CN101285433A - 微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法 - Google Patents

微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101285433A
CN101285433A CNA2008100856505A CN200810085650A CN101285433A CN 101285433 A CN101285433 A CN 101285433A CN A2008100856505 A CNA2008100856505 A CN A2008100856505A CN 200810085650 A CN200810085650 A CN 200810085650A CN 101285433 A CN101285433 A CN 101285433A
Authority
CN
China
Prior art keywords
baseplate material
micro drives
firing chamber
coating
material part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100856505A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101285433B (zh
Inventor
A·弗里德伯格
G·舒尔特
G·米勒
D·特利特施金
S·齐根哈根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus DS GmbH
Original Assignee
Astrium GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astrium GmbH filed Critical Astrium GmbH
Publication of CN101285433A publication Critical patent/CN101285433A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101285433B publication Critical patent/CN101285433B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62—Combustion or thrust chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/80—Size or power range of the machines
    • F05D2250/82—Micromachines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49346—Rocket or jet device making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明所描述的是一种微型驱动装置(1)，尤其是用作微型调姿驱动装置的微型驱动装置，它具有基板(3)所构成的燃烧室(2)，尤其是基板由一种导电材料/物质构成，且燃烧室(2)包括一个燃料入口以及一个排气口，排气口通向紧邻燃烧室(2)的推进喷嘴。所述微型驱动装置还包括一个安装于燃烧室(2)之中的第一电阻加热装置。所述微型驱动装置的特征在于：第一电阻加热装置(8)与用来对燃烧室(2)中的燃料进行分解的催化器(7)相对应，可通过第一电阻加热装置(8)将第一基板材料部分(9)加热到规定温度，或加热到规定的温度范围，且第一基板材料部分可以由基板材料构成，并且构成催化器(7)。

Description

微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法
技术领域
本发明涉及一种微型驱动装置，尤其是用作调姿驱动装置的微型驱动装置，它具有基板构成的燃烧室，基板特别是由一种导电材料/物质构成，且燃烧室包括一个燃料入口以及一个排气口，排气口通向紧邻燃烧室的推进喷嘴。所述微型驱动装置还包括一个安装于燃烧室之中的第一电阻加热装置。本发明还涉及一种小型驱动装置，以及一种用于制造微型驱动装置的方法，所述微型驱动装置具有一个燃烧室，且燃烧室包括一个燃料入口与一个排气口以及一个安装于燃烧室之中且对应于一个催化器的电阻加热装置，排气口通向紧邻燃烧室的推进喷嘴。
背景技术
例如，可以通过单组元肼类燃料驱动装置来构成用作卫星调姿驱动装置的微型驱动装置。通常这些微型驱动装置均配备一种加热装置，例如电阻加热装置。将加热装置安装于燃烧室或分解室外侧是比较典型的方式。加热装置利用热传递作用，通过燃烧室壁将燃烧室加热到规定的起始温度。安装于燃烧室外侧的加热装置存在缺点，即无法使得燃烧室内部温度分布均匀。除此之外，由于存在热传递惰性，需要花费比较多的加热时间，因此需要消耗一定比例的电能。由于卫星中可供使用的电能有限，因此要尽可能有效地处理电能，
这就是要将加热装置布置于燃烧室内部的已知原因。例如，在“SystemDesign and Performance of Hot and Cold Supersonic Microjets冷和热超音速微型喷气驱动装置系统设计与特性)”一文中就有关于这方面的说明(Robert L.Bayt和Kenneth S.Breuer于2001年1月8～11日期间在内华达州里诺举行的第39届AIAA航天财务会议与展览会的AIAA-001-0721)。
发明内容
本发明的任务在于：一种微型驱动装置，尤其是用于卫星的由单组元肼类燃料驱动装置构成的调姿驱动装置，仅需极少花费，就能够改进微型驱动装置的效率，并且能够减少能耗。本发明的另一个任务在于：提供一种用于制造此类微型驱动装置的方法。
这些任务可通过相关独立专利权利要求所述的特征加以解决。相关独立专利权利要求所述内容均为本发明的有益实施例子。
该微型驱动装置的特征在于：安装于燃烧室内的第一电阻加热装置与用来对加入到燃烧室中的燃料进行分解的催化器相对应，可通过第一电阻加热装置将第一基板材料部分加热到规定温度，或加热到规定的温度范围，第一基板材料部分可选地可以由基板材料形成，并且构成催化器。而且也可以使催化器中的温度分布均匀，同时热传递惯性极小。这样就可以在较短时间内，将催化器加热到所需的温度，或者加热到所需的温度范围，而所需电能则极少。
甚至可以通过催化器的第一基板材料部分来构成第一电阻加热装置。尤其可以考虑将硅或碳化硅(SiC)作为基板以及基板材料部分的材料或物质。基板也可以由蓝宝石构成，且这种类型的基板材料部分可以(例如)由一种陶瓷构成。
燃料的分解质量取决于催化器的温度。如果催化器上的(起始)温度太低，将会使其性能迅速降级，也就是对催化器造成机械性破坏。为了避免发生这种情况，应给催化式微型驱动装置的燃烧室配备第一电阻加热装置。每次开始工作之前，先将催化器加热到所需的最小允许工作温度。由于催化器自身就构成第一电阻加热装置，因此可直接利用催化器的电性能，从而可以减小同时加热燃烧室所需的功耗。这样就能够优化卫星的电能供应，还可以延长催化器的使用寿命。
如果第一基板材料部分上至少局部涂有某一种催化材料，并且通过催化层来构成第一电阻加热装置，则较为适宜。例如，可以将铂用作催化材料。这样还可以在催化层和第一基板材料部分之间至少局部布置一个绝缘层。该绝缘层使将催化层由第一电阻加热装置构成成为可能。
如果燃烧室内的第一基板材料部分具有至少局部有微孔的表面结构，就能进一步改善催化器的效率。可以使用某种电解质，通过电化学处理工艺来形成微孔。如果第一基板材料部分上的微孔导致形成相互没有接触的颗粒，某些情况下将会使其难以导电。在第一基板材料部分上制作微孔表面结构时，必须对此加以考虑。可以通过选择电解质浓度、电流密度，或者通过基板材料的单位电阻，来调整孔隙度。可以使用已知的腐蚀工艺作为电化学处理工艺，使得第一基板材料部分完全或在其全部表面上形成微孔。
根据本发明的一种实施例所述，在催化器和排气口之间安装有第二电阻加热装置，以便对离开催化器的气体进行加热。这样有助于提高效率。还可在燃烧室中，也就是在进入推进喷嘴之前，对离开催化器的气体进行加热。其间并非从外部，而是在燃烧室内部通过第二电阻加热装置对气体进行二次加热。可以通过第二基板材料部分来构成第二电阻加热装置，且第二基板材料部分可以由基板材料形成。通过(尤其是)柱状构造的第二基板材料部分来导电。
在本发明所述的另一种实施例中，通过机械或化学处理工艺，用燃烧室的基板材料来制作第一和/或者第二基板材料部分，使得第一和/或者第二基板材料部分以柱状构造从燃烧室底部伸入到某一燃烧室容积空间的内部。此时如果第一基板材料部分的第一柱间距有别于，尤其是小于第二基板材料部分的第二柱间距，则较为适宜。
燃烧室的覆盖层紧邻第一和/或者第二基板材料部分，用来限定燃烧室容积。覆盖层优选由一种结构化SOI晶片构成(SOI＝绝缘层覆硅)，通过覆盖层使第一和/第二电阻加热装置实现电连接。例如，可以通过直接结(Direktbonden)、共晶结合、玻璃焊料(Glaslot)或陶瓷粘结剂，或者通过钎焊方式，在覆盖层和基板材料之间实现连接。通过覆盖层使得第一和/或者第二电阻加热装置实现触点接通，从而可以单独加热第一和第二电阻加热装置。
SOI晶片由硅基片、硅基片上的SiC2涂层以及覆盖于该涂层上的硅层构成。可以采用已知的微系统技术对SOI晶片进行结构化处理，并且将其与基本结构，也就是与经过加工的微型驱动装置的基板连接在一起。这样既可以接通第一电阻加热装置，也可以接通第二电阻加热装置，不会发生短路，并且可以分开进行控制。但确保有充分的机械稳定性。
可以通过对基板材料进行掺杂的方式，来调整第一和/或者第二基板材料部分的电导率，这样可以对电阻进行调节。当工作温度较高时，则为本征导电，使得掺杂作用随着温度升高而逐渐削弱。尤其可以通过第一和/或者第二基板材料部分的几何形状(横断面，高度)以及数量来确定电导率。
在本发明所述的另一种实施例中，覆盖层具有一个至少局部位于用来使覆盖层与基板结合的装配平面之中的环绕的边缘部分；以及一个被该边缘部分所环绕，并且相对于装配平面后移的功能区域，且在功能区域中有一个由绝缘层、金属化层和钝化层所构成的层状结构，且该层状结构并不突出于装配平面之外。这样就能够以简单而可靠的方式接通金属化层所构成的第一和/或者第二电阻加热装置。由于可以在某些情况下构成能够使得燃烧室容积空间向外连通的沟槽，因此可利用钝化层的材料将沟槽完全填满，然后再全部磨掉后进行抛光，以便获得平坦的表面。从而就可以在覆盖层和经过处理的基板之间进行连接。
在本发明所述的另一种实施例中，在环绕的边缘部分中设计有一个引线部分，该引线部分是功能区域的一部分，同时通过钝化材料或填充膏将钝化层和装配平面之间的间隙填满。可以通过基板材料中的孔眼来填入填充膏。最好在连接好覆盖层和基板之后进行填充。这样还可以保证燃烧室具有封闭的燃烧室容积空间，且仅有燃料入口和排气口。
在本发明所述的另一种实施例中，通过一种金属构成的波纹状导体结构(导体结构尤其是布置于覆盖层上)来构成第一和/第二电阻加热装置。
此外，还可以配置一个用于对第一电阻加热装置的第一电阻进行检测的第一电阻检测装置，以及/或者对第二电阻加热装置的第一电阻进行检测的第二电阻检测装置，同时可以将第一电阻和/或者第二电阻提供给第三装置，第三装置用来检测第一电阻中的第一温度以及第二电阻中的第二温度。以这种方式既可以测量催化器的温度，也可以通过第一或第二电阻加热装置的电阻来测量气体二次加热温度。
通过测量电流和电压，就能以简单方式测定温度。这样可以降低制造成本，因为不必在燃烧室中安装温度传感器。
还可以在燃烧室外部安装一个温度传感器，并且将其与第三装置相连，以补偿第一和第二电阻的电阻漂移。当驱动装置并未工作时，也就是燃烧室温度与基准温度传感器的温度相同，始终可以修正偏差，因为在这种情况下两者温度必定相同。
在本发明所述的另一种实施例中，配置有一个对应于推进喷嘴的第三加热装置，尤其是电阻加热装置。这样可以提高微型驱动装置的效率。
如上所述，使用硅或者碳化硅作为基板材料。既可以对硅，也可以对碳化硅进行微孔化处理。即使是碳化硅，也可以使用所述的所有连接技术。
如果使用蓝宝石来替代硅或碳化硅作为基板材料，还可实现更高的耐温性。用于连接覆盖层和基板的结合工艺同样也适用于蓝宝石，但存在较难进行加工的缺点，因为必须用机械方式来产生粗糙的结构。为了产生大面积催化器，应在进行晶片结合之前，将涂有催化材料的多孔结构加入到燃烧室之中，例如可以通过镀有铂的多孔陶瓷来实现这一目的。
本发明还包括一种具有若干上述微型驱动装置的小型驱动装置，其中的微型驱动装置最好布置于一个阵列之中。
本发明所述制造微型驱动装置的方法包括以下步骤：准备基板，尤其是硅、碳化硅或者蓝宝石基板；通过机械或化学加工将基板产生第一和/或者第二基板材料部分，从而形成燃烧室底部，第一和/第二基板材料部分分别从燃烧室底部以柱状伸入燃烧室容积空间的内部；至少给第一基板材料部分局部涂上催化材料；准备结构化覆盖层，尤其是SOI基板形式且具有金属结构的覆盖层；将覆盖层置于结构化基板上并且使之结合，使得可以通过燃烧室的覆盖层来限定燃烧室容积范围，并且金属结构接近于第一和/第二基板材料部分。采用本发明所述的方法，能够以简单、高效的方式，在微型驱动装置的燃烧室内部制成催化器加热装置，也可用来制成气体再加热装置。
最好在涂覆催化材料之前，利用规定浓度的电解质对第一基本材料部分进行处理，或者涂上多孔层，使其具有至少局部的多孔表面结构。
在第一基板材料部分和催化材料之间适当涂上绝缘层，这样就可以将催化材料作为电阻加热装置。
通过覆盖层上的金属结构连接第一和/第二基板材料部分，或者连接第一基板材料上的催化材料。使用微系统技术领域的已知制造工序，能够简单且高效地制造本发明所述的微型驱动装置。
可以采用直接结合、共晶结合、玻璃焊料、陶瓷粘结剂或者钎焊方法，使覆盖层和基板相互结合在一起。如果覆盖层和基板或者第一和第二基板材料部分由硅构成，则可使用直接结合法。如果使用玻璃焊料，应注意耐温性。使用陶瓷粘结剂时要注意气密性。如果采用钎焊法，尤其是活性钎焊法，因金属的热膨胀系数较高，必须对此加以考虑。
在本发明所述方法的另一种实施例中，采用刻蚀工艺在覆盖层中形成一个至少局部位于用来使覆盖层与基板结合的装配平面之中的环绕的边缘部分，产生一个被边缘部分所环绕，并且相对于装配平面后移的功能区。例如，这种方法可以连接在覆盖层上形成波纹状金属形式的电阻加热装置，不会阻碍覆盖层与基板结合(例如直接结合或者共晶结合)，但仍然可以保证燃烧室的密封性。可以使用这种方法，将类似于波纹状加热装置的结构用作温度传感器，以便可以利用温度数据进行监控。为此可以采用刻蚀工艺，蚀刻出几微米深的凹槽，并未受到腐蚀的较宽外侧边缘则构成边缘部分。采用结合工艺使边缘部分与基板结合。
如果在功能区内形成由绝缘层、金属化层和钝化层构成适当的层状结构，使得层状结构不突出于装配平面之外，则较为适宜。采用腐蚀工艺，在环绕的边缘部分中形成局部为功能区的输入部分，同时通过钝化材料填充钝化层和装配平面之间的间隙。在施加钝化层的钝化材料之后，可以对覆盖层进行打磨或抛光，以获得平坦的表面，且最终能够与基板结合。
在另一种工艺步骤实施例中，在覆盖层和基板完成结合之后，利用填充膏料来填充输入部分，在输入部分的区域内通过覆盖层或者基板中的孔施加填充膏。这种方法可以首先将覆盖层与基板结合，然后再对燃烧室进行密封。
此外，还可以在基板背面施加一层仅在第一基板材料部分的区域内开口的电绝缘钝化层。这样就可限制通流通过背面朝向该开口流动，从而在电化学反应过程中并不使得整个正面，而是使得第一基板材料部分的区域，也就是使得柱状体具有多孔的表面结构。
附图说明
以下将依据附图所示的实施例对本发明进行详细阐述。相关附图如下：
附图1一种微型驱动装置的透视图，
附图2微型驱动装置的结构化基板部分剖面的侧视图，
附图3一种微型驱动装置的一半俯视图，
附图4附图2所示带有覆盖层的基板的断面图，
附图5非结构化SOI晶片形式的覆盖层，
附图6附图5所示的结构化SOI晶片，
附图7附图2所示基板上的附图6所示的SOI晶片，
附图8微型驱动装置的局部断面图，其中有置于覆盖层上的电阻加热装置，
附图9带有金属化层的结构化覆盖层的俯视图，
附图10附图9所示覆盖层的断面图，
附图11附图9和10所示的覆盖层，被施加在基板上，
附图12a相应于附图9所示覆盖层的覆盖层，
附图12b带有凹口的基板，以及
附图12c使附图12a所示的覆盖层与附图12b所示的基板结合之后，微型驱动装置的示意图。
微型驱动装置1的典型构造(如用作卫星调姿驱动装置)如附图1透视图所示。在基板3中构成纵向构成的燃烧室2。在燃烧室2的内部构成大约从燃烧室2底部13垂直延伸到燃烧室2内部(也称作燃烧室容纳空间)并且构成催化器7的基板材料部分。燃烧室2在其附图中左下端上通入紧邻扩口推进喷嘴6的排气口5之中。燃烧室2在其位于排气口5对面的一端上具有一个图中并不可见的燃料入口，燃料入口与增压室(Plenum)相连。以所述方式结构化的基板3配置覆盖层，以便在空间上限定燃烧室容纳空间。例如，基板3可以由半导体材料构成，例如硅或者碳化硅。在这种情况下，可以采用已知的微机械或化学方法，从基板材料构成催化器7的基板材料部分。替换地也可以选用蓝宝石作为基板3的材料，视对应于催化器7的电阻加热装置的设计型式而定，有利的是第一基板材料部分由另一种导电材料构成，或者涂有具有催化作用的材料。
附图2所示为结构化的基板3的燃烧室2部分的横断面。在靠近燃料入口4之处，基板材料部分9呈柱状从基板3的底部13延伸。基板材料部分9具有至少局部多孔的表面结构，可使用某种电解质，通过电化学反应来形成微孔。可以通过选择电解质浓度和/或电流密度或基板材料的电阻率的方式来调整孔隙度，且后者可以通过给基板材料或基板材料部分掺杂的方式来确定。可以在基板3的背面施加一层仅在第一基板材料部分9的区域内开口的电绝缘钝化层。这样就可限制通过背面的通流朝向该开口流动，从而在电化学反应过程中并不使得整个正面，而是使得第一基板材料部分9的区域，也就是使得柱状体具有多孔的表面结构。
基板材料部分9相隔常规的间距布置，且通过附图标记14来标志相应的柱状体间距。在催化器7中将从燃料入口4送入的燃料(例如肼N2H4)分解。燃料的分解质量取决于催化器7的温度。因为催化器上的温度太低，会导致催化器7的性能迅速降低，因此催化器7与一个电阻加热装置相对应，通过电阻加热装置将催化器7加热到必要的最低允许工作温度。为了实现这一目的，可以如下列实施例所述，通过基板材料部分9本身来传导电流，从而通过基板材料部分9来构成电阻加热装置。也可以通过施加在基板材料部分9上的催化材料层(例如铂)来构成电阻加热装置。在这种情况下，可以根据基板材料部分的导电能力，有利地在基板材料部分9和催化材料之间构成一个绝缘层。
在燃烧室2中还有正常相隔的基板材料部分12，且使用附图标记15来标志柱状体间距。此时基板材料部分12的柱状体间距15大于第一基板材料部分9的柱状体间距14。根据前面所述，同样也通过基板材料部分12来传导电流，从而构成第二电阻加热装置。这样就可形成布置于催化器7和附图2中并未绘出的排气口之间的气体再加热装置10。这样就可提高微型驱动装置1的效率。在气体进入推进喷嘴之前对气体进行再加热。此时在燃烧室2内部构成第二电阻加热装置。另一个优点在于，可以提高功率。
为了获得封闭的燃烧室容积空间，可将覆盖层16施加在附图2所示的基板上，如附图4所示，且最好将用于第一和第二电阻装置8和11的电连接的元件置于覆盖层16上。附图4所示为燃料供应方向(附图标记A)以及气体流出方向(附图标记B)。
附图3为半个微型驱动装置的俯视图，且燃烧室中仅有由基板材料部分9所构成的催化器7以及喷射元件39。基板材料部分9与喷射元件39大致成45度角。相应基板材料部分9之间的柱状体间距14小于相应基板材料部分横断面的侧面长度。从左向右的虚线表示镜像轴。微型驱动装置延伸到绘图平面之中的距离大约为60～300微米。通过收缩段构成排气口5。在附图3所示的实施例中，推进喷嘴6还具有一个加热装置29，例如可以通过布置于推进喷嘴内部的弯曲金属来构成加热装置。微型驱动装置的总长度用L推进器表示。
附图5和6所示为覆盖层16的一种特别有益的实施例。该实施例中的覆盖层16为SOI晶片，包括硅层17、SiO2层18以及另一个硅层19。通过微系统技术领域的已知工艺对SOI晶片进行结构化处理，方法是从外侧将外侧凹口20、21，从内侧将内侧凹口22、23、24施加到其中。外侧凹口20、21穿过硅层17和SiO2层18，而内侧凹口22、23、24仅穿过硅层19。
在附图7中，附图6所示的结构化SOI晶片被置于附图2所示的基板上。外侧凹口20的底部配置有用于催化器7的电连接25。以相应的方式给外侧凹口21的底部配置用于气体再加热装置的电连接26。覆盖层16经过结构化处理，因此可以独立连接加热第一和第二电阻加热装置8、11。
通过微机械领域常用的方法(例如硅-硅直接结合)，使覆盖层16与结构化基板3结合。如果由于基板材料部分9或12的横断面太小，无法通过硅-硅直接结合来实现可靠的通流，则可以使用替代结合工艺，例如共晶结合。也可以通过玻璃焊料、陶瓷粘结剂或者通过钎焊(例如活性钎焊)进行结合。
附图8所示为另一种实施型式的覆盖层，其上有弯曲的导体结构27、28，其布置于覆盖层16的侧面上，使得在覆盖层16与结构化基板3以机械方式结合之后，这些导体结构就处在燃烧室2的内部，且导体结构27和基板材料部分9相遇，而导体结构28则和基板材料部分12相遇。附图9～12所示为对燃烧室2内部的导体结构27、28、29进行连接的简单方法，不会妨碍覆盖层16与结构化基板3的结合，但仍然能够保证燃烧室2的密封性。
附图9所示为从内侧观察的覆盖层16，其中有几个微米深的凹槽，例如可以采用蚀刻法形成凹槽。由此形成位于装配平面33内，且将功能区31(蚀刻出的凹槽)围住的的边缘部分30。此外，还有一个对应于功能区31，且将功能区31与周围相连的引线部分32。边缘部分30构成所谓的结合框，即该平面与结构化晶片相连，它与其相连。首先在功能区31中施加绝缘层35。将构成导体结构27和/或者28的金属化层36施加在该绝缘层上。最后将钝化层37施加在金属化层36或者绝缘层35上。在附图10所示的横断面图上可以更好地看清层状结构34上的凹槽以及构造。
由于在覆盖层16与基板3结合之后，燃烧室可能会出现泄漏(参见附图11中的间隙或沟槽38)，必须使用一种钝化材料填充间隙或沟槽38。可在结合覆盖层16与基板3之前进行填充。填充好间隙38之后(在引线部分32的区域内)，磨掉钝化材料，然后进行抛光，以便获得平整的装配面33，从而在覆盖层16与基板3之间实现可靠的结合。
一种替代方法是：使得在引线部分32区域内的基板具有一个凹口41，将覆盖层16与结构化基板3相互连结，然后利用一种密封材料(例如玻璃焊料或者陶瓷粘结剂)将凹口41封闭，如附图12a～12c所示，之前所述的功能性组成部分在基板3中并未绘出。

Claims (33)

1.微型驱动装置(1)，尤其是用作调姿驱动装置的微型驱动装置，它具有
-由基板(3)所构成的燃烧室(2)，基板尤其是由导电材料/物质构成，且燃烧室(2)包括燃料入口以及排气口，排气口通向紧邻燃烧室(2)的推进喷嘴，
-布置于燃烧室(2)中的第一电阻加热装置，
其特征在于
第一电阻加热装置(8)与用来对加入到燃烧室(2)中的燃料进行分解的催化器(7)相对应，可通过第一电阻加热装置(8)将第一基板材料部分(9)加热到规定温度，或加热到规定的温度范围，且第一基板材料部分可选择地由基板材料构成，并且构成催化器(7)。
2.根据权利要求1所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，第一电阻加热装置(8)由催化器(7)的第一基板材料部分(9)构成。
3.根据权利要求1或2所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，第一基板材料部分(9)至少局部涂有催化材料，且第一电阻加热装置(8)由催化剂层构成。
4.根据权利要求3所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，在催化剂层和第一基板材料部分(9)之间至少局部有绝缘层。
5.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，燃烧室(2)中的第一基板材料部分(9)具有至少局部多孔的表面结构。
6.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，第二电阻加热装置(11)在催化器(7)和排气口(5)之间布置于燃烧室(2)内部，用于对离开催化器(7)的气体进行加热。
7.根据权利要求6所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，第二电阻加热装置(11)由第二基板材料部分(12)构成，且其可选地用基板材料来构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，通过机械或者化学处理方法，用燃烧室(2)的基板材料来形成第一和/或者第二基板材料部分(9，12)，从而产生燃烧室(2)的底部，第一和/或者第二基板材料部分(9，12)从燃烧室(2)的底部分别呈柱状伸入到燃烧室容积空间的内部。
9.根据权利要求8所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，第一基板材料部分(9)的第一柱状体间距(14)不同于，尤其是小于第二基板材料部分(12)的第二柱状体间距(15)。
10.根据权利要求8或9所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，燃烧室容积空间被燃烧室(2)的覆盖层(16)所限定，且覆盖层紧邻第一和/或者第二基板材料部分(9，12)。
11.根据权利要求10所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，覆盖层(16)由结构化SOI晶片构成，且通过覆盖层(16)实现第一和/或者第二电阻加热装置(11)的电连接。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，覆盖层(16)具有至少局部位于装配平面(33)上的环绕的边缘部分(30)，利用装配平面将覆盖层(16)与基板(3)结合，并且具有被边缘部分(30)所环绕的，且相对于装配平面(33)后移的功能区(31)，在功能区(31)中有由绝缘层(35)、金属化层(36)以及钝化层(37)所构成的层状结构(34)，且该层状结构(34)并不突出于装配平面(33)之外。
13.根据权利要求12所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，在环绕的边缘部分(30)中有一个引线部分，该引线部分是功能区(31)的一部分，通过钝化材料或者填充膏将钝化层和装配平面(33)之间的间隙填满。
14.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，通过金属构成的波纹状导体结构(27，28)来形成第一电阻加热装置(8)和/或者第二电阻加热装置(11)，波纹状导体结构尤其是布置于覆盖层(16)上。
15.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，具有用于对第一电阻加热装置的第一电阻进行检测的第一装置，以及/或者对第二电阻加热装置(11)的第二电阻进行检测的第二装置，同时可以将第一电阻和/或者第二电阻提供给第三装置，第三装置用来检测由第一电阻检测的第一温度以及由第二电阻检测第二温度。
16.根据权利要求15所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，附加地在燃烧室(2)外部安装温度传感器，并且将其与第三装置相连，以补偿第一和第二电阻的电阻漂移。
17.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，具有第三加热装置(29)，尤其是电阻加热装置，其对应于推进喷嘴。
18.根据权利要求17以及权利要求10～13中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，通过金属或者导电材料构成的波纹状导体结构，在覆盖层(16)上形成第三加热装置(29)。
19.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，基板(3)由硅或者碳化硅(SiC)构成。
20.根据权利要求1～18中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，基板(3)由蓝宝石构成。
21.根据上述权利要求中任一项所述的微型驱动装置(1)，其特征在于，所述驱动装置是一种单组元肼驱动装置。
22.一种小型驱动装置，其特征在于，具有若干微型驱动装置(1)，且这些微型驱动装置按照上述权利要求中任一项制成。
23.根据权利要求22所述的小型驱动装置，其特征在于，若干微型驱动装置(1)布置于阵列之中。
24.一种用于制造微型驱动装置(1)的方法，所述微型驱动装置具有燃烧室(2)，且燃烧室包括燃料入口(4)、通向紧邻燃烧室(2)的推进喷嘴的排气口(5)以及布置于燃烧室(2)之中且对应于催化器(7)的第一电阻加热装置，制造步骤如下：
-准备基板(3)，尤其是硅、碳化硅或蓝宝石；
-通过机械、物理或者化学处理工序，用基板(3)产生第一和/或者第二基板材料部分(12)，使得产生燃烧室(2)的底部，第一和/或者第二基板材料部分(12)分别以柱状构造从燃烧室(2)底部伸入到燃烧室(2)容积空间之中；
-将催化材料至少局部施涂在第一基板材料部分(9)上；
-准备具有金属结构的结构化覆盖层(16)，尤其是SOI基板(3)形式的覆盖层；
-将覆盖层(16)置于结构化基板(3)上并且使之结合，从而通过燃烧室(2)的覆盖层(16)限定燃烧室容积空间，并且金属结构接近第一和/或者第二基板材料部分(9，12)。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在施涂催化材料之前，利用规定浓度的电解质对第一基板材料部分(9)进行处理或者涂覆，使其至少具有局部的多孔表面结构。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，在第一基板材料部分(9)和催化材料之间施加绝缘层。
27.根据权利要求24～26中任一项所述的方法，其特征在于，通过金属结构对第一和/或者第二基板材料部分(12)，或者对第一基板材料部分(9)上的催化材料进行电连接。
28.根据权利要求24～27中任一项所述的方法，其特征在于，采用直接结合、共晶结合、玻璃焊料、陶瓷粘结剂或者钎焊方法，使得覆盖层(16)与基板(3)结合。
29.根据权利要求24～28中任一项所述的方法，其特征在于，采用刻蚀工艺在覆盖层(16)中形成至少局部位于装配平面(33)中的环绕的边缘部分(30)，利用装配平面使覆盖层(16)与基板(3)结合，产生被边缘部分(30)所环绕的，并且相对于装配平面(33)后移的功能区(31)。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，在功能区(31)中形成由绝缘层、金属化层和钝化层所构成的层状结构(34)，使得层状结构(34)并不突出于装配平面(33)之外。
31.根据权利要求29和30所述的方法，其特征在于，采用刻蚀工艺在环绕的边缘部分(30)中形成引线部分，该引线部分是功能区的一部分，通过钝化材料将钝化层和装配层(33)之间的间隙填满。
32.根据权利要求29和30所述的方法，其特征在于，在覆盖层(16)与基板(3)结合过程之后，利用填充膏对引线部分进行填充，在引线部分的区域内通过覆盖层(16)或者基板(3)中的孔加入填充膏。
33.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，在基板(3)的背面施加仅在第一基板材料部分(9)的区域内开口的电绝缘钝化层。
CN2008100856505A 2007-02-05 2008-02-05 微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法 Expired - Fee Related CN101285433B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710006444 DE102007006444B4 (de) 2007-02-05 2007-02-05 Mikrotriebwerk, insbesondere zur Verwendung als Lageregelungstriebwerk, Kleintriebwerk sowie Verfahren zum Herstellen eines Mikrotriebwerks
DE102007006444.8 2007-02-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101285433A true CN101285433A (zh) 2008-10-15
CN101285433B CN101285433B (zh) 2012-07-04

Family

ID=39587379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008100856505A Expired - Fee Related CN101285433B (zh) 2007-02-05 2008-02-05 微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8407980B2 (zh)
CN (1) CN101285433B (zh)
DE (1) DE102007006444B4 (zh)
FR (1) FR2912471B1 (zh)
RU (1) RU2454560C2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106837605A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 北京航空航天大学 一种过氧化氢推进器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7690187B2 (en) * 2006-09-26 2010-04-06 The Aerospace Corporation Modular micropropulsion device and system
US8613188B2 (en) * 2008-05-14 2013-12-24 Purdue Research Foundation Method of enhancing microthruster performance
WO2011096899A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 Giulio Manzoni A micro-nozzle thruster
FR2986213B1 (fr) * 2012-02-01 2014-10-10 Snecma Engin spatial a propulsion electrique et chimique a propergol solide
US9488100B2 (en) * 2012-03-22 2016-11-08 Saudi Arabian Oil Company Apparatus and method for oxy-combustion of fuels in internal combustion engines
RU2594941C1 (ru) * 2015-04-09 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Электротермический микродвигатель
US10378521B1 (en) 2016-05-16 2019-08-13 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Solid electrolyte-based microthrusters
WO2018127899A2 (en) * 2018-04-13 2018-07-12 Ingeniería Aplicada, S.A. Liquid thrust engine milled in layers

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3328960A (en) * 1965-08-16 1967-07-04 Thomas W Martin Ion propulsion system employing lifecycle wastes as a source of ionizable gas
US3603093A (en) * 1970-03-06 1971-09-07 Nasa Heated porous plug microthrustor
US4608821A (en) * 1984-07-31 1986-09-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Heat exchanger for electrothermal devices
US5780157A (en) * 1994-06-06 1998-07-14 Ultramet Composite structure
RU2125176C1 (ru) * 1995-12-13 1999-01-20 Опытное конструкторское бюро "Факел" Ракетный двигатель на сжатом газе
RU2118685C1 (ru) * 1996-01-25 1998-09-10 Опытное конструкторское бюро "Факел" Однокомпонентный жидкостный ракетный двигатель
US6263665B1 (en) * 1998-06-05 2001-07-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Microthruster for heating a propellant, driving the vapors produced to a discharge section
US6272846B1 (en) * 1999-04-14 2001-08-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Reduced toxicity fuel satellite propulsion system
US6516604B2 (en) * 2000-03-27 2003-02-11 California Institute Of Technology Micro-colloid thruster system
RU2186237C2 (ru) * 2000-05-15 2002-07-27 Конструкторское бюро "Полет" ГУДП ГП Производственное объединение "Полет" Способ создания реактивной тяги электротермическим микродвигателем и микродвигатель для его осуществления
DE10118005B4 (de) * 2001-04-10 2005-11-10 Schwesinger, Norbert, Prof.Dr.-Ing. Mikrotriebwerk
KR100837393B1 (ko) * 2002-01-22 2008-06-12 삼성에스디아이 주식회사 탄소와 친화도가 높은 금속을 전극으로 구비하는 전자소자
US6786716B1 (en) * 2002-02-19 2004-09-07 Sandia Corporation Microcombustor
US6931832B2 (en) * 2003-05-13 2005-08-23 United Technologies Corporation Monopropellant combustion system
CN1204019C (zh) * 2003-07-25 2005-06-01 清华大学 微小型一体结构冷气推进器
KR100649549B1 (ko) * 2005-10-24 2006-11-27 한국과학기술원 마이크로 비드층 반응기를 갖는 초소형 단일추진제 추력기및 그 생산방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106837605A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 北京航空航天大学 一种过氧化氢推进器

Also Published As

Publication number Publication date
US8407980B2 (en) 2013-04-02
RU2008103481A (ru) 2009-08-10
DE102007006444A1 (de) 2008-08-07
US20090120056A1 (en) 2009-05-14
FR2912471B1 (fr) 2017-04-14
RU2454560C2 (ru) 2012-06-27
DE102007006444B4 (de) 2015-05-13
FR2912471A1 (fr) 2008-08-15
CN101285433B (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101285433B (zh) 微型驱动装置、小型驱动装置及制造微型驱动装置的方法
US6939632B2 (en) Thermally efficient micromachined device
Dücsö et al. Porous silicon bulk micromachining for thermally isolated membrane formation
Yoshida et al. High-energy density miniature thermoelectric generator using catalytic combustion
US8329110B2 (en) Electrically-heated catalyst
FR2873809A1 (fr) Dispositif micromecanique a chauffage integre
KR20110075045A (ko) 에너지 변환장치 및 방법
WO2005050142A2 (en) Liquid flow sensor thermal interface methods and systems
US9423377B2 (en) Device for detecting at least one gaseous analyte and method for the production thereof
CN105283973A (zh) 热电模块
US6451187B1 (en) Air/fuel ratio sensor
US20020088840A1 (en) Heated filling device
JP2021176192A (ja) 流路構造体および半導体製造装置
JP6453070B2 (ja) ドライ真空ポンプ、およびドライ真空ポンプの製造方法
JP2008082768A (ja) 熱式流量センサ
US6797224B2 (en) Heated filling method
DE102011007395A1 (de) Thermoelektrisches Modul zum Erzeugen elektrischer Energie
US11137364B2 (en) Thermally insulated microsystem
JP2004296961A (ja) 熱電素子とその製造方法
KR100914938B1 (ko) 마이크로 가열 장치, 마이크로 가열 장치 제조 방법 및그를 이용한 환경 센서
WO2020067128A1 (ja) セラミック構造体及びウェハ用システム
CN107003276A (zh) 用于排气传感器的陶瓷传感器元件
US20170301849A1 (en) Thermoelectric module
JP2002185050A (ja) 熱電変換素子
JP2019211395A (ja) 接触燃焼式ガスセンサ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120704

Termination date: 20190205