提高过冷沸腾换热效率及临界热流密度对增强聚变堆面向等离子体部件抗热疲劳和冲击性能具有重要的工程意义。通过真空钎焊的方法,将微结构的金属网与纳米尺寸的金属粉末结合从而在过冷沸腾换热表面生成微纳米多层次复合结构。对比采用不同规格网格制备的表面与光滑表面的微观形貌特征,发现所采用处理工艺成功地在材料表面形成了凹状空穴、孔隙结构、类纳米柱体等不同尺度的三层次复合微纳米结构。与水的接触角测量显示,复合结构表面在保持原表面亲水性同时,在一定程度上降低了对水的浸润性。进一步通过微距摄影观测表明复合结构表面气泡生成密度均大幅度高于光滑表面,较细的网格尺度更显著,但小于120微米后增加不明显。通过高热流综合实验平台,进一步对光滑面以及微纳米化换热表面管道进行过冷沸腾换热性能实验,定量地对微纳米化表面的换热性能进行测试。并补充微纳米化换热表面与翅片结构换热表面的换热效果对比。分析发现,复合表面会诱导复杂的流动不稳定性,在增加汽化核心的同时有效避免过早形成气膜,对提高临界热流密度有利。多层次复合微纳结构表面的临界热流密度至少比光滑面高80%,其换热效果明显优于光滑面和传统型翅片结构表面。研究结果可为开发更先进的聚变堆面向等离子体部件换热技术提供参考。