專利名稱：一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器及其加工方式的制作方法
一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器及其加工方式
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于高溫共燒陶瓷加工技術(shù)的微型燃燒器裝置及其加工方法，可
以作為微小能量發(fā)生裝置應(yīng)用于微致動領(lǐng)域或者航天微推進(jìn)領(lǐng)域，且具備工業(yè)化大規(guī)模生
產(chǎn)的潛力。
背景技術(shù)：
近年來，隨著小型能量發(fā)生器的研究熱度的提升，關(guān)于中微尺度條件下的燃燒、反 應(yīng)及其應(yīng)用的研究也越來越多。然而，當(dāng)特征尺寸縮小到一定程度時(shí)(毫米量級)，采用傳 統(tǒng)的加工方式開展微小燃燒器或反應(yīng)器的加工會比較困難。電火花特種加工雖然可以達(dá)到 較高加工精度，但其加工材料僅僅局限于金屬或者半導(dǎo)體，且無法加工出較為復(fù)雜的內(nèi)部 腔體結(jié)構(gòu)，也無法在其中嵌入導(dǎo)電子系統(tǒng)，不利于機(jī)電一體化的實(shí)施。基于硅片加工工藝的 集成電路加工技術(shù)在機(jī)電一體化及大規(guī)模加工方面有著傳統(tǒng)加工無可比擬的優(yōu)勢，但其所 采用的材料所能耐受的溫度很低(< 500K)，無法適應(yīng)微燃燒器高溫條件下持續(xù)工作的要 求。另一方面，由于空間狹小，中微尺度條件下的燃燒器的可靠點(diǎn)火本身也是一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服中微尺度的微型燃燒器在微細(xì)加工、機(jī)電一體化、點(diǎn)火、及維持燃燒等多 方面的限制。本發(fā)明提供了一種基于高溫共燒陶瓷加工技術(shù)的微燃燒器裝置，該裝置既能 實(shí)現(xiàn)小流量條件下的"氫氣/氧氣"的可靠點(diǎn)火及持續(xù)穩(wěn)定燃燒，又能滿足微細(xì)加工，機(jī)電 一體化，及工業(yè)大規(guī)模加工便利性方面的要求。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型 燃燒器，包括頭部、身部、孔板部，三大部分，按從上到下的順序依次排列。其中頭部又包含 內(nèi)嵌式點(diǎn)火器及噴注器兩關(guān)鍵部件，內(nèi)嵌式點(diǎn)火器由嵌入頭部預(yù)設(shè)腔道的兩根鉑金屬絲構(gòu) 成，金屬絲一端從頭部中央底部位置向身部方向伸出1.5mm左右的距離，兩金屬絲相互間 距為2mm左右，另一端分別從頭部側(cè)壁伸出，預(yù)留5mm以上的長度。頭部噴注器為一種雙相 切式的結(jié)構(gòu)，包含作為燃燒室一部分的中央孔及兩條對稱分布于中央孔兩側(cè)且出口方向且 與中央孔內(nèi)壁分別相切的腔道，此兩條腔道通過頭部內(nèi)置通道與"燃料-氧化劑"供給管路 相連。身部燃燒室及孔板部排氣孔均為圓柱形狀的內(nèi)孔，燃燒室直徑與噴注器中央孔相同， 尺寸為毫米量級，排氣孔直徑小于燃燒室直徑。噴注器中央孔，燃燒室，排氣孔三者同軸。燃 燒器身部直徑及孔板部排氣孔直徑可根據(jù)具體要求在加工過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本燃燒器的加工采用高溫共燒陶瓷片加工技術(shù)，其原料為100iim厚度的高溫共 燒陶瓷片，可通過激光或者數(shù)控沖床在其上加工出形狀不同的內(nèi)腔道。根據(jù)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案，將這些具備相同或不同內(nèi)腔道特性的高溫陶瓷片順次排列，再通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%的 "蜂蜜-水"溶液將各層陶瓷片粘接在一起，可以獲得所需要的內(nèi)部腔體。粘接順序按從下 至上，即"孔板部-身部-頭部"的順序進(jìn)行，在粘接頭部的過程中按要求嵌入鉑金屬絲。粘 接過程中需要通過定位板保證各層間的相對位置，粘接完畢后將燃燒器部分從整體的基板中切下。將燃燒器半成品放入高溫爐中按照高溫共燒陶瓷的焙燒過程進(jìn)行燒制，各層陶瓷 片將結(jié)合為一整體并最終獲得所需要的同軸式高溫共燒陶瓷微燃燒器。 本發(fā)明的有益效果是，利用獨(dú)特的加工材料、加工工藝及結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)了具備復(fù) 雜內(nèi)腔體結(jié)構(gòu)及機(jī)電一體化功能的中微尺度的同軸式微燃燒器的加工，并在此燃燒器中實(shí) 現(xiàn)"氫氣_氧氣"的可靠點(diǎn)火及穩(wěn)定燃燒。本發(fā)明能夠?yàn)槲⒅聞訖C(jī)構(gòu)或航天微推力器的研 制提供直接的技術(shù)支持，并由于其加工方法的特點(diǎn)而具備工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
圖1所包含3幅圖是本發(fā)明中微燃燒器的透視結(jié)構(gòu)各向示意圖。 如圖1. l所示，該燃燒器包含頭部(1)、身部(2)、孔板部(3)，三大部分。頭部又
包含內(nèi)嵌金屬絲點(diǎn)火器(l-l)、呈對稱分布的雙相切式噴注器(l-2)、毛細(xì)金屬管(1-3)，
等關(guān)鍵組件。 圖2所包含15幅子圖是本微燃燒器的詳細(xì)加工流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明中微燃燒器的使用方式及具體加工工序進(jìn)行進(jìn)一步說明。 在圖1. 1中，兩毛細(xì)金屬管(1-3)分別與氫氣供給管路與氧氣供給管路相連。內(nèi)嵌
式金屬絲點(diǎn)火器(1-1)預(yù)留在燃燒器兩側(cè)的外露段分別與點(diǎn)火電源的正負(fù)兩電極相連接。
工作時(shí)打開氧路和氣路的供氣閥門通入氫氣及氧氣，氣體總流量按燃燒器身部容積大小來
選擇，"氫氣-氧氣"當(dāng)量混合比可在O. 1 1間任意調(diào)節(jié)。氫氣及氧氣將分別通過內(nèi)部腔
道及雙相切式噴注器(1-2)從燃燒室側(cè)壁出口按切向流入及摻混。待流量穩(wěn)定后通過點(diǎn)火
電源給金屬絲點(diǎn)火器提供一個點(diǎn)火脈沖電壓，點(diǎn)火器伸入燃燒室部分的兩極將由于放電作
用產(chǎn)生電火花，從而引燃?xì)錃馀c氧氣的混合物，持續(xù)提供氫氣及氧氣將可維持燃燒室中燃
燒反應(yīng)的進(jìn)行。高溫燃燒產(chǎn)物通過底部孔板噴出，可作為微小致動器或微推力器的動力源。 該微燃燒器的具體加工流程可參見圖2所示，加工順序依次為 2. l，微燃燒器不同部分高溫共燒陶瓷片內(nèi)腔體加工； 2. 2，利用帶四根定位柱的金屬定位板完成高溫共燒陶瓷片的定位安裝； 2. 3，涂抹75%的"蜂蜜-水"混合溶液至固定好的共燒陶瓷片上； 2. 4，重復(fù)高溫共燒陶瓷片的疊加及粘接過程，按設(shè)計(jì)厚度完成孔板部分的粘連； 2. 5，在孔板部分之上繼續(xù)疊加，按設(shè)計(jì)厚度依次完成身部及噴注器的粘連； 2. 6，在噴注器層之上繼續(xù)疊加，完成點(diǎn)火器腔體部分與噴注器的粘連； 2. 7，在點(diǎn)火器腔體中按設(shè)計(jì)要求嵌入預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬絲； 2. 8，在點(diǎn)火器層之上粘連頂層共燒陶瓷片，覆蓋點(diǎn)火器內(nèi)腔道及金屬絲； 2. 9，在粘連好的共燒陶瓷板上加蓋金屬蓋板； 2. IO，給粘接好的共燒陶瓷板加壓，使各陶瓷片粘接更緊密； 2. ll，從共燒陶瓷板中將微燃燒器部分切分出來； 2. 12，將微燃燒器半成品放入高溫爐中焙燒，令各層陶瓷片在高溫下融合；
2. 13，取出焙燒完畢的微燃燒器，在頂部預(yù)留孔口處安裝毛細(xì)金屬管；
2. 14，使用高溫膠完成毛細(xì)管連接部位及側(cè)面點(diǎn)火金屬絲出口處的密封；
2. 15，等待高溫膠干燥，獲得微燃燒器成品。
權(quán)利要求
一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器，包括頭部、身部、孔板部，三大部分，按從上到下的順序依次排列。其特征在于頭部包含內(nèi)嵌式點(diǎn)火器及噴注器兩關(guān)鍵部件，頭部頂端嵌入兩微小金屬管，通過頭部內(nèi)置通道與噴注器兩腔道分別相連。身部燃燒室及孔板部排氣孔均為圓柱形狀的內(nèi)孔，燃燒室直徑與噴注器中央孔相同，尺寸為毫米量級，排氣孔直徑小于燃燒室直徑。噴注器中央孔，燃燒室，排氣孔三者同軸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器，其特征是頭部內(nèi) 嵌式點(diǎn)火器由嵌入頭部預(yù)制腔道的兩根鉑金屬絲構(gòu)成，金屬絲一端從頭部中央底部位置向燃燒室方向伸出1. 5mm左右的距離，兩金屬絲相互間距為2mm左右，另一端分別從頭部側(cè)壁 伸出，預(yù)留5mm以上的長度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器，其特征是頭部 噴注器為一種雙相切式的結(jié)構(gòu)，包含作為燃燒室一部分的中央孔及兩條對稱分布于中央 孔兩側(cè)且出口方向且與中央孔內(nèi)壁分別相切的腔道，此兩條腔道通過頭部內(nèi)置通道與"燃 料-氧化劑"供給管路相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸式的高溫共燒陶瓷微型燃燒器的詳細(xì)加工方法，該方法 的操作步驟如下第1步，微燃燒器不同部分高溫共燒陶瓷片內(nèi)腔體加工；第2步，利用帶四根定位柱的金屬定位板完成高溫共燒陶瓷片的定位安裝； 第3步，涂抹75%的"蜂蜜-水"混合溶液至固定好的共燒陶瓷片上；第4步，重復(fù)高溫共燒陶瓷片的疊加及粘接過程，按設(shè)計(jì)厚度完成孔板部分的粘連；第5步，在孔板部分之上繼續(xù)疊加，按設(shè)計(jì)厚度依次完成身部及噴注器的粘連；第6步，在噴注器層之上繼續(xù)疊加，完成點(diǎn)火器腔體部分與噴注器的粘連；第7步，在點(diǎn)火器腔體中按設(shè)計(jì)要求嵌入預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬絲；第8步，在點(diǎn)火器層之上粘連頂層共燒陶瓷片，覆蓋點(diǎn)火器內(nèi)腔道及金屬絲；第9步，在粘連好的共燒陶瓷板上加蓋金屬蓋板；第10步，給粘接好的共燒陶瓷板加壓，使各陶瓷片粘接更緊密；第11步，從共燒陶瓷板中將微燃燒器部分切分出來；第12步，將微燃燒器半成品放入高溫爐中焙燒，令各層陶瓷片融合形成整體； 第13步，取出焙燒完畢的微燃燒器，在頂部預(yù)留孔口處安裝毛細(xì)金屬管； 第14步，使用高溫膠完成毛細(xì)管連接部位及側(cè)面點(diǎn)火金屬絲出口處的密封； 第15步，等待高溫膠干燥，獲得微燃燒器成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同軸式高溫共燒陶瓷微型燃燒器裝置及其加工方法。利用獨(dú)特的加工材料及加工工藝，按照特定的加工工序，實(shí)現(xiàn)了具備復(fù)雜內(nèi)腔體結(jié)構(gòu)及機(jī)電一體化功能的中微尺度的同軸式微燃燒器的加工。結(jié)合特別設(shè)計(jì)和經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)方案，該微燃燒器能夠?qū)崿F(xiàn)小流量條件下的“氫氣/氧氣”的可靠點(diǎn)火及持續(xù)穩(wěn)定燃燒，可以作為微小能量發(fā)生裝置應(yīng)用于微致動領(lǐng)域或者航天微推進(jìn)領(lǐng)域，并因其加工方法的特點(diǎn)而具備工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。
文檔編號F23D14/46GK101793395SQ20101012212
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者孫威, 理查德·葉特, 蔡國飆 申請人:北京航空航天大學(xué)