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      一種可變散熱器及其制作方法

      文檔序號:4533796閱讀:182來源:國知局
      專利名稱:一種可變散熱器及其制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及一種可變散熱器及其制作方法,屬于航天器熱控制技術領域。
      背景技術
      傳統(tǒng)的散熱器是由高發(fā)射率金屬材料制成的片狀結構,其散熱能力是恒定 的。隨著多任務和可變軌航天器技術的發(fā)展,航天器要處于天體陰影很長時間, 這時由于散熱器能力恒定不可調(diào)節(jié),使得航天器內(nèi)部熱量大量散失,以至于需 要消耗航天器內(nèi)寶貴的能源進行加熱以保證內(nèi)部適宜的工作溫度,因而遠不能 滿足航天器發(fā)展的要求。隨著航天器多任務化和任務實時化發(fā)展,迫切需求散 熱器等具備主動調(diào)節(jié)控制能力。
      本發(fā)明的可變散熱器為"三明治"結構,采用20-100V左右的靜電電壓控制, 其工作原理是在壓電陶瓷兩面施加一定電場,產(chǎn)生逆壓電效應使壓電陶瓷收縮 和膨脹,而和壓電陶瓷粘在一起的散熱片由于長度沒有發(fā)生變化而導致兩個粘 接層整體拱起,從而可以有與基片接觸和斷開兩種狀態(tài),由于在空間中是真空, 因此基片與散熱片之間的熱交換就可以從熱傳導轉(zhuǎn)換為熱輻射,后者的換熱能 力遠小于前者,尤其加了紅外高反射層時,幾乎可以忽略,從而就實現(xiàn)了散熱 和保溫兩種功能。本發(fā)明可以根據(jù)航天器熱控需求主動調(diào)整散熱器的散熱能力, 具有散熱和保溫兩種工作狀態(tài),而且散熱能力連續(xù)可變,使航天器能夠適應復 雜多變的熱環(huán)境,從而可以大大提高航天器的可靠性和適存性。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種可變散熱器及其制作方法,解決傳統(tǒng)散熱器不能 根據(jù)航天器實際所處的熱環(huán)境進行散熱能力調(diào)節(jié)的問題。
      本發(fā)明的目的是由以下技術方案實現(xiàn)的
      本發(fā)明的一種可變散熱器,包括導熱基片、散熱片和驅(qū)動片;導熱基片、 散熱片和驅(qū)動片均為尺寸相同的片狀結構,導熱基片是整個器件的基底,導熱 基片一面鍍制紅外高反射薄膜,驅(qū)動片一面鍍制紅外高反射率射膜,散熱片一面鍍制一層紅外高發(fā)射率薄膜;散熱片無膜一面與驅(qū)動片無紅外高反射膜層的 上表面粘接在一起形成一個復合體,復合體驅(qū)動片面四角與導熱基片有鍍膜的 一面粘接固定,形成三明治結構,四角粘接區(qū)域接出電極引線。其中,導熱基 片釆用氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種材料,導熱基片上表面鍍制的紅 外高反射薄膜為鋁、銀或金的任意一種,驅(qū)動片采用兩面帶銀電極的壓電陶瓷, 驅(qū)動片表面鍍制的紅外高反射率薄膜為鋁、銀或金的任意一種;散熱片釆用具
      備較高彈性和較高導熱率的石英玻璃、不銹鋼或摻鈰玻璃中的任意一種,散熱
      片上鍍制紅外高發(fā)射率薄膜是黑鎳、二氧化硅中的任意一種; 本發(fā)明的一種可變散熱器制作方法,其步驟如下
      步驟一,在長度30mm-100腿、寬度30咖-100咖、厚度在0. 5mm-5mm間的基 片上,對上表面進行研磨加工,使其不平度在0. lum-lum;其中基片為氧化鋁、 氮化鋁或氧化鈹中的任意一種;
      步驟二,在步驟一加工好的上表面上沉積一層厚度為10nm-50nm的紅外高 反射薄膜,然后在上面沉積一層10nm-50nm厚的透明導熱電絕緣薄膜,其中紅 外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種,透明導熱電絕緣薄膜可以用二氧 化硅,此時就完成了導熱基片的制作;
      步驟三,制備與基底同樣大小、厚度在O. lmm-lmm間的壓電陶瓷片,壓電 陶瓷片兩面燒制銀電極并極化,要求壓電陶瓷片的機電耦合系數(shù)大于2X 10—lflC/N,居里溫度在300攝氏度以上;
      步驟四,在步驟三制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層10nm-50nm的紅外高 反射薄膜,其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種,該部件為驅(qū)動 片;
      步驟五,散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的材料制備成與基底同樣 大小、厚度在O. lram-lmm間的片狀結構,散熱片采用石英玻璃、不銹鋼或摻鈰 玻璃中的任意一種;
      步驟六,在步驟五制備的片狀結構上表面沉積一層lOOnm-200nm的紅外高 發(fā)射率薄膜,薄膜材料可以是黑鎳、二氧化硅中的任意一種,這樣就完成了散 熱片的制備;
      歩驟七,將步驟四制備的驅(qū)動片未鍍膜面與步驟六制備的散熱片未鍍膜面 采用耐高低溫膠粘接起來,要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓力并在
      550-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小時,以減小應力變形;
      步驟八,將驅(qū)動片和散熱片復合體的驅(qū)動片面的四角采用耐高低溫膠固定
      到步驟二完成的導熱基底上面,四角粘接面積均為1-5平方毫米,要求粘接和 固化過程中一直施加均勻的壓力并在50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小
      時,以減小應力變形;
      步驟九,在壓電陶瓷片四角粘接區(qū)域接出電極引線,用以引入驅(qū)動電壓, 這樣就完成了散熱能力可變的散熱器的制作。
      工作過程
      當需要散熱片散熱時,即不加電壓時,導熱片與驅(qū)動片和散熱片粘接成的 復合體由于四角用膠固定粘接在一起,因此,熱源產(chǎn)生的熱量就會經(jīng)由導熱基 片和驅(qū)動片通過熱傳導傳遞到散熱片上,此時,具有較高發(fā)射率的散熱片就會 把熱量通過輻射疏散到外部;當熱源不需要散熱時,給壓電陶瓷驅(qū)動片施加一 個電壓,由于壓電陶瓷的逆壓電效應,壓電陶瓷會發(fā)生長度方向上的伸縮變形, 而由于壓電陶瓷驅(qū)動片與散熱片完全粘接在一起,因此散熱片就會限制驅(qū)動片 的變形,從而產(chǎn)生整體的彎曲,此時,驅(qū)動片和散熱片粘接成的復合體就會由 于彎曲變形而與導熱基片脫離接觸,由于散熱器工作在宇宙空間的真空環(huán)境中, 因此,就相當于產(chǎn)生了一個真空隔熱層,基片與散熱片之間的熱交換由原來的 較大的熱傳導變?yōu)樾讉€量級的熱輻射,從而實現(xiàn)了保溫功能。
      有益效果
      (1) 本發(fā)明具有散熱和保溫兩種工作狀態(tài),同時散熱狀態(tài)下散熱能力連續(xù)可
      調(diào);
      (2) 本發(fā)明采用逆壓電效應進行驅(qū)動,采用較低的靜電電壓控制,因此具有 控制精度高、響應快和功耗低的特點;
      (3) 本發(fā)明采用"三明治"結構,具有結構簡單、可靠性高的特點。


      圖1是可變散熱器在散熱工作狀態(tài)下的結構示意圖; 圖2是可變散熱器在保溫工作狀態(tài)下的結構示意圖; 其中,1-散熱片,2-壓電陶瓷,3-導熱基片。具體實施例
      實施例一
      1. 在長度30mm、寬度30ram、厚度在1. lmrn間的氧化鋁基片上,對上表面進 行研磨加工,使其不平度在O. lum左右;
      2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為45nm的金作為紅外高反射薄 膜,然后在上面沉積一層lOmn厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜,此時就完成 了導熱基片的制作;
      此時就完成了導熱基片的制作;
      3. 制備與基底同樣大小、厚度在0. 12皿間的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片,壓電陶 瓷片兩面燒制銀電極并極化;
      4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層20nm的金紅外高反射薄膜, 該部件為驅(qū)動片;
      5. 采用石英玻璃制備成與基底同樣大小、厚度在0. 12mm間的片狀結構;
      6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層黑鎳紅外高發(fā)射率薄膜,這樣 就完成了散熱片的制備;
      7. 將步驟4制備的驅(qū)動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來,要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在90攝氏度的溫度下進行保溫1小時,以減小應力變形;
      8. 將驅(qū)動片和散熱片復合體的驅(qū)動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面,四角粘接面積均為2平方毫米,要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在90攝氏度的溫度下進行保溫1小時,以減小應力 變形;
      9. 在四角粘接區(qū)域為壓電陶瓷片焊接電極引線,這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
      該散熱器的發(fā)射率變化量約為0. 51。 實施例二
      1. 在長度40mm、寬度40順、厚度在1. 0咖間的氮化鋁基片上,對上表面進 行研磨加工,使其不平度在0.2um左右;
      2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為50nm的金作為紅外高反射薄膜,然后在上面沉積一層20mn厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜,此時就完成 了導熱基片的制作;
      3. 制備與基底同樣大小、厚度在0.15mm間的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片,壓電陶 瓷片兩面燒制銀電極并極化;
      4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層30nm的金紅外高反射薄膜, 該部件為驅(qū)動片;
      5. 采用不銹鋼制備成與基底同樣大小、厚度在0. 15mm間的片狀結構;
      6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層二氧化硅紅外高發(fā)射率薄膜, 這樣就完成了散熱片的制備;
      7. 將步驟4制備的驅(qū)動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來,要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在120攝氏度的溫度下進行保溫2小吋,以減小應力變形;
      8. 將驅(qū)動片和散熱片復合體的驅(qū)動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面,四角粘接面積均為2平方毫米,要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在120攝氏度的溫度下進行保溫2小時,以減小應 力變形;
      9. 在四角粘接區(qū)域為壓電陶瓷片焊接電極引線,這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
      該散熱器的發(fā)射率變化量約為0. 43。 實施例三
      1. 在長度50mm、寬度50mm、厚度在1. 5mm間的高剛度、高導熱并且電絕緣 的氧化鈹基片上,采用合適的研磨拋光工藝對上表面進行研磨加工,使其不平 度在0. lum左右;
      2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為60nm的金作為紅外高反射薄 膜,然后在上面沉積一層30nm厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜,此時就完成 了導熱基片的制作;
      3. 制備與基底同樣大小、厚度在0.15ram間的摻鑭鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片,壓 電陶瓷片兩面燒制銀電極并極化;
      4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層40rim的金紅外高反射薄膜, 該部件為驅(qū)動片;5. 采用摻鈰玻璃制備成與基底同樣大小、厚度在0. 15mm間的片狀結構;
      6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層黑鎳紅外高發(fā)射率薄膜,這樣 就完成了散熱片的制備;
      7. 將步驟4制備的驅(qū)動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來,要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在150攝氏度的溫度下進行保溫2小時,以減小應力變形;
      8. 將驅(qū)動片和散熱片復合體的驅(qū)動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面,四角粘接面積均為2平方毫米,要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在150攝氏度的溫度下進行保溫2小時,以減小應 力變形;
      9. 在四角粘接區(qū)域為壓電陶瓷片焊接電極引線,這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
      該散熱器的發(fā)射率變化量約為0. 57。
      權利要求
      1. 一種可變散熱器,其特征在于包括導熱基片、散熱片和驅(qū)動片;導熱基片、散熱片和驅(qū)動片均為尺寸相同的片狀結構,導熱基片是整個器件的基底,導熱基片一面鍍制紅外高反射薄膜,驅(qū)動片一面鍍制紅外高反射率射膜,散熱片一面鍍制一層紅外高發(fā)射率薄膜;散熱片無膜一面與驅(qū)動片無紅外高反射膜層的上表面粘接在一起形成一個復合體,復合體驅(qū)動片面四角與導熱基片有鍍膜的一面粘接固定,形成三明治結構,四角粘接區(qū)域接出電極引線;其中,導熱基片采用氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種材料,導熱基片上表面鍍制的紅外高反射薄膜為鋁、銀或金的任意一種,驅(qū)動片采用兩面帶銀電極的壓電陶瓷,驅(qū)動片表面鍍制的紅外高反射率薄膜為鋁、銀或金的任意一種;散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的石英玻璃、不銹鋼或摻鈰玻璃中的任意一種,散熱片上鍍制紅外高發(fā)射率薄膜是黑鎳、二氧化硅中的任意一種。
      2. —種可變散熱器制作方法,其特征在于步驟如下步驟一,在長度30mm-100mm、寬度30mm-100mm、厚度在0.5mm-5mm間的基片上,對上表面進行研磨加工,使其不平度在O.lum-lum;其中基片為 氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種;步驟二,在步驟一加工好的上表面上沉積一層厚度為10nm-50nm的紅外高 反射薄膜,其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種,此時就完成了 導熱基片的制作;步驟三,制備與基底同樣大小、厚度在0.1mm-lmm間的壓電陶瓷片,壓 電陶瓷片兩面燒制銀電極并極化,要求壓電陶瓷片的機電耦合系數(shù)大于 2xlO—1()C/N,居里溫度在300攝氏度以上;步驟四,在步驟三制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層10nm-50nm的紅外高 反射薄膜,其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種,該部件為驅(qū)動 片;步驟五,散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的材料制備成與基底同樣 大小、厚度在0.1mm-lmm間的片狀結構,散熱片采用石英玻璃、不銹鋼或摻 鈰玻璃中的任意一種;步驟六,在步驟五制備的片狀結構上表面沉積一層100nm-200mn的紅外高 發(fā)射率薄膜,薄膜材料可以是黑鎳、二氧化硅中的任意一種,這樣就完成了散熱片的制備;步驟七,將步驟四制備的驅(qū)動片未鍍膜面與步驟六制備的散熱片未鍍膜面 采用耐高低溫膠粘接起來,要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓力并在 50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小時,以減小應力變形;步驟八,將驅(qū)動片和散熱片復合體的驅(qū)動片面的四角采用耐高低溫膠固定 到步驟二完成的導熱基底上面,四角粘接面積均為1-5平方毫米,要求粘接和 固化過程中一直施加均勻的壓力并在50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小 時,以減小應力變形;步驟九,在壓電陶瓷片四角粘接區(qū)域接出電極引線,用以引入驅(qū)動電壓, 這樣就完成了散熱能力可變的散熱器的制作。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種可變散熱器及其制作方法,屬于航天器熱控制技術領域。本發(fā)明包括導熱基片、散熱片和驅(qū)動片三部分組成,導熱基片一面鍍制紅外高反射薄膜,驅(qū)動片一面鍍制紅外高反射率射膜,散熱片一面鍍制一層紅外高發(fā)射率薄膜;散熱片無膜一面與驅(qū)動片無紅外高反射膜層的上表面粘接在一起形成一個復合體,復合體驅(qū)動片面四角與導熱基片有鍍膜的一面粘接固定,形成三明治結構,四角粘接區(qū)域接出電極引線。本發(fā)明具有散熱和保溫兩種工作狀態(tài),同時散熱狀態(tài)下散熱能力連續(xù)可調(diào);由于采用逆壓電效應進行驅(qū)動,因此具有控制精度高、響應快和功耗低、具有結構簡單、可靠性高的特點。
      文檔編號F28F27/00GK101458050SQ20081018832
      公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權日2008年12月22日
      發(fā)明者敢 吳, 尚凱文, 曹生珠, 楊建平, 瑞 王, 陳學康 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
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