分混合均勻得到所需混合粉末。以100 MPa的壓制壓力，在室溫下將混合粉末壓制成生坯。在高純氫氣保護(hù)下，將生坯放在管式爐中于850 ℃燒結(jié)1 h，平均升溫速率為10 ℃/min。燒結(jié)過程中，有部分NaCl熔解液化流出材料，但大部分造孔劑在燒結(jié)完成后依然存在于樣品內(nèi)部。待燒結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，選用去離子水作為溶劑對(duì)材料進(jìn)行脫鹽處理。

1.3 性能表征

采用阿基米德排水法對(duì)試樣的孔隙率進(jìn)行測(cè)算；采用NavoNanoSEM230型附帶能譜儀的掃描電子顯微鏡觀察試樣表面的微觀形貌；采用孔徑分析儀(PSDA-20)通過氣泡法測(cè)量試樣等效孔徑大小及滲透性能，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5249—2013《可滲透性燒結(jié)金屬材料氣泡試驗(yàn)孔徑的測(cè)定》。

通過實(shí)驗(yàn)記錄材料的實(shí)時(shí)毛細(xì)抽吸量，測(cè)量試樣的毛細(xì)抽吸性能，圖2為材料毛細(xì)抽吸性能測(cè)試裝置的示意圖。當(dāng)多孔試樣接觸液體工質(zhì)表面時(shí)，由于毛細(xì)作用，將從燒杯中抽取工質(zhì)[20]。電子天平的讀數(shù)會(huì)逐漸下降，直到試樣抽吸過程結(jié)束，被抽吸的工質(zhì)總量相當(dāng)于電子天平的讀數(shù)減少量。在典型的毛細(xì)抽吸量實(shí)時(shí)變化曲線中，有毛細(xì)抽吸總量，毛細(xì)抽吸時(shí)間和毛細(xì)抽吸速率三個(gè)重要參數(shù)。

圖2 抽吸性能測(cè)試裝置示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 孔隙率

圖3為毛細(xì)芯材料生坯密度及孔隙率隨造孔劑含量及粒度的變化曲線，由圖3(a)可知，在造孔劑粒度(150-106 μm)不變時(shí)，隨造孔劑含量增加，材料的生坯密度降低，孔隙率顯著提升。當(dāng)造孔劑含量為30%時(shí)，材料的孔隙率可達(dá)67.60%，這說明通過添加造孔劑，可獲得高孔隙率的毛細(xì)芯材料。由圖3(b)可知，造孔劑含量(20%)一定時(shí)，隨造孔劑粒度減小，試樣的壓坯密度逐漸升高，孔隙率出現(xiàn)小幅度下降。

未添加造孔劑時(shí)，壓制后的材料生坯中只存在銅顆粒間堆垛形成的間隙空間，而添加造孔劑后，造孔劑顆粒會(huì)占據(jù)生坯中相對(duì)應(yīng)的空間體積。隨造孔劑含量增加，造孔劑所占據(jù)的生坯內(nèi)部的空間體積增大。燒結(jié)完成，排出造孔劑后，造孔劑所占據(jù)的空間會(huì)轉(zhuǎn)化成為孔隙。因此，隨造孔劑含量增加，材料的孔隙率顯著增加。

圖3 造孔劑含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯生坯密度及孔隙率的影響

生坯中造孔劑粉末顆粒占據(jù)的空間體積可分為以下兩種：1) 造孔劑粉末顆粒較大時(shí)，占據(jù)生坯內(nèi)的預(yù)制空間；2) 造孔劑粉末顆粒較小時(shí)，部分造孔劑粉末顆粒進(jìn)入生坯內(nèi)Cu顆粒間自然堆垛而成的間隙空間，圖4為造孔劑粉末顆粒占據(jù)生坯兩類不同空間體積的示意圖。銅顆粒間的間隙原本就存在于生坯之中，進(jìn)入間隙空間的造孔劑顆粒此時(shí)不能完全發(fā)揮成孔劑的作用，即不能創(chuàng)造孔隙。因此，當(dāng)造孔劑含量及壓制壓力一定時(shí)，隨造孔劑粉末顆粒減小，能進(jìn)入生坯內(nèi)銅顆粒間自然堆垛而成的間隙中的造孔劑也增多，材料的生坯密度提高。這導(dǎo)致生坯內(nèi)造孔劑占據(jù)的預(yù)制空間減少，最終使得材料的孔隙率小幅度降低。

圖4 造孔劑粉末顆粒占據(jù)生坯兩類不同空間體積的示意圖

2.2 孔隙微觀形貌

圖5為添加不同含量造孔劑所制備的毛細(xì)芯材料的表面微觀形貌照片，由圖可知，通過粉末冶金與添加造孔劑法相結(jié)合的方式所制備出的毛細(xì)芯材料試樣呈現(xiàn)出雙孔隙結(jié)構(gòu)，即由固體骨架部位上小尺寸的孔洞包圍著游離的大尺寸的孔洞，二者之間呈現(xiàn)出良好的三維連通結(jié)構(gòu)。造孔劑顆粒占據(jù)生坯內(nèi)的預(yù)制空間，燒結(jié)結(jié)束造孔劑排除后，預(yù)制空間轉(zhuǎn)化形成圖中游離的大尺寸預(yù)制孔洞。生坯中銅顆粒之間的間隙空間燒結(jié)后形成固體骨架上面的小尺寸的間隙孔洞。

當(dāng)造孔劑的含量為10%時(shí)，材料的預(yù)制孔洞數(shù)量較少，處于游離態(tài)分布，彼此相互連接的情況較少出現(xiàn)，基本上是由間隙孔洞包圍。隨造孔劑含量增加，毛細(xì)芯材料中的預(yù)制孔洞數(shù)量顯著增加，這使得預(yù)制孔洞彼此相互連接的情況更易于發(fā)生，部分聚集的造孔劑顆粒會(huì)創(chuàng)造出孔徑較大的預(yù)制孔洞。在造孔劑含量一定的條件下，采用不同粒度造孔劑制備的毛細(xì)芯材料的微觀形貌如圖6所示。由圖可知，當(dāng)造孔劑顆粒尺寸較大時(shí)，毛細(xì)芯材料內(nèi)單個(gè)預(yù)制孔洞尺寸較大，孔洞邊緣較尖銳且分布不均勻。隨造孔劑粒度減小及研磨均勻化，材料的預(yù)制孔洞尺寸明顯變小、數(shù)量增加且分布趨于均勻，形貌較規(guī)則，尖銳角減少，骨架厚度分布趨向均勻。這說明通過改變?cè)炜讋┓勰╊w粒的尺寸及形狀，能較大程度地調(diào)控毛細(xì)芯材料的孔隙結(jié)構(gòu)。

2.3 等效孔徑

通過氣泡法測(cè)量得到材料的等效孔徑，氣泡法是將材料內(nèi)孔道等效成為圓柱型的直通孔，其等效孔徑對(duì)應(yīng)材料內(nèi)部孔道的孔喉尺寸(即孔道的最窄位置)，圖7(a)為冒泡法所測(cè)試孔道示意圖[19]。根據(jù)氣泡法測(cè)試原理可知，等效孔徑與多孔材料孔道結(jié)構(gòu)和形態(tài)密切相關(guān)。燒結(jié)金屬多孔材料內(nèi)的孔道由彼此相互連通的各類孔洞組成，在本文中，為了研究造孔劑含量及粒度、孔隙結(jié)構(gòu)與等效孔徑之間的關(guān)系，毛細(xì)芯材料內(nèi)的孔道可以分為以下三種主要類型：1) 骨架上的間隙孔洞彼此聯(lián)通，在多孔材料基體內(nèi)部形成許多間隙通道，即間隙孔道；2) 游離的預(yù)制孔洞與骨架上的間隙孔洞相互連接，形成復(fù)合孔道；3) 大量的預(yù)制孔洞直接互相連接形成預(yù)制通道，即預(yù)制孔道；三種類型孔道的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7(b)所示。由前文可知，孔道的等效孔徑指的是孔道的孔喉處尺寸，復(fù)合孔道與間隙孔道的孔喉尺寸較為接近，等效孔徑大小相似。預(yù)制孔道孔喉尺寸較大，相對(duì)應(yīng)的等效孔徑較大。

圖5 造孔劑含量對(duì)毛細(xì)芯材料表面微觀形貌的影響

(a) 10%; (b) 20%; (c) 30%

圖6 造孔劑粒度對(duì)銅基多孔材料表面微觀形貌的影響

(a) 180-150mm; (b) 150-106mm; (c) 106-75mm; (d) 75-48mm

圖7 (a) 氣泡法測(cè)試示意圖；(b) 孔道結(jié)構(gòu)示意圖

(a) and diagram of pore channels structure (b)

圖8為毛細(xì)芯材料平均等效孔徑及最大等效孔徑隨造孔劑含量及粒度的變化曲線，由圖8(a)可知，材料的平均等效孔徑及最大等效孔徑均隨造孔劑含量增加而增加，平均等效孔徑分別為29.591mm，103.175mm及131.227mm。當(dāng)造孔劑含量較低時(shí)，材料內(nèi)部孔隙主要為大量的間隙孔洞及游離的預(yù)制孔洞，因此材料內(nèi)部主要存在間隙孔道及復(fù)合孔道，所以此時(shí)平均等效孔徑較小為29.591 μm。隨造孔劑含量增加，材料內(nèi)部預(yù)制孔洞數(shù)量急劇增加，產(chǎn)生越來越多的預(yù)制孔道，預(yù)制孔道的等效孔徑比間隙孔道大得多，這使得材料的平均等效孔徑顯著提升。材料最大等效孔徑，往往由材料內(nèi)部極個(gè)別的超大尺寸孔道產(chǎn)生，隨造孔劑含量增加，造孔劑粉末顆粒的聚集產(chǎn)生的超大尺寸預(yù)制孔洞的可能性越來越大，因此材料的最大等效孔徑隨造孔劑含量增加而增大。

圖8 造孔劑含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯材料平均等效孔徑及最大等效孔徑的影響

Fig.8 Effect of pore forming agent content and particle size on average equivalent pore size and maximum equivalent pore size of wicks

圖8(b)所示為造孔劑粒度對(duì)毛細(xì)芯材料平均等效孔徑及最大等效孔徑的影響，由圖可知，隨造孔劑粒度減小，銅基多孔材料的平均等效孔徑及最大等效孔徑均明顯降低。由前文可知，造孔劑粒度的減小，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部預(yù)制孔洞數(shù)量增加，孔隙尺寸減小。這會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部預(yù)制孔道孔喉尺寸減小，數(shù)量增加。因此，隨造孔劑粒度降低，毛細(xì)芯材料在孔隙率變化幅度不大的基礎(chǔ)上，其平均等效孔徑及最大等效孔徑均明顯降低。在造孔劑含量一定的條件下，采用不同粒度造孔劑制備的毛細(xì)芯材料的等效孔徑分布曲線如圖9所示。由圖可知，隨造孔劑粒度減小，毛細(xì)芯材料的最大等效孔徑及等效孔徑分布范圍均明顯縮小，等效孔徑分布更為集中。

2.4 氣體滲透性能及抽吸性能

多孔材料的滲透性能是指某種工質(zhì)(液體或氣體)在一定壓差下透過多孔結(jié)構(gòu)的能力,毛細(xì)芯材料的氣體滲透系數(shù)隨造孔劑含量及粒度變化曲線如圖10所示。由圖10(a)可知，隨造孔劑含量升高，材料的氣體滲透系數(shù)顯著增加。由圖10(b)可知，隨造孔劑粒度減小，材料的氣體滲透系數(shù)隨之下降，但是下降幅度較小。這說明在有外加壓力存在時(shí)，材料的孔隙率是影響材料滲透性能的主要因素之一。隨造孔劑含量增加，材料孔隙率顯著提升，孔道的平均等效孔徑增大，材料的滲透性能升高。隨造孔劑粒度減小，材料孔隙率及平均等效孔徑均降低，導(dǎo)致材料的滲透性能下降。

對(duì)由不同含量及粒度造孔劑所制備得到的毛細(xì)芯材料分別進(jìn)行毛細(xì)抽吸性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示(圖為毛細(xì)抽吸質(zhì)量隨時(shí)間變化曲線)。一次完整的毛細(xì)抽吸過程可以大致分為如下三個(gè)過程：過程1為毛細(xì)抽吸速率快速增加階段，過程2為毛細(xì)抽吸速率快速降低階段，過程3為毛細(xì)抽吸速率趨于0的穩(wěn)定階段。

由圖11(a)可知，隨造孔劑含量增加，毛細(xì)芯的最終抽吸總量顯著增加，在相同時(shí)間內(nèi)的毛細(xì)抽吸工質(zhì)總量增大即抽吸速率提高。毛細(xì)芯抽吸實(shí)驗(yàn)中，抽吸工質(zhì)的總量取決于毛細(xì)芯的孔隙率，孔隙率越大，毛細(xì)芯的吸液總量越大。此外，隨造孔劑含量增加，孔隙率增大，在同一橫截面上孔道數(shù)量增加，即在同一時(shí)間，具有更多數(shù)量孔道在抽吸工質(zhì)。因此，隨造孔劑含量增加，毛細(xì)芯抽吸總量及抽吸速率均增大。

圖9 造孔劑粒度對(duì)毛細(xì)芯材料等效孔徑分布的影響

(a) 180-150 μm; (b) 150-106 μm; (c) 106-75 μm; (d) 75-48 μm

圖10 造孔劑含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯材料氣體滲透系數(shù)的影響

由圖11(b)可知，隨造孔劑粒度減小，材料的吸液過程同樣有明顯的差別。當(dāng)造孔劑粒度約為180-150 μm時(shí)，材料完成整個(gè)抽吸過程所需的時(shí)間約為15 s，而當(dāng)造孔劑粒度為75-48 μm時(shí)，材料完成整個(gè)抽吸過程所需的時(shí)間約為4 s。在總吸液量較為接近的情況下，造孔劑粒度越小，材料的毛細(xì)抽吸速率越大。在多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)抽吸工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，工質(zhì)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力為多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔道產(chǎn)生的毛細(xì)壓力，毛細(xì)壓力是浸潤(rùn)相和非浸潤(rùn)相之間的壓差，假設(shè)毛細(xì)管為圓直管時(shí)，毛細(xì)壓力為：

圖11 造孔劑含量及粒度對(duì)毛細(xì)芯材料抽吸性能的影響

式中：為液/固界面張力；為液/固接觸角；d為毛細(xì)管直徑。由此可知，孔道的等效孔徑越細(xì)，材料的毛細(xì)壓力越大。隨造孔劑粒度減小，在孔隙率接近的情況下，毛細(xì)芯內(nèi)部孔道數(shù)量增加，等效孔徑變小，其毛細(xì)抽吸能力增強(qiáng)。由此可見，決定毛細(xì)芯抽吸性能的不僅僅是孔隙率，還取決于孔徑大小及分布狀態(tài)：對(duì)于采用添加造孔劑法制備的毛細(xì)芯材料而言，孔隙率越高，平均等效孔徑越小，孔徑分布越集中，其毛細(xì)抽吸性能越優(yōu)異。

3 結(jié)論

1) 造孔劑含量是決定毛細(xì)芯材料孔隙率的主要因素，隨造孔劑含量增加，材料的孔隙率明顯增大，減小造孔劑粒度會(huì)在一定程度上降低材料的孔隙率。

2) 通過粉末冶金結(jié)合添加造孔劑法的方式制備的毛細(xì)芯材料內(nèi)部主要存在兩種類型的孔洞：大尺寸的預(yù)制孔洞和小尺寸的間隙孔洞。隨造孔劑含量增加，材料內(nèi)部的預(yù)制孔洞數(shù)量顯著增加，這使得原本為游離態(tài)的預(yù)制孔洞彼此相互連接貫通。隨造孔劑粒度減小及研磨均勻化，材料的預(yù)制孔洞尺寸明顯變小、數(shù)量增加且分布趨向均勻。

3) 毛細(xì)芯材料內(nèi)部的間隙孔洞和預(yù)制孔洞可以組成不同類型的孔道，其等效孔徑與材料內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)及數(shù)量密切相關(guān)。通過改變?cè)炜讋┑暮亢土６?，產(chǎn)生不同孔隙結(jié)構(gòu)，可調(diào)控銅基多孔材料的平均等效孔徑大小。隨造孔劑含量增加，毛細(xì)芯的平均等效孔徑顯著增加。隨造孔劑粒度降低，毛細(xì)芯的平均等效孔徑減小。

4) 毛細(xì)芯的氣體滲透性能及毛細(xì)抽吸性能與其孔隙率及孔結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。材料的孔隙率是影響材料氣體滲透性能的主要因素，隨造孔劑含量增加，材料孔隙率顯著提高，材料的滲透系數(shù)隨之增大。決定毛細(xì)芯抽吸性能的不僅僅是孔隙率，還取決于材料的孔徑大小及分布狀態(tài)。對(duì)于采用添加造孔劑法制備的高孔隙率毛細(xì)芯材料而言，孔隙率越高，平均等效孔徑越小，等下孔徑分布越集中其毛細(xì)抽吸性能越優(yōu)異。

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(編輯 高海燕)

Pore characteristic and performance of sintered copper-based porous wicks

HE Da, WANG Lin, LIU Rutie, WANG Zhubo, XIONG Xiang, ZOU Jianpeng

(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)

Copper-based porous wicks were prepared by powder metallurgy using NaCl powders as pore forming agents. The effects of pore forming agent content and particle size on the porosity, pore structure, equivalent pore size, permeability and capillary pumping performance of porous wicks were investigated. The relationships among the pore structure, equivalent-pore-size and performances were discussed. The results show that, with increasing the pore forming agent content, the porosity of the porous wicks increases obviously, the number of prefabricated pores inside wicks increases significantly, which results in the connecting of prefabricated pores. With decreasing the particle size of pore forming agent, the porosity of the porous wicks reduces slightly, and the size of the prefabricated pores becomes smaller and the distribution tends to be uniform. Interstitial pores and prefabricated pores inside the wick can make up different types of pore channels. The equivalent pore size of wick is closely related to the structure and quantity of pore channels. By changing the content and particle size of the pore forming agent, different pore structure can be produced, and the equivalent pore size of the materials can be controlled. The permeability and capillary pumping performance of porous wicks is not only determined by porosity, but also by pore structure and pore size. Porous wicks with high porosity, small average equivalent pores size and concentrated pore size distribution show better capillary pumping performances.

copper-based porous materials; porous wick; pore structure; equivalent pore size; capillary pumping performance

TF124

A

1673-0224(2018)04-389-09

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2015DFR50580)

2018?01?11；

2018?03?06

汪琳，副教授。電話：0731-88876566；E-mail: 133300@csu.edu.cn