一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法及加工刀具技術

本發明專利技術公開了一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法及加工刀具。本發明專利技術所使用切削刀具具有多齒結構，使用線切割方法加工而成，其齒數、齒寬、齒高和齒間距等參數由所加工微流道的尺寸參數來確定，刀具每個刀齒具有相同的負前角、正后角的特點。本發明專利技術的多齒刀具“正向—回程”雙行程刨削方法非常適合于加工薄型雙極板微流道，可一次性加工寬度100μm～400μm、深度100μm～400μm的多微流道，具有很高的加工精度和加工效率；同時，所用加工機床為普通刨床，故所需設備簡單，大大地降低了加工成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及燃料電池制造
，特別涉及一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法及加工刀具。
技術介紹
面向便攜式電子設備、便攜式軍用設備、無線傳感器網絡以及微系統應用的微型燃料電池正受到愈來愈廣泛的關注。由于微型燃料電池主要工作在常溫或中低溫的場合；因此目前各國均以微型質子交換膜燃料電池(UPEMFC)和微型直接甲醇燃料電池(yDMFC)作為研究重點。雙極板作為微型質子交換膜燃料電池堆中的主要部件之一，是電池組中體積最大和質量最重的組成部件，約占整個質子交換膜燃料電池總重量的80%，主要起著分隔反應氣體、收集電流、將各個單電池串聯起來并通過流場為反應氣進入電極及排水提供通道的作 用。高質量的流場板使得氣體擴散充分、傳質效率高，電流密度均勻，提高電池電性能，同時，也可以有效降低電池堆的尺寸和重量。微型燃料電池首先要解決的是雙極板微流道的微細制備成形；其次是如何提高功率密度，以保證PEMFC和DMFE微型化的同時，能產生足夠的功率。目前，MEMS技術是微型燃料電池雙極板微流道制備的主流技術，利用MEMS中的光刻、腐蝕、濺射及體/表面加工等技術，可在硅晶片上刻蝕出微流道，然后利用薄膜制備技術在表面制備出Pt層、Au層等收集電流。另外，也可利用UV - LIGA和電鑄工藝制備雙極板微流道，首先用UV-LIGA工藝在基板上沉積微通道，再在表面上電鑄Cu作為導電層，但Cu在燃料電池工作環境中易被腐蝕。MEMS技術制備的微流道寬度一般在300-500 μ m之間，深度在200-300 μ m之間，由于MEMS技術衍生于微電子技術，需要超凈環境，工藝復雜，主要加工對象被限制在硅等材料上，而硅屬于脆性材料，難以制成薄板，不利于提高體積比功率和質量比功率，亦不利于電堆的裝配，且硅的電導率較低，降低燃料電池的性能。高純度的電導石墨是目前應用最廣泛的雙極板材料，一般采用石墨粉、粉碎的焦碳與可石墨化的樹脂或者浙青按比例混合，并在石墨化爐中嚴格按照一定的升溫程序，進行石墨化，再經切割和研磨，制備成厚度2-5_的石墨板。最后，再采用加工中心或者用電腦刻繪機在其表面刻繪需要的流場。這種方法難以加工出寬度在500 μ m以下的微流道，并且所需設備昂貴復雜，加工成本高。
技術實現思路
本專利技術的專利技術目的是針對現有微流道加工的技術不足，提供一種提高微流道加工精度的微型燃料電池雙極板微流道的加工方法。進一步地，本專利技術提供一種微型燃料電池雙極板微流道的加工刀具。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為提供一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法，包括如下步驟 (1)在基板上鉆孔加工得到燃料氣體和氧化劑的輸入、輸出孔，并加工出相應的主流道； (2)將多齒刀具裝夾在普通刨床上并且緊定刀架，調整刨床加工行程及切削深度和切削速度； (3)啟動刨床，進行單次微流道“正向一回程”雙行程加工； (4)單次加工完成后，增加切削深度繼續加工，直到總切削深度達到微流道深度后停止，制得燃料電池微流道雙極板。優選地，所述微流道為直形或蛇形。優選地，所述基板材料為石墨或金屬。優選地，步驟(2)，刨床加工行程為兩主流道的中心距離。進一步提供一種微型燃料電池雙極板微流道的加工刀具，所述刀具具有多個使用線切割方法加工而成的刀齒，且每個刀齒具有相同的前后角；其中，前角y 為-45° -60°，后角Jl 為 0° +15°。優選地，所述刀齒的數量等于微流道條數，刀齒的齒寬等于微流道寬度，所述刀齒的齒高比微流道深度大10(Γ200 μ m,刀齒的齒間距為微流道脊寬。優選地，所述微流道的寬度為100 μ m 400 μ m、深度為100 μ m 400 μ m。本專利技術相對于現有技術，具有以下有益效果 (I)在相同流道總面積下，本專利技術的微流道與常規微流道相比，微流道數目更多，氣體傳質路徑更均勻，更有利于氣體的均勻擴散、分布；因此，本專利技術的微流道雙極板能在低溫、低壓的微型化應用場合下具有非常高的燃料和氧化劑傳質效率。(2)本專利技術的加工刀具與雙極板的接觸是面接觸，在切削時，雙極板整體受力均勻，能有效避免薄型雙極板(厚度低于1_)因彈性變形或受力不均等原因而引起加工缺陷，非常適合于薄型雙極板的加工，從而提高燃料電池的功率密度。(3)本專利技術的加工刀具對雙極板進行多微流道一次性刨削的加工方法，具有多流道一次成形的特點，可一次性加工寬度100 μ m 400 μ m、深度100 μ m 400 μ m的微流道，大大節省了加工時間，加工效率非常高。(4)與傳統雙極板流道加工所需設備相比，多齒刀具加工雙極板僅需要普通牛頭刨床，設備成本費用、操作費用、維護費用都非常低，而且操作簡單、方便，成本低廉。附圖說明圖I是微型燃料電池雙極板微流道的加工方法的總體示意 圖2是多齒刀具正向加工微流道的示意 圖3是多齒刀具回程加工微流道的示意 圖4是多齒刀具的結構示意 圖5是刀齒的結構示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術的專利技術目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本專利技術的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本專利技術采用的材料和加工方法為本
常規材料和加工方法。實施例I 參照圖廣圖3，一種微型燃料電池雙極板微流道加工方法，包括如下步驟 (1)在基板上鉆孔加工得到燃料氣體和氧化劑的輸入、輸出孔，并加工出相應的主流道； (2)將多齒刀具裝夾在普通刨床上并且緊定刀架，調整刨床加工行程及切削深度和切削速度； (3)啟動刨床，進行單次微流道“正向一回程”雙行程加工；· (4)單次加工完成后，增加切削深度繼續加工，直到總切削深度達到微流道的深度后停止，制得燃料電池微流道雙極板。本實施例中，微流道為直形，基板材料為石墨。所用多齒刀具如圖4和5所示,其前角Y為-60。,后角α為+10°。如圖2所示，多齒刀具I正向加工微流道雙極板2時，刀齒的前刀面3具有負前角，切削石墨雙極板能有效防止邊崩，提高微流道脊的表面質量；但在微流道底部則留下較多的殘余石墨切屑4，嚴重影響了加工質量。如圖3所示，多齒刀具回程加工時，切削深度保持不變，刀齒的后刀面5將正向加工的殘余切屑清除，保證了微流道底部的加工質量。經過往復的“正向一回程”雙行程多齒刀具加工，能制得高質量、高精度的燃料電池微流道雙極板，同時，加工成本非常低、加工效率非常高。實施例2 本實施例除下述特征外，其他均與實施例I相同微流道為蛇形或其他形狀。上述實施例僅為本專利技術的較佳實施例，并非用來限定本專利技術的實施范圍。即凡依本
技術實現思路
所作的均等變化與修飾，都為本專利技術權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。權利要求1.一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法，其特征在于包括如下步驟 (1)在基板上鉆孔加工得到燃料氣體和氧化劑的輸入、輸出孔，并加工出相應的主流道； (2)將多齒刀具裝夾在普通刨床上并且緊定刀架，調整刨床加工行程及切削深度和切削速度； (3)啟動刨床，進行單次微流道“正向一回程”雙行程加工； (4)單次加工完成后，增加切削深度繼續加工，直到總切削深度達到微流道深度后停止，制得燃料電池微流道雙極板。2.根據權利要求I所述的微型燃料電池雙極板微流道的加工方法，其特征在于所述微流道為直形或蛇形。3.根據權利要求I本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法，其特征在于包括如下步驟：（1）在基板上鉆孔加工得到燃料氣體和氧化劑的輸入、輸出孔，并加工出相應的主流道；（2）將多齒刀具裝夾在普通刨床上并且緊定刀架，調整刨床加工行程及切削深度和切削速度；（3）啟動刨床，進行單次微流道？“正向—回程”雙行程加工；（4）單次加工完成后，增加切削深度繼續加工，直到總切削深度達到微流道深度后停止，制得燃料電池微流道雙極板。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬珍平，張仕偉，孫瓏，沈玉琴，唐洪亮，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：