CN100374808C - 一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，该冷链包括：数片叠加在一起的铜片，在叠加铜片的二端，在铜片与铜片之间有一使铜片之间相互固定的铟层。在有铟层的二端各有至少一个用于与热源和冷源的固定的安装孔。本发明的最大优点是：由于铜片表面本身会有微小的凹凸，当铟层在两片铜片之间受挤压时，铟会被挤压变形，铟会填平铜片表面的微小凹凸，使两铜片之间通过铟层紧密连接在一起，中间不会有空隙，这样铜片之间的接触热阻便会大大减小，提高了柔性冷链的传热性能。

Description

一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链

技术领域

本发明涉及低温致冷，具体是指一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，这里所说的冷源是指微型机械制冷机的冷头，热源是指红外遥感系统的红外探测器冷平台。

背景技术

红外遥感系统的探测器冷平台与机械制冷机的冷头耦合方式通常有两种：一种是直接耦合，另一种是间接耦合。直接耦合是指红外探测器冷平台直接安装在制冷机冷头端面上。间接耦合是指红外探测器冷平台通过冷链与制冷机冷头相连。冷链有刚性冷链和柔性冷链。当红外探测器尺寸比较大，如超长线列红外焦平面探测器、大面阵红外焦平面探测器，由于微型制冷机工作时会产生振动，将直接影响探测器的正常。因此，超长线列、大面阵探测器与制冷机冷头通常采用柔性冷链的间接耦合方式。

目前，柔性冷链有采用铜丝编制成带状，在带状两端各连接一铜块以提供一个平整的安装面。为了使铜块与铜丝带之间较好地结合，减少空隙，它们之间一般采用银焊方式连接。由于银焊需在很高的温度下进行，为了保证铜丝表面不被氧化，必须在真空条件下进行银焊，因此制作的工序比较繁琐。而且焊接时，焊料不容易渗透到最里面的铜丝，因此，内部铜丝之间与外部铜丝之间容易产生间隙，造成接触热阻大。

美国犹他州立大学机械学院B.Williams，etc，在Solderless flexible thermal links，Cryogenics，1996 Volume 36，Number 10中报道了另一种铜丝柔性冷链及其制作方法。该柔性冷链用几十束铜丝(每束约20根)，二端各与一块铜块连接。制作时，先在铜块上割出一系列平行的凹槽，再将铜丝束的端部放入凹槽中，然后在铜块上施加机械力使凹槽变形，将铜丝束固压紧于凹槽中。该结构的缺点是：由于铜块凹槽表面难以加工得很光洁，铜丝表面与凹槽表面接触时会有微小的空隙，而且铜丝的截面是圆形的，在与凹槽表面接触时，接触面积不大，故会造成传热效率不高。要使铜块的凹槽受压变形，需要很大的机械力，操作比较困难。

另有一种铜片式柔性冷链，它采用数片铜片叠加在一起，在其二端各用一块相对较厚的铜块，通过螺钉或夹件紧固于冷源或热源上，由于铜片与铜片之间是靠外力压紧，通常的铜片表面存有许多微小凹凸，当铜片之间相互接触时，会产生许多微小空隙，同时铜片与铜块的连接也会产生许多微小空隙，这些微小空隙将大大影响传热效率。

发明内容

基于上述已有柔性冷链存在的种种问题，本发明的目的在于提供一种能隔离振动的，传热效率较高的柔性冷链。

本发明的柔性冷链包括数片叠加在一起的铜片，在叠加铜片的二端，在铜片与铜片之间有一使铜片之间相互固定的铟层。所说的铟层长度不超过柔性冷链长度的三分之一。在有铟层的二端各有至少一个用于与热源和冷源固定用的安装孔。

所说的每片铜片表面镀有黄金膜层。

所说的铜片数和铜片厚度根据实际需要而定。

所说的铜片是经过退火处理的。

本发明的采用铟层固定的柔性冷链的优点是：

1.铟是一种熔点很低的金属，在不需要很高温度的情况下便熔化，熔化后的铟原子能很容易地与铜片表面的铜原子紧密粘结，且铟比较柔软，很容易受压变形。由于铜片表面本身会有微小的凹凸，当铟层在两片铜片之间受挤压时，铟会被挤压变形，铟会填平铜片表面的微小凹凸，使两铜片之间通过铟层紧密连接在一起，中间不会有空隙，这样铜片之间的接触热阻便会大大减小，提高了柔性冷链的传热性能。

2、铟层焊接无需在很高的温度下便可进行，避免了铜片表面被氧化，保持了铜片表面的清洁和光亮，对红外遥感系统中降低系统辐射漏热有利，且避免了铜片因高温而变形。

3、采用本发明的柔性冷链端部可以直接开孔，通过螺钉安装于冷源或热源上，不需要过渡的铜块，降低了冷源与热源之间的热阻并减轻了系统的质量。

4、本发明的柔性冷链制作方法工序简单，节省了时间和成本。

附图说明

图1为本发明的长条形柔性冷链的结构示意图；

图2为图1端部的放大图；

图3为L形柔性冷链的结构示意图；

图4为弧形柔性冷链的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图予以详细描述，以使能更好地说明本发明的结构特征和功能特点，而不是限定本发明的保护范围。

见图1，本发明的柔性冷链由数片叠加在一起的长条形铜片1，以及在铜片与铜片的二端之间有一使铜片之间固定的铟层2组成。有铟层固定的二端各有至少一个用于与热源和冷源固定用的安装孔3。

铜片的尺寸大小由冷源与热源之间的相对位置关系确定，其长度应大于冷源与热源之间的距离，以使其安装后中间有弯曲，起到隔振作用。铜片厚度不大于1mm，铜片按传统的线切割工艺加工而成。

然后将铜片表面进行去油污处理，可用传统的清洗工艺，之后再对其进行常规的退火处理。

再将铜片表面进行去氧化层处理，可用传统的酸处理法。

也可对每片铜片表面镀黄金膜层。

然后对齐铜片，将铜片组二端的铜片与铜片之间用铟粘结，可用传统的钎焊法。

然后将有铟层粘结的铜片端部压平，可以使用铣床上的夹具，将铜片之间多余的铟挤压去除，然后将柔性冷链精加工成需要的精确尺寸。

本发明中所述的柔性冷链不限于长条矩形，也可以是其它任何形状，如弧形或L形。

由于铜片数和铜片厚度与传热性能有关，见下式：

$Q=n\frac{\mathrm{KF\ΔT}}{L},$

其中，n为铜片的片数，K为铜片的热导率，F为铜片的横截面积，ΔT为每片铜片两端的温差，L为铜片的长度，确定了一种铜片的形式，便确定了K、F、L，而由于端部的铜片之间紧密粘结了一层铟，端部铜片之间的接触热阻相对于整个热阻可以忽略不计，因此通过柔性冷链的热量Q由铜片片数n和其两端的温差ΔT决定。

实验证明本发明的柔性冷链与已有的铜片二端由铜块固定的柔性冷链，在相同的工作条件下，其传热效率要提高30％以上。因此本发明的柔性冷链具有更强的传热能力。

Claims (5)

1.一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，包括：数片叠加在一起的铜片(1)，其特征在于：

在叠加铜片(1)的二端，在铜片与铜片之间有一使铜片之间相互固定的铟层(2)，在有铟层的二端各有至少一个用于与热源和冷源固定用的安装孔(3)。

2.根据权利要求1的一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，其特征在于：所说的铟层长度不超过柔性冷链长度的三分之一。

3.根据权利要求1的一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，其特征在于：所说的每片铜片表面镀有黄金膜层。

4.根据权利要求1的一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，其特征在于：所说的铜片数和铜片厚度根据实际需要而定，铜片厚度不大于1mm。

5.根据权利要求1的一种连接于冷源和热源之间的柔性冷链，其特征在于：所说的柔性冷链可为长条形、L形或弧形。

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