一种多区域热防护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多区域热防护装置，包括夹杂芯，中性层和背景材料，中心层为设置在背景材料中的圆柱体，中性层区域内设置多个半径相等的圆柱体夹杂芯，夹杂芯材料的热导率κ1、中性层材料的热导κ2率和背景材料的热导率满足κ0：κ1<κ0<κ2或者κ1>κ0>κ2；中性层的半径r1与夹杂芯的半径r2满足：r1＝A2*r2，其中，其中n为夹杂芯的数量。本发明专利技术实现在同一热防护装置内可对多个物体进行热防护，可完全消除多个夹杂区域引起的热流的集中或者发散现象。流的集中或者发散现象。流的集中或者发散现象。

【技术实现步骤摘要】
一种多区域热防护装置


[0001]本专利技术属于热场防护领域，涉及一种多区域热防护装置，特别是一种基于中性夹杂思想的多区域热防护装置。

技术介绍

[0002]具有排布结构的电子器件在电路中工作时，由于电子器件的热导率异于电路板等均匀导电基体的热导率而产生热流集中或发散现象，这种现象将引发非均匀的热应力，影响电子器件或电路板的寿命。
[0003]针对上述工程问题，在目前的热防护领域中，所设计的热防护装置面临着一个共同的问题：防护区域较为单一，即一个热防护装置仅可为一个目标实现热防护的功能，对于具有排布结构的物体，需要设计多个热防护装置，这不仅浪费材料，而且对于狭小空间物体的防护具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以在同一热防护装置内对多个物体进行热防护的多区域热防护装置。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的一种多区域热防护装置，包括夹杂芯，中性层和背景材料，中心层为设置在背景材料中的圆柱体，中性层区域内设置多个半径相等的圆柱体夹杂芯，夹杂芯材料的热导率κ1、中性层材料的热导κ2率和背景材料的热导率满足κ0：κ1<κ0<κ2或者κ1>κ0>κ2；中性层的半径r1与夹杂芯的半径r2满足：
[0006]r1＝A2*r2[0007]其中，其中n为夹杂芯的数量。
[0008]进一步的背景材料中温度场的等温线相互平行且均匀分布，当背景材料中包含夹杂芯区域时，均匀的温度场将受到扰动，热流出现局部集中或者发散，当夹杂芯外部镶嵌中性层构成防护装置时，夹杂芯区域引起的热流集中或者发散得以消除，温度场重新恢复均匀，保护处于夹杂芯区域中的物体不被温度所影响。
[0009]进一步的，夹杂芯，中性层和背景材料均采用均匀各向同性材料。
[0010]进一步的，采用激光切割技术切割得到中性层和夹杂芯两部分区域，并以过盈装配的方式组装到背景材料中，以确保界面之间紧密接触。
[0011]本专利技术的有益效果：本专利技术立足于中性夹杂思想，针对均匀的背景材料中夹杂芯引起的热流的集中与发散等不利影响，提出一种消除该影响的方法从而实现热防护的功能。中性夹杂即夹杂的存在对背景材料中的物理场不会产生扰动。应用本方法设计的多区域热防护装置对于工程实际中所要保护的具有排列结构的物体(热敏元件、电子器件)等具有更好的适用性。该装置由背景区域、中性层区域、夹杂芯区域三部分组成，每个区域选取均匀各向同性材料，各区域的尺寸可以根据本专利技术方法计算得到。应用激光切割技术切割
得到中性层及夹杂芯两部分区域，并以过盈装配的方式组装到背景材料中，以确保界面之间紧密接触。
[0012]本专利技术根据中性夹杂理论公式得出，只要将中性层区域和夹杂芯区域两部分的体积比保持一定，将单一的夹层芯区域等效于多个小区域，并将此区域材料设为空气，即可将被防护物体放入此区域内，其他部分材料依据中性夹杂思想选取，即可设计出多区域热防护装置，相比之前的热防护装置，本专利技术克服了在同一个热防护装置内仅可为一个物体(电子零件、机械部件等)实现热防护的问题，实现在同一热防护装置内可对多个物体(电子器件、机械零件)进行热防护，多区域热防护装置不仅丰富了防护装置的种类，而且可以提供更多、更细致的防护空间，更提高了防护效率，对于工程实际中的排列结构等具有更好的适用性。应用本专利技术方法设计的防护装置所需材料具有均匀各向同性，并且采用激光切割技术进行加工，具有操作简单、成本低廉、性能优异、适用范围广等特点。
[0013]应用该方法设计的多区域热防护装置，相较于传统的热防护装置，其应用的灵活性较强，可以根据实际工程中所要保护物体的个数设计多区域热防护装置，而且对于工程实际中具有排列结构的物体等具有更好的防护性，从而达到更加便捷及节约成本的目的。可完全消除多个夹杂区域引起的热流的集中或者发散现象。
附图说明
[0014]图1为根据本专利技术方法设计的多区域热防护装置结构示意图；
[0015]图2为无中性层时背景材料中的温度分布；
[0016]图3为根据本专利技术方法设计的多区域热防护装置工作效果图。
具体实施方式
[0017]下面结合说明书附图和实施例对本专利技术做进一步说明。
[0018]本专利技术的防护装置由背景材料3、中性层2、夹杂芯1三部分组成，其中中性层的尺寸由材料的物理参数(材料的热导率)和夹杂芯区域的几何尺寸(半径)共同确定。该装置在工作时可以精准的消除夹杂芯区域对于温度场的影响，而且可以在同一防护装置内实现多个区域的热防护，同时该装置所需材料为均匀各向同性的自然材料。
[0019]本专利技术的防护装置，其防护装置的组成材料和尺寸并不唯一。中性层的材料可以根据实际工况进行选取；中性层的几何尺寸由夹杂芯区域、背景材料两者的物理参数(热导率)以及夹杂芯区域的几何尺寸(半径)确定，即防护装置在不同的工作环境下可以具有不同的几何尺寸。
[0020]结合图1，由本专利技术方法设计的多区域热防护装置由以下三部分组成：夹杂芯1区域，中性层2区域，背景材料3区域。中性层区域为圆柱形，夹杂芯区域为镶嵌在中性层区域内的圆柱形，背景材料由导热基体填充。其中夹杂芯1区域虽为圆柱形，但是在其中工作的电子器件或者机械零件可以为任何形状；夹杂芯、中性层两部分以过盈装配的方式嵌入背景材料中。
[0021]具体设计方法：首先确定夹杂芯区域和背景材料区域的材料热导率以及夹杂芯区域的半径r2，如图1所示，其中夹杂芯区域的材料热导率为κ1，中性层部分热导率为κ2，背景材料的热导率κ0。然后选取中性层材料，选取中性层材料时分为两种情况：(1)当κ1<κ0时，至
少保证夹杂芯区域材料或中性层区域材料热导率大于基体材料，即κ2>κ0；(2)当κ1>κ0时，至少保证夹杂芯区域材料或中性层区域材料热导率小于基体材料，即κ2<κ0。最后根据中性夹杂思想计算中性层的几何尺寸。
[0022]中性层的几何尺寸计算方法为：在二维平面中，应用到圆柱形夹杂截面，根据中性夹杂思想，首先根据被防护物体的尺寸确定夹杂芯尺寸r2，中性层的几何尺寸结合公式(1)计算得出，其中f1为夹杂芯占整个夹杂物(包括夹杂芯和中性层)的体积分数，其中对公式(1)进行数学运算可以得到r1＝A1r2，其中A1为夹杂芯半径与中性层半径的比例系数。选好相应部分填充材料，将相应区域的材料热导率区域及夹杂芯区域的半径r2带入公式(1)中即可得中性层区域几何尺寸r1；基于以上方法，将单个热防护区域(夹杂芯区域)等效为n个热防护区域(夹杂芯区域)，经过推导得到多区域热防护的夹杂芯与中性层的半径之比为：r1＝A2*r2[0023][0024][0025][0026]由以上方法计算得到中性层具体的几何尺寸后通过激光切割技术切割得到夹杂芯区域与中性层区域，在切割过程中留有适当余量，一般为0.1
‑
0.5mm。最后应用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多区域热防护装置，其特征在于：包括夹杂芯(1)，中性层(2)和背景材料(3)，中心层(2)为设置在背景材料(3)中的圆柱体，中性层(2)区域内设置多个半径相等的圆柱体夹杂芯(1)，夹杂芯(1)材料的热导率κ1、中性层(2)材料的热导κ2率和背景材料(3)材料的热导率满足κ0：κ1<κ0<κ2或者κ1>κ0>κ2；中性层(2)的半径r1与夹杂芯(1)的半径r2满足：r1＝A2*r2其中，其中n为夹杂芯(1)的数量。2.根据权利要求1所述的一种多区域热防护装置，其特征在于：背景材料(3)中温度场的等温线相互平行且均匀分...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓，张悦凯，张兴伟，成嘉立，邓守宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：