CN107497962B - 一种x型点阵与平板翅片复合芯体三明治板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板及其制备方法。三明治板由X型点阵、平板翅片和面板构成，通过将金属X型点阵堵塞率较大的方向与平板翅片结合，将X型点阵分隔为多个独立的冷却通道，相对于单纯的X型点阵，具有较好的方向传热性能；本发明X型点阵还可引起独特的螺旋主流和二次流，可显著强化新引入平板翅片表面的传热。此外，通过引入平板翅片，进一步强化了对X型点阵中交叉节点的约束，点阵结构的压缩强度和刚度可得到进一步提升。本发明可较好地改善X型点阵芯体三明治板在实际使用过程中存在的流量分配不均问题，并可进一步改善X型点阵芯体三明治板的力学承载和对流散热性能。
Description
技术领域
本发明属热防护结构技术领域，具体涉及一种兼具承载和对流散热双重功能的金属X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板及其制备方法。
背景技术
开孔金属点阵是一类具有高孔隙率、高比强度及比刚度、高比表面积与高效对流散热等特点的新颖多功能材料。以其为芯体的轻质三明治板兼具力学承载和对流散热双重功能，特别适用于航空母舰燃气偏流板与火箭发动机燃烧室等军工装备的热管理、军用高强度轻质紧凑式交叉流换热器等应用场合。
尽管可以根据力学、传热学等学科的原理对金属点阵的拓扑构型进行灵活多变的设计，然而每一种特定构型的点阵都需要相应的方法来制备。发展至今，主要的制备方法包括熔模铸造、金属丝编织及金属板冲压或折叠，这些方法实施的难易程度相差很大。
对于熔模铸造法，首先需要通过快速成型技术将蜡及塑料等易熔材料制备成与目标点阵相同的牺牲模型；随后在该模型表面涂覆耐火材料并使其硬化，从而获得满足一定强度要求的型壳，根据实际需要，可以直接将型壳作为铸模，也可在型壳周围填充干沙等制成铸模；当熔融的金属通过浇注口进入铸模时，由易熔材料制成的牺牲模型逐步熔化并通过铸模上预留的出口流出，之后通过脱模清理制备出金属点阵。该方法可以用来制备具有各种拓扑构型的金属点阵，因而通用性强。但是，这种方法要求熔融金属具有很好的流动性，因而只适用于具有高流动性的有色铸造合金，这极大的限制了金属点阵的选材；除了制备工艺复杂、易产生缺陷外，由于三维金属点阵结构的复杂性，每制备一块儿金属点阵材料，就需要重新制备一个铸模，因而制备成本高、经济性差。根据公开发表的文献，目前通过该方法制备的金属点阵主要包括四面体点阵、金字塔点阵及Kagome点阵等。
对于金属丝编织法，首先需要根据目标点阵的拓扑构型将韧性良好的金属丝弯折为特定的形状(比如螺旋状)；其次，将金属丝从不同的方向按照一定的规律嵌入专用的支架中，从而制备出具有一定孔形的单层金属丝网；最后，可以将金属丝网堆叠并焊接，从而制备出具有菱形孔或者其他孔形的编织点阵，也可以通过金属丝将一定间距的多层金属丝网连接并在金属丝接触点处涂覆焊剂进行钎焊，最终制备出编织Kagome点阵和WBD点阵等。由此可见，该方法制备流程繁复，而且编织目前仍需要大量的人工参与，制造成本高；对于通过该方法制备的整块点阵材料，其轮廓面的平整度一般较差，因而需要经过后续切割处理才能保证芯体与面板的良好接触，从而保证焊接质量，这进一步增加了制备成本。
对于金属板冲压或折叠法，首先需要根据目标点阵的拓扑构型制备具有一定孔形的金属板，之后通过相应的模具对金属板进行冲压或折叠从而制备出金属点阵。与上述熔模铸造法和金属丝编织法相比，该方法具有简便易行、易于通过批量生产流水线实现及制备成本低等优点。根据公开发表的文献，目前采用该方法制备的金属点阵主要包括四面体点阵、金字塔点阵及X型点阵等。当制备四面体点阵时，目前相关文献采用冲孔加工制备出具有六边形孔的金属板，在冲孔过程中，与六边形孔对应的金属材料全部变为废料，因而材料浪费严重。对于金字塔点阵，文献“Kooistra GW,Wadley HNG.Lattice trussstructures from expanded metal sheet[J].Materials&Design,2007,28(2):507-514.”通过剪板和平整工艺成功制备出了具有菱形孔的金属板，并采用该金属板成功制备出了金字塔点阵，该方法对材料的利用率接近100％，因而经济性好。采用上述用来制备金字塔点阵的金属板和模具，张钱城等“张钱城，韩云杰，陈常青等.X型超轻点阵结构芯体(I)：概念的提出、材料制备及实验[J].中国科学E辑，2009，6：1039-1046.”仅仅通过冲压位置的改变成功制备出了X型点阵。
综上所述，与熔模铸造法和金属丝编织法相比，金属板冲压或折叠法的经济性更好，而且该方法易于通过批量生产流水线实现。在用该方法制备的几种金属点阵中，金字塔点阵和X型点阵的经济性最优，而且两者的制备成本完全相同。值得指出的是，实验和理论研究表明，当材料和孔隙率相同时，X型点阵的压缩和剪切强度比金字塔点阵的的压缩和剪切强度高30％，因而X型点阵的力学性能更好；在相同孔隙率条件下，若给定雷诺数或泵功，X型点阵的单相对流散热性能显著优于作为参考的四面体和Kagome点阵，且其中独特的螺旋主流及二次流是其散热性能优越的主要原因；此外，通过改变母体金属板及冲压或折叠模具的几何参数，可对X型点阵进行灵活多变的设计。因此，与其他点阵相比，X型点阵具有制备方法简单、量产成本低、力学与散热性能优越以及设计灵活可控等生产、结构及性能方面的优势。
由于X型金属点阵的孔隙在各个方向都是连通的，当以其为芯体的三明治板被用于同时需要承载和对流散热的场合时，流体换热工质入口管道截面积一般远小于三明治板入口截面积，这会致使流体在三明治板内的分配不均，不利于利用芯体在特定方向传热较好的特性，最终对三明治板的总体散热性能造成不利影响；此外，进一步改善点阵的力学和散热性能对于工程应用大有裨益。
发明内容
为了改善X型点阵芯体三明治板在实际使用过程中存在的流量分配不均问题，并进一步改善X型点阵芯体三明治板的力学承载和对流散热性能，本发明提供了一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板及其制备方法。
一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板，其特征在于：由整体宽交叉节点X型点阵1、分离式平板翅片2与面板3组成，各部分通过钎焊连为一体；其中，整体宽交叉节点X型点阵1的交叉节点处设有用于安装分离式平板翅片2的等截面段，每块分离式平板翅片2由上下两块相同的子平板翅片拼接而成，平板翅片的厚度与整体宽交叉节点X型点阵1交叉节点等截面段的宽度相同，子平板翅片上分布有与整体宽交叉节点X型点阵1交叉节点等截面段的尺寸、位置相对应的缺口；
一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板，其特征在于：所述的整体宽交叉节点X型点阵1替换为分离式X型点阵4，所述的分离式平板翅片2替换为整体平板翅片5；其中，整体平板翅片5用于分隔分离式X型点阵4，分离式X型点阵4由半列X型点阵单元胞构成，分离式X型点阵4对应母体为交叉节点处没有等截面段的整体窄交叉节点X型点阵6。
所述的面板和X型点阵的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金或镍合金，对应板厚度为0.2～10mm；所述的平板翅片的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金或铜合金，对应板厚为0.2～10mm；不同部分的材质可以不同，以有效平衡三明治板的热学与力学性能。
本发明还提供涉及上述X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板的制备方法。
第一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对具有菱形孔的不锈钢板、铝板或钛合金板冲孔网进行平整处理，采用模压或者折叠技术形成整体宽交叉节点X型点阵1；
步骤2：采用冲孔成型法制备分离式平板翅片2；
步骤3：采用清洗剂清洗X型点阵和平板翅片，以去除油污和锈迹，在50℃的烘箱中烘干后进行组装；
步骤4：采用清洗剂清洗面板3并在50℃的烘箱中烘干，然后将其结合到步骤3组装后的装配体的上下两侧，得到三明治板的装配体；
步骤5：将含有体积分数为3％～5％粘结剂的焊剂浆料涂覆于三明治板装配体各部件之间的接触处，待焊剂固结烘干后，将其放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
步骤6：将真空钎焊炉内真空度抽到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到300℃～400℃时，保温30～60min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，根据焊剂及三明治板材质进一步升温至550℃～1000℃，保温30～60min，以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
步骤7：随真空钎焊炉冷却至室温完成三明治板的制备。
第二种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对具有菱形孔的不锈钢板、铝板或钛合金板冲孔网进行平整处理，采用模压或者折叠技术形成整体窄交叉节点X型点阵6；
步骤2：采用线切割方法将整体窄交叉节点X型点阵6切割为分离式X型点阵4；
步骤3：采用清洗剂清洗X型点阵和平板翅片，以去除油污和锈迹，在50℃的烘箱中烘干后进行组装；
步骤4：采用清洗剂清洗面板3并在50℃的烘箱中烘干，然后将其结合到步骤3组装后的装配体的上下两侧，得到三明治板的装配体；
步骤5：将含有体积分数为3％～5％粘结剂的焊剂浆料涂覆于三明治板装配体各部件之间的接触处，待焊剂固结烘干后，将其放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
步骤6：将真空钎焊炉内真空度抽到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到300℃～400℃时，保温30～60min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，根据焊剂及三明治板材质进一步升温至550℃～1000℃，保温30～60min，以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
步骤7：随真空钎焊炉冷却至室温完成三明治板的制备。
本发明的有益效果是：通过将金属X型点阵堵塞率较大的方向与平板翅片结合，将X型点阵分隔为多个独立的冷却通道，相对于单纯的X型点阵，流体由集流管流入三明治板后可较好的分配到各个冷却通道内，具有较好的方向传热性能；此外，本发明X型点阵可引起独特的螺旋主流和二次流，可显著强化新引入平板翅片表面的传热；最后，引入平板翅片后，进一步强化了对X型点阵中交叉节点的约束，点阵结构的压缩强度和刚度可得到进一步提升。
附图说明
图1是整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板示意图
图2是分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板示意图
图3是整体宽交叉节点X型点阵示意图
图4是分离式平板翅片示意图
图5是整体X型点阵与分离式平板翅片的组合方式示意图
图6是整体X型点阵、分离式平板翅片与面板的组合方式示意图
图7是整体窄交叉节点X型点阵示意图
图8是分离式X型点阵示意图
图9是分离式X型点阵与整体平板翅片的组合方式示意图
图10是分离式X型点阵、整体平板翅片与面板的组合方式示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
一种如图1所示的整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板，由整体宽交叉节点X型点阵1、分离式平板翅片2与面板3组成，各部分通过钎焊连为一体。其中，整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2构成三明治板的芯体，整体宽交叉节点X型点阵1的交叉节点处设有用于安装分离式平板翅片2的等截面段，每块分离式平板翅片2由上下两块相同的子平板翅片拼接而成，平板翅片的厚度与整体宽交叉节点X型点阵1交叉节点等截面段的宽度相同，子平板翅片上分布有与整体宽交叉节点X型点阵1交叉节点等截面段的尺寸、位置相对应的缺口；
一种如图2所示的分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板，由分离式X型点阵4、整体平板翅片5和面板3组成，各部分同样通过钎焊连为一体。其中，分离式X型点阵4和整体平板翅片5构成三明治板的芯体，整体平板翅片5用于分隔分离式X型点阵4，分离式X型点阵4由半列X型点阵单元胞构成，分离式X型点阵4对应母体为交叉节点处没有等截面段的整体窄交叉节点X型点阵6。
本发明三明治板的面板和X型点阵的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金或镍合金，对应板厚度为0.2～10mm；平板翅片的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金或铜合金，对应板厚为0.2～10mm；不同部分的材质可以不同，以有效平衡三明治板的热学与力学性能。
实施例1：面板3、整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2为304不锈钢材质的整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的304不锈钢板进行冲孔加工，制备出与如图3所示整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
2)采用与整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图3所示的整体宽交叉节点X型点阵1，该点阵交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
3)采用冲孔模具对厚度为1mm的304不锈钢板进行冲孔加工，制备出如图4所示的分离式平板翅片2，其厚度为1mm；
4)采用金属清洗剂对所制备的整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将分离式平板翅片2与整体宽交叉节点X型点阵1按照图5装配固定，即将分离式平板翅片2的上下两块子平板翅片插入整体宽交叉节点X型点阵1的交叉节点处，分离式平板翅片2的上下两块子平板翅片的缺口分别与整体宽交叉节点X型点阵1交叉节点处的等截面段相对应；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚304不锈钢面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图5所示的装配体配合，即将面板3分别置于如图5所示装配体的上下两侧，形成图6所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Ni-25.0Cr-10.0P)、水和粘结剂混合成一定粘度浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；待焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到950℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)最后随炉冷却至室温完成整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备。
实施例2：面板3、整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2为铝材质的整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的1060系铝板进行冲孔加工，制备出与如图3所示整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
2)采用与整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图3所示的整体宽交叉节点X型点阵1，该点阵交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
3)采用冲孔模具对厚度为1mm的1060系铝板进行冲孔加工，制备出如图4所示的分离式平板翅片2，其厚度为1mm；
4)采用金属清洗剂对所制备的整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将分离式平板翅片2与整体宽交叉节点X型点阵1按照图5装配固定；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图5所示的装配体配合，形成图6所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Al-Si-Cu-Zn)、水和粘结剂混合成一定粘度的浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；待焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到600℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)最后随炉冷却至室温完成整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备。
实施例3：面板3、整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2为钛合金材质的整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的TC4钛合金板进行冲孔加工，制备出与如图3所示整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
2)采用与整体宽交叉节点X型点阵1对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图3所示的整体宽交叉节点X型点阵1，该点阵交叉节点处具有宽度为1mm的等截面段；
3)采用冲孔模具对厚度为1mm的TC4钛合金板进行冲孔加工，制备出如图4所示的分离式平板翅片2，翅片2的厚度为1mm；
4)采用金属清洗剂对所制备的整体宽交叉节点X型点阵1和分离式平板翅片2进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将分离式平板翅片2与整体宽交叉节点X型点阵1按照图5装配固定；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图5所示的装配体配合，形成图6所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni)、水和粘结剂混合成一定粘度浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；待焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到920℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)最后随炉冷却至室温完成整体X型点阵与分离式平板翅片复合芯体三明治板的制备。
实施例4：面板3、分离式X型点阵4和整体平板翅片5为304不锈钢材质的分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的304不锈钢板进行冲压加工，制备出与如图7所示整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处无等截面段；
2)采用与整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6，点阵6交叉节点处不具有等截面段；
3)采用线切割对如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6进行切割，制备出如图8所示的由半列X型点阵单元胞构成的分离式X型点阵4；
4)采用金属清洗剂对所制备的分离式X型点阵4和整体平板翅片5进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将整体平板翅片5与分离式X型点阵4按照图9装配固定，即将整体平板翅片5插入分离式X型点阵4，用以分隔分离式X型点阵4；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图9所示的装配体配合，即将面板3分别置于如图9所示装配体的上下两侧，形成如图10所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Ni-25.0Cr-10.0P)、水和粘结剂混合成一定粘度的浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；带焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到980℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)最后随炉冷却至室温完成分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备。
实施例5：面板3、分离式X型点阵4和整体平板翅片5为铝材质的分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的1060系铝板进行冲压加工，制备出与如图7所示整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处无等截面段；
2)采用与整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6，点阵6交叉节点处不具有等截面段；
3)采用线切割对如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6进行切割，制备出如图8所示的由半列X型点阵单元胞构成的分离式X型点阵芯体4；
4)采用金属清洗剂对所制备的分离式X型点阵4和整体平板翅片5进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将整体平板翅片5与分离式X型点阵4按照图9装配固定；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图9所示的装配体配合，形成如图10所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Al-Si-Cu-Zn)、水和粘结剂混合成一定粘度的浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；带焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到600℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)关闭加热器，随炉冷却至室温完成分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备。
实施例6：面板3、分离式X型点阵4和整体平板翅片5为钛合金材质的分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备方法
1)通过对厚度为1mm的TC4钛合金板进行冲压加工，制备出与如图7所示整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲孔网，该冲孔网具有菱形孔，冲孔网交叉节点处无等截面段；
2)采用与整体窄交叉节点X型点阵6对应的目标冲压模具对上述冲孔网进行冲压加工，制备出如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6，点阵6交叉节点处不具有等截面段；
3)采用线切割对如图7所示的整体窄交叉节点X型点阵6进行切割，制备出如图8所示的由半列X型点阵单元胞构成的分离式X型点阵芯体4；
4)采用金属清洗剂对所制备的分离式X型点阵4和整体平板翅片5进行清洗，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，随后将整体平板翅片5与分离式X型点阵4按照图9装配固定；
5)采用金属清洗剂清洗3mm厚面板3，去除油污及锈迹，将其放入烘箱中，在50℃环境中烘干，并将其与图9所示的装配体配合，形成如图10所示的装配体；
6)将粉末状焊料(成分为Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni)、水和粘结剂混合成一定粘度浆料，三种成分的体积分数分别为65％、30％和5％，将其涂覆于各部分之间的接触处；带焊剂固结后，将上述装配体放入真空钎焊炉，保证面板3水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
7)将炉内抽真空到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到350℃时，保温50min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，进一步升温到920℃，保温50min以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
8)最后随炉冷却至室温完成分离式X型点阵与整体平板翅片复合芯体三明治板的制备。
Claims (4)
1.一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板，其特征在于：由整体宽交叉节点X型点阵(1)、分离式平板翅片(2)与面板(3)组成，各部分通过钎焊连为一体；其中，整体宽交叉节点X型点阵(1)的交叉节点处设有用于安装分离式平板翅片(2)的等截面段，每块分离式平板翅片(2)由上下两块相同的子平板翅片拼接而成，平板翅片的厚度与整体宽交叉节点X型点阵(1)交叉节点等截面段的宽度相同，子平板翅片上分布有与整体宽交叉节点X型点阵(1)交叉节点等截面段的尺寸、位置相对应的缺口；
所述的面板和X型点阵的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金或镍合金，对应板厚度为0.2～10mm；所述的平板翅片的材质为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金或铜合金，对应板厚为0.2～10mm；不同部分的材质可以不同，以有效平衡三明治板的热学与力学性能。
2.如权利要求1所述的一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板，其特征在于：所述的整体宽交叉节点X型点阵(1)替换为分离式X型点阵(4)，所述的分离式平板翅片(2)替换为整体平板翅片(5)；其中，整体平板翅片(5)用于分隔分离式X型点阵(4)，分离式X型点阵(4)由半列X型点阵单元胞构成，分离式X型点阵(4)对应母体为交叉节点处没有等截面段的整体窄交叉节点X型点阵(6)。
3.如权利要求1所述的一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对具有菱形孔的不锈钢板、铝板或钛合金板冲孔网进行平整处理，采用模压或者折叠技术形成整体宽交叉节点X型点阵(1)；
步骤2：采用冲孔成型法制备分离式平板翅片(2)；
步骤3：采用清洗剂清洗X型点阵和平板翅片，以去除油污和锈迹，在50℃的烘箱中烘干后进行组装；
步骤4：采用清洗剂清洗面板(3)并在50℃的烘箱中烘干，然后将其结合到步骤3组装后的装配体的上下两侧，得到三明治板的装配体；
步骤5：将含有体积分数为3％～5％粘结剂的焊剂浆料涂覆于三明治板装配体各部件之间的接触处，待焊剂固结烘干后，将其放入真空钎焊炉，保证面板(3)水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
步骤6：将真空钎焊炉内真空度抽到10-2Pa以上，开始均匀升温加热，当炉内温度达到300℃～400℃时，保温30～60min，以充分挥发掉焊剂中的粘结剂，根据焊剂及三明治板材质进一步升温至550℃～1000℃，保温30～60min，以使焊剂充分熔化并实现面板与由X型点阵和平板翅片组成的芯体粘连；
步骤7：随真空钎焊炉冷却至室温完成三明治板的制备。
4.如权利要求2所述的一种X型点阵与平板翅片复合芯体三明治板的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对具有菱形孔的不锈钢板、铝板或钛合金板冲孔网进行平整处理，采用模压或者折叠技术形成整体窄交叉节点X型点阵(6)；
步骤2：采用线切割方法将整体窄交叉节点X型点阵(6)切割为分离式X型点阵(4)；
步骤3：采用清洗剂清洗X型点阵和平板翅片，以去除油污和锈迹，在50℃的烘箱中烘干后进行组装；
步骤4：采用清洗剂清洗面板(3)并在50℃的烘箱中烘干，然后将其结合到步骤3组装后的装配体的上下两侧，得到三明治板的装配体；
步骤5：将含有体积分数为3％～5％粘结剂的焊剂浆料涂覆于三明治板装配体各部件之间的接触处，待焊剂固结烘干后，将其放入真空钎焊炉，保证面板(3)水平，并在上面板放置面积与上面板外表面积相等的压块，压块的面密度为50kg/m2；
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步骤7：随真空钎焊炉冷却至室温完成三明治板的制备。
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Legal Events
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Granted publication date: 20190222 Termination date: 20210705 |
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