一种空间光机结构件一体化导热微结构制造技术

本发明专利技术公开了一种空间光机结构件一体化导热微结构，包括结构腔和封装板；所述的结构腔通过直接在空间光机结构件表面上集成化加工获得，所述的结构件为铝基碳化硅材料；所述的结构腔包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段包含若干微柱结构，所述的绝热段包含若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的冷凝段包含若干锥台结构；所述的微柱结构、凹槽和锥台结构的宏观结构尺寸小于100μm，微观结构为亚微米尺度的粗糙表面；所述的封装板连接在所述的结构腔上，用于密封结构腔内的工质；所述的工质在所述的蒸发段吸收热量发生蒸腾作用，在所述的冷凝段通过冷凝作用导出热量，冷凝后通过所述的绝热段流动回所述的蒸发段中。

【技术实现步骤摘要】
一种空间光机结构件一体化导热微结构
本专利技术属于电子产品散热
，具体涉及一种空间光机结构件一体化导热微结构。
技术介绍
航天空间光电产品如星敏感器、光电探测器目前在轨服役精度由于冷热交变造成的结构变形是低频轨道周期误差主要来源之一。在甚高精度的新一代空间光电产品中对光机结构制造中除了传统的低膨胀系数、空间热稳定性外，还应具备高效传热、结构功能一体化和小型化特征。这要求在卫星总体热控装置效率提升的同时，关键单机的局部传热效率要大幅度提升，从而实现光学元件、电子元器件等热源的热量迅速传导到整星热控系统并排出的目的。现有的微热管主要以单一形式结构为主，热管材料主要以铝、铜或非金属硅为主。以额外附加热管的形式对航天光电产品导热，会给航天产品质量和可靠性造成负担。而星敏感器结构件材料为高体积分数的铝基碳化硅复合材料，因其具有独特的各向异性结构，难以加工，必须通过独特的结构才能实现足够的表面性能，并在极小的空间下实现高热交换率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高空间光机的热稳定性，满足空间光机的轻质化需求。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种空间光机结构件一体化导热微结构，包括结构腔和封装板；所述的结构腔通过直接在空间光机结构件表面上集成化加工获得，所述的结构件为铝基碳化硅材料；所述的结构腔包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段包含若干微柱结构，所述的绝热段包含若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的冷凝段包含若干锥台结构；所述的微柱结构、凹槽和锥台结构的宏观结构尺寸小于100μm，微观结构为亚微米尺度的粗糙表面；所述的封装板连接在所述的结构腔上，用于密封结构腔内的工质；所述的工质在所述的蒸发段吸收热量发生蒸腾作用，在所述的冷凝段通过冷凝作用导出热量，冷凝后通过所述的绝热段流动回所述的蒸发段中。优选地，所述的微柱结构阵列式均匀分布。优选地，所述的微柱结构通过激光辅助微细铣削的方式获得，其形成的微观结构表面为碳化硅颗粒剥离后的多孔洞表面。优选地，所述的凹槽均匀分布。优选地，所述的凹槽为V型槽。优选地，所述的凹槽的槽深和槽宽的比例大于1。优选地，所述的凹槽通过激光辅助细微铣削的方式获得。优选地，所述的锥台结构阵列式均匀分布。优选地，所述的锥台结构通过激光加工的方式获得，其形成的微观结构的表面为锥体结构。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术将在空间光机结构件的表面直接进行集成化加工获得导热微结构，与现有的增加额外热管的方法相比，一方面减少了连接件，从而增加了导热性能的可靠性；另一方面，满足了小型的航天产品对轻质化的要求。(2)本专利技术提出了一种分段式、多尺度的导热微结构，根据结构件的材料及加工特点，针对不同相变过程中的特性对结构优化设计，从而实现在最小的空间内获得最大的换热效率。附图说明图1为本专利技术的空间光机结构件一体化导热微结构整体示意图。图2为本专利技术的空间光机结构件一体化导热微结构蒸发段宏观结构示意图。图3为本专利技术的空间光机结构件一体化导热微结构绝热段宏观结构示意图。图4为本专利技术的空间光机结构件一体化导热微结构冷凝段宏观结构示意图。图中，1-结构腔，2-封装板，3-蒸发段，4-绝热段，5-冷凝段。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供的导热微结构分布在空间光机的镜头座、底座等需要导热的部分。单个导热微结构包括结构腔1和封装板2。所述的结构腔1通过直接在空间光机结构件表面上集成化加工获得。结构腔1包括蒸发段3、绝热段4和冷凝段5。所述的蒸发段3包含若干微柱结构，所述的绝热段4包含若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的冷凝段5包含若干锥台结构；所述的微柱结构、凹槽和锥台结构的宏观结构尺寸小于100μm，微观结构为亚微米尺度的粗糙表面，该微观结构的表面取决于铝基碳化硅材料颗粒比例以及加工过程的表面创成。所述的封装板2连接在所述的结构腔1上，用于密封结构腔1内的工质。优选地，封装板2通过焊接的方式连接在所述的结构腔1上。所述的工质在所述的蒸发段3吸收热量发生蒸腾作用，在所述的冷凝段5通过冷凝作用导出热量，冷凝后通过所述的绝热段4流动回所述的蒸发段3中。如图2所示，所述的蒸发段3用于在热量导入端通过工质的蒸腾作用实现热交换。蒸发段3包含若干微柱结构，所述的微柱结构阵列式均匀分布，微柱结构的尺寸小于100μm。蒸发段采用微柱结构，微柱结构通过激光辅助微细铣削的方式获得。加工过程的工艺参数为：辅热激光功率300W，光斑直径为250μm，预热时间6s；工参数为切削速度110mm/s，削深度4.5μm。其形成的微观结构表面为碳化硅颗粒剥离后的多孔洞表面。该结构一方面可提供池沸腾作用发生时所需的成核点以及足够大的气-液-固三相换热面积；另一方面，亚微米尺度的微观表面使该结构具有良好的超疏水性从而促进蒸腾作用。如图3所示，所述的绝热段4包括若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的凹槽均匀分布。优选地，所述的凹槽为V型槽。所述的凹槽的槽宽小于100μm，槽深和槽宽的比例大于1。凹槽通过激光辅助细微铣削的方式获得。加工过程的工艺参数为：辅热激光功率200W，光斑直径为250μ，预热时间5s；加工参数为切削速度240mm/s，铣削深度8μm。采用凹槽结构具有微热管吸液芯的功能，能够增强工质流动时的毛细现象，并通过毛细作用实现工质的传输。决定毛细作用力大小的关键参数是凹槽的宽深比和表面粗糙程度，本专利技术控制绝热段凹槽的深宽比大于1，能够实现工质的高效传输。如图4所示，所述的冷凝段5包含若干锥台结构，所述的锥台结构阵列式均匀分布，锥台结构的尺寸小于100μm。锥台结构通过激光加工的方式获得。加工过程的工艺参数为：加工激光功率为40W，光斑直径为25μm，扫描次数为10。其形成的微观结构表面为锥体结构。锥台结构的拓扑特征能促进自发下落运动、自推进或聚结作用从而提高冷凝作用，本质上为工质提供了局部成核位点和全局超疏水性。在本专利技术中，根据结构件材料(铝基碳化硅)及空间温度变化范围，选用液氨作为工质。工质在导热微结构内部的蒸发段吸收导入热量发生蒸腾作用，在冷凝段通过冷凝作用导出热量，而工质在上述两段的流动通过中间绝热段微结构毛细作用实现。综上所述，本专利技术提供了一种集成于空间光机结构件内部的导热微结构，在高效传热的同时具有一体化程度高、轻量化水平高的优点，符合新一代航天空间光电单机产品的长寿命、高稳定性要求。利用相变高效传热，通过特定的结构和表面实现工质从冷凝段到蒸发段驱动。各段内结构根据尺度分为宏观结构和微观结构特征，通过不同的加工方式获得不同的多尺度结构，以实现蒸发段、绝热段和冷凝段实现不同的功能。通过在极小空间下利用特定的多尺度分形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间光机结构件一体化导热微结构，其特征在于，包括结构腔和封装板；所述的结构腔通过直接在空间光机结构件表面上集成化加工获得，所述的结构件为铝基碳化硅材料；所述的结构腔包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段包含若干微柱结构，所述的绝热段包含若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的冷凝段包含若干锥台结构；所述的微柱结构、凹槽和锥台结构的宏观结构尺寸小于100μm，微观结构为亚微米尺度的粗糙表面；所述的封装板连接在所述的结构腔上，用于密封结构腔内的工质；所述的工质在所述的蒸发段吸收热量发生蒸腾作用，在所述的冷凝段通过冷凝作用导出热量，冷凝后通过所述的绝热段流动回所述的蒸发段中。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间光机结构件一体化导热微结构，其特征在于，包括结构腔和封装板；所述的结构腔通过直接在空间光机结构件表面上集成化加工获得，所述的结构件为铝基碳化硅材料；所述的结构腔包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段包含若干微柱结构，所述的绝热段包含若干沿结构腔长度方向延伸的凹槽，所述的冷凝段包含若干锥台结构；所述的微柱结构、凹槽和锥台结构的宏观结构尺寸小于100μm，微观结构为亚微米尺度的粗糙表面；所述的封装板连接在所述的结构腔上，用于密封结构腔内的工质；所述的工质在所述的蒸发段吸收热量发生蒸腾作用，在所述的冷凝段通过冷凝作用导出热量，冷凝后通过所述的绝热段流动回所述的蒸发段中。


2.如权利要求1所述的导热微结构，其特征在于，所述的微柱结构阵列式均匀分布。


3.如权利要求1所述的导热微结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓江，秦声，周如好，孙权权，沈丽峰，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31