CN115955820A

CN115955820A - 一种相变储热控温板及其制造方法

Info

Publication number: CN115955820A
Application number: CN202211693671.1A
Authority: CN
Inventors: 翁宁; 王胜男
Original assignee: Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Current assignee: Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority date: 2022-12-28
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2023-04-11

Abstract

本发明提出一种相变储热控温板，属于航空航天技术领域，包括壳体、多孔金属泡沫、针肋和相变储热材料；壳体为金属结构，包括盖板和热控板腔体，盖板与热控板腔体之间密封固定；针肋为等截面的拉伸体，所用材料与壳体材料一致；针肋采用均匀分布，占热控板腔体的体积分数为1％～15％；多孔金属泡沫填充在针肋之间；针肋的两端分别连接盖板和热控板腔体，中部连接多孔金属泡沫；多孔金属泡沫采用孔隙率为60％～95％的多孔金属材料；壳体上至少设置有一处注入口，相变储热材料通过注入口充入壳体的中空腔体内，充满后通过钎焊进行焊接封堵，本发明同时还提出了相变储热控温板的制造方法，解决了现有相变储热控温板导热率低、刚度不足的问题。

Description

一种相变储热控温板及其制造方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种相变储热控温板及其制造方法。

背景技术

相变材料是指在温度不变的情况下改变物质状态(固－液相变)并能提供大量潜热的物质。弹载电子设备功率越来越大，目前多采用基于高焓值相变材料的储热控温板，可以有效降低电子设备的温度，但高焓值相变材料的导热率很低，导热系数约为0.2W/m·k，影响了高焓值相变材料储热控温板的控温效果。

为了增强相变材料的导热率，通常需要在相变储热控温板中增加高导热的多孔金属泡沫材料。多孔金属泡沫材料是具有高孔隙率的金属材料，与相变材料相比，具有相对高的导热率，且由于具有高孔隙率，有利于相变材料渗透到金属材料结构内部，高温状态下金属材料仍保持固态，刚度大，相变材料则变为液态，充分吸热。

若相变储热控温板内部全部采用多孔金属泡沫，由于多孔金属泡沫的刚度不够，用于弹载电子设备降温时无法抵御弹体传递的振动和冲击，导致相变储热控温板受冲击和振动容易发生形变。

综上，现有相变储热控温板在保证有效降低电子设备温度的前提下，整体刚度不足以抵御弹体传递的振动和冲击，不满足为弹载电子设备提供良好工作环境的需求，有必要做出改进。

此外，弹载产品对重量有着苛刻的要求，传统设计中通过采用高密度金属材料或单纯增加厚度等手段提高刚度的方式不满足轻量化要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在于加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种相变储热控温板及其制造方法，目的是解决现有技术中相变储热控温板的导热率低、刚度不足，不能满足发热量大、冲击大的弹载电子设备的控温需求问题。

一种相变储热控温板，包括壳体、多孔金属泡沫、针肋和相变储热材料；壳体为金属结构，包括盖板和热控板腔体，壳体为中空箱体，热控板腔体的一端敞口，盖板与热控板腔体之间密封固定；针肋为等截面的拉伸体，所用材料与壳体材料一致；针肋采用均匀分布，占热控板腔体的体积分数为1％～15％；多孔金属泡沫填充在针肋之间；针肋的两端分别连接盖板和热控板腔体，中部连接多孔金属泡沫；多孔金属泡沫采用孔隙率为60％～95％的多孔金属材料；壳体上至少设置有一处注入口，液态的相变储热材料通过注入口充入壳体的中空腔体内，充满针肋和多孔金属泡沫之间的缝隙，充入后通过钎焊进行焊接封堵。

进一步地，壳体的外形呈长方体状，盖板的厚度为1mm～3mm，热控板腔体的壁厚为1mm～3mm，底部厚度为1mm～3mm。

进一步地，针肋采用正方形截面，正方形截面边长范围为大于等于1.5mm且小于等于4mm。

进一步地，注入口是直径为0.2mm～1mm的圆柱形通孔。

进一步地，热控板腔体的底部内侧还设置有定位槽，针肋活动安装在热控板腔体的定位槽内后再通过真空钎焊连接固定。

进一步地，盖板和热控板腔体均采用铝合金材料制成。

进一步地，盖板与热控板腔体之间通过真空钎焊密封固定。

进一步地，多孔金属泡沫为多孔铜泡沫。

进一步地，针肋与多孔金属泡沫之间通过焊接固定。

基于相同的技术构思，本发明同时还提出一种相变储热控温板的制造方法，用于制造上述相变储热控温板，包括以下步骤：

第一步、机械加工得到针肋、盖板和热控板腔体；

第二步、根据相邻针肋的间距、针肋与热控板腔体的间距以及针肋的高度，将多孔金属泡沫切割成不同宽度；

第三步、用激光焊接分别将针肋、多孔铜泡沫、热控板腔体进行焊接；

第四步、用真空钎焊将针肋与热控板腔体焊接完成；

第五步、将盖板扣合到热控板腔体上，用真空钎焊将盖板和热控板腔体焊接固定；

第六步、将相变储热材料通过注入口充入，充满后用钎焊焊接封堵，制得相变储热控温板。

本发明所取得的有益技术效果是：

结构简单、重量轻、容易制造，通过采用多孔金属泡沫、针肋和相变储热材料组成的混合结构，并对针肋的外形尺寸、布局方案、固定形式等进行优化，可在有效降低电子设备温度的同时，可靠抵御弹体传递的振动和冲击，为弹载电子设备提供良好工作环境，解决了现有相变储热控温板导热率低、刚度不足，不能满足发热量大、冲击大的弹载电子设备控温需求问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明其中一种具体实施例的内部结构示意图；

图2是图1的俯视剖视图；

图3是本发明其中一种具体实施例的针肋布局示意图；

附图标记：1、盖板；2、多孔金属泡沫；3、针肋；4、热控板腔体；5、相变储热材料；6、注入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下描述中提出的诸如特定系统结构、型号、技术参数等具体细节，仅为更好的理解本具体实施方式所做出的说明，而不是限定，不应因此影响本发明的保护范围。另外，对本领域技术人员来说应当知晓和理解的内容，此处不再赘述。

如图1～3所示，一种相变储热控温板的具体实施例，包括壳体、多孔金属泡沫2、针肋3和相变储热材料5。

本具体实施例中壳体为导热系数高、刚度高的金属结构，包括盖板1和热控板腔体4，盖板1和热控板腔体4均采用铝合金材料制成。铝合金材料具有容易加工、性能稳定、导热性能好和密度相对较小等优点，也可以用镁合金等其他具备类似性能的材料，并无实质性的区别。本具体实施例中壳体为外形呈长方体状的中空箱体，热控板腔体4的一端敞口，盖板1与热控板腔体4密封固定，壳体的外形可以根据实际需要进行适应性调整，不影响使用效果。

盖板1的厚度为1mm～3mm，热控板腔体4的壁厚为1mm～3mm，底部厚度为1mm～3mm，盖板1与热控板腔体4之间通过真空钎焊连接，盖板1和热控板腔体4的厚度可以根据实际需要确定，连接方式也可以采用其他密封固定形式，为了减重，壳体厚度一般不超过2mm。本具体实施例中盖板1的厚度、热控板腔体4的壁厚、底部厚度均为2mm。

针肋3采用具备高导热、高刚度的特点，还要容易加工的材料制成。为防止热变形过大，针肋3的材料优选与壳体材料一致。本具体实施例中针肋3采用铝合金材料制成。

针肋3外形为等截面的拉伸体，截面形状可以是圆形、椭圆形、菱形、矩形、正方形，综合考虑导热性能和加工成本等因素，采用正方形截面是最佳方案。本具体实施例中针肋3采用正方形截面。

针肋3采用正方形截面时，若边长小于1.5mm，只能采用电火花工艺加工，加工成本高；若边长大于4mm，由于相同面积内针肋3的可填充数量减少，容易导致相变储热控温板局部变形。本具体实施例中针肋3为正方形截面的拉伸体，正方形截面的边长为3mm。

针肋3的布局应尽量采用均匀分布，有利于提升相变储热控温板的整体力学性能，采用不均匀分布会导致相变储热控温板的整体力学性能下降。本具体实施例中针肋3采用均匀分布的矩阵形式，相邻针肋3的中心距均为10mm，相对设置的侧壁之间间距均为7mm，针肋3的布局方式可以根据实际需要进行适应性调整。针肋3均匀分布且占热控板腔体的体积分数为1％～15％时，即可实现抗震和抗冲击的效果。

针肋3的两端分别连接盖板1和热控板腔体4，中部连接多孔金属泡沫2，本具体实施例中针肋3与盖板1之间接触固定或不固定，针肋3与多孔金属泡沫2之间通过焊接固定，热控板腔体4的底部内侧还设置有定位槽，针肋3活动安装在热控板腔体4的定位槽内后再通过真空钎焊连接固定，根据实际需要也可以采用其他连接方式或直接通过机械加工而成。

针肋3优选沿壳体的传力路径设置，作为主要承力结构，抵御弹体传递的振动和冲击，多孔金属泡沫2填充在针肋3之间。多孔金属泡沫2是孔隙率为60％～95％的多孔金属材料，采用导热系数高的金属材质，针肋3和多孔金属泡沫2构成的组合可以实现高的导热率。本具体实施例中多孔金属泡沫2为多孔铜泡沫。

壳体上设置有至少一处注入口6，注入口6优选设置在靠近盖板1和热控板腔体4结合面的位置。本具体实施例中注入口6有一处，贯穿设置在热控板腔体4的侧壁靠近盖板1处，液态的相变储热材料5通过注入口6充入壳体的中空腔体内，充满针肋3和多孔金属泡沫2之间的缝隙。本具体实施例中注入口6是直径为0.2mm～1mm的圆柱形通孔，充入相变储热材料5后通过钎焊进行焊接封堵。

相变储热材料5是具有高焓值的固－液相变材料，本具体实施例中采用ZJPCM-A-81H，相变温度为81℃，相变潜热值为270J/g，通过壳体上的注入口6充入，相变材料的具体型号可以根据实际需要做出选择。

本具体实施例中相变储热控温板制造时按如下方法进行：

第一步、通过机械加工的方式，按图纸加工出针肋3、盖板1和热控板腔体4。

第二步、根据相邻针肋3的间距、针肋3与热控板腔体4的间距、针肋3的高度等空间尺寸，将多孔金属泡沫2，即多孔铜泡沫切割成不同宽度的泡沫铜。

第三步、用激光焊接分别将针肋3、多孔铜泡沫、热控板腔体4进行焊接。

第四步、用真空钎焊将针肋3与热控板腔体4焊接完成。

第五步、将盖板1扣合到热控板腔体4上，用真空钎焊将盖板1和热控板腔体4焊接固定。

第六步、将相变储热材料5通过注入口6充入，充满后用钎焊焊接封堵，制得相变储热控温板。

本具体实施例所取得的有益技术效果是：

结构简单、重量轻、容易制造，通过采用多孔金属泡沫、针肋和相变储热材料组成的混合结构，并对针肋的外形尺寸、布局方案、固定形式等进行优化，可在有效降低电子设备温度的同时，可靠抵御弹体传递的振动和冲击，为弹载电子设备提供良好工作环境，解决了现有相变储热控温板导热率低、刚度不足，不能满足发热量大、冲击大的弹载电子设备控温需求问题。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种相变储热控温板，其特征在于，包括壳体、多孔金属泡沫(2)、针肋(3)和相变储热材料(5)；所述壳体为金属结构，包括盖板(1)和热控板腔体(4)，所述壳体为中空箱体，热控板腔体(4)的一端敞口，盖板(1)与热控板腔体(4)之间密封固定；所述针肋(3)为等截面的拉伸体，所用材料与壳体材料一致；针肋(3)采用均匀分布，占热控板腔体的体积分数为1％～15％；多孔金属泡沫(2)填充在针肋(3)之间；针肋(3)的两端分别连接盖板(1)和热控板腔体(4)，中部连接多孔金属泡沫(2)；所述多孔金属泡沫(2)采用孔隙率为60％～95％的多孔金属材料；所述壳体上至少设置有一处注入口(6)，液态的相变储热材料(5)通过注入口(6)充入壳体的中空腔体内，充满针肋(3)和多孔金属泡沫(2)之间的缝隙，充入后通过钎焊进行焊接封堵。

2.根据权利要求1所述的相变储热控温板，其特征在于，所述壳体的外形呈长方体状，盖板(1)的厚度为1mm～3mm，热控板腔体(4)的壁厚为1mm～3mm，底部厚度为1mm～3mm。

3.根据权利要求1所述的相变储热控温板，其特征在于，所述针肋(3)采用正方形截面，正方形截面边长范围为大于等于1.5mm且小于等于4mm。

4.根据权利要求1所述的相变储热控温板，其特征在于，所述注入口(6)是直径为0.2mm～1mm的圆柱形通孔。

5.根据权利要求1所述的相变储热控温板，其特征在于，所述热控板腔体(4)的底部内侧还设置有定位槽，针肋(3)活动安装在热控板腔体(4)的定位槽内后再通过真空钎焊连接固定。

6.根据权利要求1～5其中任意一项所述的相变储热控温板，其特征在于，所述盖板(1)和热控板腔体(4)均采用铝合金材料制成。

7.根据权利要求6所述的相变储热控温板，其特征在于，所述盖板(1)与热控板腔体(4)之间通过真空钎焊密封固定。

8.根据权利要求1～5其中任意一项所述的相变储热控温板，其特征在于，所述多孔金属泡沫(2)为多孔铜泡沫。

9.根据权利要求1～5其中任意一项所述的相变储热控温板，其特征在于，所述针肋(3)与多孔金属泡沫(2)之间通过焊接固定。

10.一种相变储热控温板的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1～9其中任意一项所述的相变储热控温板，包括以下步骤：

第一步、机械加工得到针肋(3)、盖板(1)和热控板腔体(4)；

第二步、根据相邻针肋(3)的间距、针肋(3)与热控板腔体(4)的间距以及针肋(3)的高度，将多孔金属泡沫(2)切割成不同宽度；

第三步、用激光焊接分别将针肋(3)、多孔铜泡沫、热控板腔体(4)进行焊接；

第四步、用真空钎焊将针肋(3)与热控板腔体(4)焊接完成；

第五步、将盖板(1)扣合到热控板腔体(4)上，用真空钎焊将盖板(1)和热控板腔体(4)焊接固定；

第六步、将相变储热材料(5)通过注入口(6)充入，充满后用钎焊焊接封堵，制得相变储热控温板。