一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器及其制造方法，该蒸发器包括：金属管壳、金属化层和氮化硅陶瓷毛细芯；氮化硅陶瓷毛细芯的一端为密封段，另一端加工有沿其轴向的蒸汽槽道；金属管壳同轴套装在氮化硅陶瓷毛细芯的外部；金属管壳内径与氮化硅陶瓷毛细芯外径的尺寸公差为过盈配合关系，且金属管壳内径与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段外径之间设有一层金属化层，在金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的过盈装配过程中，金属化层发生屈服变形，填充金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段之间的加工缺陷或缝隙；本发明专利技术能够实现金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的装配，并在装配面形成密封，提高环路热管蒸发器毛细力，从而提高环路热管的传热能力。环路热管的传热能力。环路热管的传热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器及其制造方法


[0001]本专利技术属于航天器热控
，具体涉及一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器及其制造方法。

技术介绍

[0002]环路热管是近年来发展起来的一种高效传热产品，具有传热能力强、传输距离远、管路布局灵活、反重力工作能力强以及热开关特性等突出特点，在宇航热控领域逐渐推广应用。
[0003]如图4所示，环路热管由蒸发器、储液器、蒸气管路、液体管路及冷凝器组成。蒸发器是环路热管核心部件，蒸发器由毛细芯和管壳两部分组成，其中毛细芯是一种多孔材料。热量通过管壳传递至毛细芯，在毛细芯的多孔表面发生蒸发相变，形成气液分离的弯月面，从而产生毛细抽吸力。
[0004]相比于常见的金属多孔材料，多孔氮化硅陶瓷具有密度低、热导率低、耐腐蚀、加工性好、孔隙率高等优点，是一种优良的环路热管毛细芯材料。
[0005]专利CN201711288099.X一种环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯及其制备方法，公布了一种氮化硅多孔陶瓷毛细芯的制备方法，将具有不同配比的至少两种氮化硅浆料依次注入模具进行凝胶固化、干燥、烧结、加工以获得所述环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯，其中氮化硅浆料包括氮化硅粉体、烧结助剂、凝胶剂、造孔剂和水，先注入模具的氮化硅浆料中造孔剂的含量低于后注入模具氮化硅浆料中造孔剂的含量。
[0006]CN201711287065.9一种环路热管用氮化硅梯度多孔毛细芯及其结合涂层制备方法，公布了一种梯度多孔毛细芯及其涂层的制备方法，包括初级氮化硅毛细芯，以及包覆于所述初级氮化硅毛细芯外表面的至少一层氮化硅小孔层，所述初级氮化硅毛细芯的孔隙率为60～90％、孔径为10～200微米，所述氮化硅小孔层的孔隙率为40～60％、孔径为0.1～1微米。
[0007]CN201610587111.6一种环路热管用多孔氮化硅毛细芯，由包括氮化硅粉末、烧结助剂以及造孔剂的原料烧制而成，其中氮化硅含量不少于90％wt。氮化硅粉末的平均粒径介于0.1～10μm之间，α相氮化硅占比大于90％。多孔氮化硅毛细芯所含微孔互相连通，微孔孔径介于0.5μm～5μm之间，开孔孔隙率大于50％。
[0008]三个专利侧重材料的制备与加工过程，以及毛细芯的孔径参数选择，而陶瓷毛细芯与金属管壳装配成蒸发器是制备陶瓷芯环路热管的关键环节。如何将陶瓷毛细芯装配到金属管壳中，同时在毛细芯与管壳密封面形成有效的毛细密封是制备陶瓷芯蒸发器面临的技术难题。常用的壳体材料为不锈钢，毛细芯为Si3N4陶瓷，两种材料的硬度均较大，若二者同心度、过盈量不匹配，无法实现有效的毛细密封。根据理论计算，假设二者之间出现2μm的狭缝或者4μm的加工缺陷，毛细力将衰减为24kPa。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器及其制造方法，能够实现金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的装配，并在装配面形成密封，提高环路热管蒸发器毛细力2～3倍，从而提高环路热管的传热能力。
[0010]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0011]一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，包括：金属管壳、金属化层和氮化硅陶瓷毛细芯；
[0012]所述氮化硅陶瓷毛细芯为等直圆柱，其一端为密封段，另一端加工有两个以上沿其轴向的蒸汽槽道；
[0013]所述金属管壳同轴套装在所述氮化硅陶瓷毛细芯的外部；所述金属管壳内径与氮化硅陶瓷毛细芯外径的尺寸公差为过盈配合关系，且金属管壳内径与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段外径之间设有一层金属化层，在金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的过盈装配过程中，金属化层发生屈服变形，填充金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段之间的加工缺陷或缝隙。
[0014]进一步的，所述金属化层采用金、银、铜、铝或镍。
[0015]进一步的，所述金属化层通过电镀、化学镀或磁控溅射的方式设置在金属管壳内径与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段外径之间。
[0016]进一步的，所述金属化层的轴向长度与所述氮化硅陶瓷毛细芯的密封段的轴向长度相等。
[0017]进一步的，所述金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段之间的过盈量为0.01～0.1mm。
[0018]进一步的，所述金属化层的厚度为2～20μm。
[0019]一种多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器的制造方法，具体步骤如下：
[0020]步骤一，加工金属管壳和氮化硅陶瓷毛细芯，其中，氮化硅陶瓷毛细芯的外径与金属管壳的内径的尺寸公差为过盈配合；
[0021]步骤二，在金属管壳上需要与所述氮化硅陶瓷毛细芯的密封段配合的内壁面进行金属化处理，形成金属化层；
[0022]步骤三，将氮化硅陶瓷毛细芯和金属管壳进行过盈装配，装配过程如下：
[0023]步骤3
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1，将金属管壳在加热炉中加热至200～400℃，金属管壳在高温下膨胀，使得高温下金属管壳的内径尺寸大于氮化硅陶瓷毛细芯的外径尺寸；
[0024]步骤3
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2，将室温下的氮化硅陶瓷毛细芯与高温下的金属管壳进行间隙配合，并使得金属管壳上设有金属化层的部分与所述氮化硅陶瓷毛细芯的密封段配合；
[0025]步骤3
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3，将完成装配的氮化硅陶瓷毛细芯与金属管壳冷却至室温，降温过程金属管壳收缩，实现金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的过盈配合，金属化层在金属管壳收缩过程中受压发生屈服变形，填充氮化硅陶瓷毛细芯与金属管壳之间的加工缺陷或缝隙，完成环路热管蒸发器的装配。
[0026]进一步的，所述金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯的密封段之间的过盈量为0.01～0.1mm。
[0027]进一步的，所述金属化层的厚度为2～20μm。
[0028]进一步的，所述金属化层的轴向长度与所述氮化硅陶瓷毛细芯的密封段的轴向长度相等。
[0029]有益效果：
[0030](1)本专利技术通过在金属管壳的内壁面设置具有良好压缩性和延展性的金属化层，利用金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯过盈装配过程中的压力，金属化层填充氮化硅陶瓷毛细芯与金属管壳之间的加工缺陷或缝隙，从而在二者的配合面形成可靠的密封；解决了金属管壳和氮化硅陶瓷毛细芯异质材料密封装配问题，能够提升环路热管蒸发器的毛细力2～3倍以上，进而提高环路热管传热能力、逆重力工作能力。
[0031](2)本专利技术的金属化层采用金、银、铜、铝或镍材料加工，具有良好延展性，受压易变形，便于填充氮化硅陶瓷毛细芯与金属管壳之间的加工缺陷或缝隙。
[0032](3)本专利技术的金属化层通过电镀、化学镀或磁控溅射等方式设置在金属管壳的内壁面，加工简单、方便、可靠。
[0033](4)本专利技术的金属管壳与氮化硅陶瓷毛细芯进行过盈装配时，利用热胀冷缩原理，首先将金属管壳加热至200～400℃，其内径尺寸在高温下由于体积膨胀大于室温下的氮化硅陶瓷毛细芯外径尺寸，将二者在高温环境下完成间隙配合的装配后，降温至室温，金属管壳体积收缩，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，包括：金属管壳(1)、金属化层(2)和氮化硅陶瓷毛细芯(3)；所述氮化硅陶瓷毛细芯(3)为等直圆柱，其一端为密封段(4)，另一端加工有两个以上沿其轴向的蒸汽槽道；所述金属管壳(1)同轴套装在所述氮化硅陶瓷毛细芯(3)的外部；所述金属管壳(1)内径与氮化硅陶瓷毛细芯(3)外径的尺寸公差为过盈配合关系，且金属管壳(1)内径与氮化硅陶瓷毛细芯(3)的密封段(4)外径之间设有一层金属化层(2)，在金属管壳(1)与氮化硅陶瓷毛细芯(3)的过盈装配过程中，金属化层(2)发生屈服变形，填充金属管壳(1)与氮化硅陶瓷毛细芯(3)的密封段(4)之间的加工缺陷或缝隙。2.如权利要求1所述的一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，所述金属化层(2)采用金、银、铜、铝或镍。3.如权利要求1所述的一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，所述金属化层(2)通过电镀、化学镀或磁控溅射的方式设置在金属管壳(1)内径与氮化硅陶瓷毛细芯(3)的密封段(4)外径之间。4.如权利要求1
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3任一项所述的一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，所述金属化层(2)的轴向长度与所述氮化硅陶瓷毛细芯(3)的密封段(4)的轴向长度相等。5.如权利要求1
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3任一项所述的一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，所述金属管壳(1)与氮化硅陶瓷毛细芯(3)的密封段(4)之间的过盈量为0.01～0.1mm。6.如权利要求1
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3任一项所述的一种基于多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器，其特征在于，所述金属化层(2)的厚度为2～20μm。7.一种基于权利要求1所述的多孔氮化硅毛细芯的环路热管蒸发器的制造方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亚威，王甜甜，何江，刘畅，黄金印，张红星，苗建印，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：