用于内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法。该一体化发热芯包括发热体、发热体骨架和过渡线；发热体为螺旋状，其材质为条形网状多孔镍铬合金或条形网状多孔镍铬铝合金；发热体骨架由七根多孔氮化硼管经密排而成；所述密排具体为六根周边多孔氮化硼管以一根中心多孔氮化硼管为中心对称排布；中心多孔氮化硼管管内放置隔片，周边多孔氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边多孔氮化硼管；发热体两端与过渡线焊接后从中心氮化硼管中隔片两侧引出。它是制作内置式加热器的基础，具有高电阻、小尺寸、结构稳定、热交换率高、透气性好、绝缘性好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天飞行器电热推力器热控设施中的加热元件，具体为用于内置式多 孔加热器的一体化发热芯及其制备方法。
技术介绍
我国航天科技集团公司于二十世纪末开始发射一系列卫星和飞船等空间飞行器， 包括低轨道、长寿命、三轴稳定对地观察卫星。目前该类卫星多采用单组元推进剂(肼)催 化分解式推力器进行姿态和轨道调整，在轨运行对催化剂要求苛刻，冷启动会极大损伤催 化剂的寿命。为此采用在推力室外包覆热控设施的方案，用外部加热器对催化床长期加热， 这不仅消耗星上大量的宝贵资源，也降低了整星的可靠性。为提高推力器的比冲，节省星上 能源，国外发展了新型的电热肼推力器，将电热元件安装在推力器内部，即用内置式加热器 取代催化床，使肼直接与发热体接触受热分解。电热肼推力器对内置式加热器的发热芯提出了很高的要求阻值满足设计指标， 功率稳定；与肼及肼分解气氛相容；比表面积大，热交换交换效率高；孔隙率高，不影响介 质的流动。现有的发热芯无法满足以上要求，本专利技术为内置式多孔加热器的一体化发热芯 的全新设计和制作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种功率稳定、结构可靠、绝缘性好和换热效率高的用于 内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法。本专利技术的技术方案是—种用于内置式多孔加热器的一体化发热芯，该一体化发热芯包括发热体、发热 体骨架和过渡线；发热体为条形螺旋状，发热体骨架由七根氮化硼管经密排而成，所述密排 具体为六根周边氮化硼管以一根中心氮化硼管为中心对称排布；中心氮化硼管管内轴向放 置隔片，周边氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边氮化硼管；发热体 两端与过渡线焊接后将过渡线从中心氮化硼管中隔片两侧引出；氮化硼管间用无机胶固 定。所述发热体其材质为网状多孔镍铬合金或网状多孔镍铬铝合金，是由相互连通的 中空薄壁金属棱构成三维网状多孔结构，其孔隙相互连通、分布均匀；孔隙率为90 98%， 孔径尺寸为90 110PPI ;所述网状多孔镍铬合金中铬的质量百分含量为18 35% ;所述 网状多孔镍铬铝合金中铬的质量百分含量为18 35%，铝的质量百分含量为2 10%。所述周边氮化硼管的内径为3 5mm,壁厚为O. 2 O. 5mm,长度为10 15mm ;所 述中心氮化硼管其长度为周边氮化硼管的五分之四到二分之一之间，其厚度为周边氮化硼 管的一倍到二倍之间，其内径与周边氮化硼管相同。所述氮化硼管其孔洞在管的圆周上均匀分布，相邻二排孔洞间隔排列，即某一个 孔洞的圆心在邻排两孔洞圆心连线的垂直平分线上；孔洞总面积大于管壁面积的50%。所述隔片为条形氮化硼，其长度和厚度分别与中心氮化硼管的长度和壁厚相同， 其宽度与中心氮化硼管的内径相同。发热体骨架前端面从第一周边氮化硼管到第六周边氮化硼管间隔着于两管相切 处开前端面双壁槽口三处，分别为第一周边氮化硼管和第二周边氮化硼管相切处、第三周 边氮化硼管和第四周边氮化硼管相切处、第五周边氮化硼管和第六周边氮化硼管相切处； 发热体骨架后端面在第二周边氮化硼管和第三周边氮化硼管相切处、第四周边氮化硼管和 第五周边氮化硼管相切处开后端面双壁槽口 二处；发热体骨架后端面在第一周边氮化硼管 和中心氮化硼管相切延伸处、第六周边氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸处开单壁槽口两 处。上述的一体化发热芯的制备方法，包括如下步骤(I)条形螺旋状发热体的制备将泡沫镍板加工为条形螺旋状的泡沫镍后，对条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬 法渗铬后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬合金；或者将条形螺旋状的泡沫镍采用固相 渗铬、再渗铝后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬铝合金；(2)发热体骨架的制备首先制备氮化硼管和氮化硼隔片的制备采用化学气相沉积法在不同外径的碳棒 或碳片上沉积不同厚度和长度的氮化硼管，用机械和煅烧的方法去除氮化硼管内或碳片上 的碳，获得氮化硼管或氮化硼隔片；然后按设计要求在氮化硼管上打孔，再切割为所设计的尺寸；最后将七根有孔的氮化硼管紧密排列，用微型钻按照设计要求在周边氮化硼管两 端开槽口 ；(3)发热体的穿绕发热体从第一周边氮化硼管后端穿入，然后依次通过第二周边氮化硼管到第六周 边氮化硼管及前端面双壁槽口、后端面双壁槽口，最后从第六周边氮化硼管后端穿出；发热 体两端再经单壁槽口穿入中心氮化硼管中由过渡线引出；条形螺旋状发热体的各弯折处须 嵌入各槽口 ；具体为条形螺旋状的发热体从第一周边氮化硼管后端放入，到达第一周边 氮化硼管前端后，再从第二周边氮化硼管前端进入，到达第二周边氮化硼管后端后，再进入 第三周边氮化硼管，依次往复，最后从第六周边氮化硼管中穿出，然后将第一周边氮化硼管 和第六周边氮化硼管中的发热体两端与两根过渡线分别焊接，然后将过渡线从中心氮化硼 管中引出，保证两个焊接点在中心氮化硼管内；发热体从一根氮化硼管进入另一根氮化硼 管时，其弯折处要嵌入各双壁槽口，发热体两端与过渡线连接后进入中心氮化硼管时，要经 由两个单壁槽口进入。(4)发热体的引出发热体两端分别与同成分合金过渡线连接，过渡线截面积为网状多孔材料真实截 面积的4 5倍；每根过渡线整根对折，两个并拢端头的一端往返折叠作为搭接处，另一端 作为缠绕丝；发热体的端头与过渡线的搭接处捏合，用缠绕丝固定后采用脉冲点焊；发热 体两端与过渡线焊接后，将两根过渡线从中心氮化硼管中引出，隔片将两根过渡线分开，发 热体与过渡线的连接点在中心氮化硼管内部。氮化硼管间固定用的无机胶为硅酸盐耐高温无机胶，由液相成分与固相成分混合而成，其固相成分与液相成分质量比为2 :1 ;液相成分为娃酸钾溶液，固相成分为二氧化 硅粉末与氧化铝粉末混合而成，二氧化硅粉末与氧化铝粉末的质量比3 I。上述一体化发热芯应用于航天飞行器姿、轨控推力器所用的内置式多孔加热器中。一体化发热芯的制备工艺具体步骤如下I)氮化硼管和氮化硼片的制备采用化学气相沉积法在不同外径的碳棒上沉积不同厚度和长度的氮化硼管，用机 械和煅烧的方法去除氮化硼管内的碳棒。氮化硼片制备方法相似。2)氮化硼管打孔确定好周边氮化硼管和中心氮化硼管的长度、孔洞的个数、孔径、孔间距等参数， 设置好脉冲激光加工机设备参数，按设计要求打孔。3)氮化硼管和氮化硼片的切割使用划片切割机将打好孔洞的氮化硼管和氮化硼片按设计尺寸切割，然后清洗干净。4)多孔氮化硼管端面开槽口将7根氮化硼管紧密排列，中心为略短的氮化硼管，各管前端面对齐，然后用细金 属丝捆扎紧固；用微型钻按照设计要求在发热芯的上下端面开槽口，操作时缓慢打磨，避免 大片氮化硼脱落。5)条形螺旋状发热体的制备将泡沫镍板材用数控线切割机床加工成所需尺寸的条形，然后在细陶瓷管上缠绕 为螺旋状，清洗干燥后经固相渗铬(或渗铬后再渗铝)、真空热处理，得到三维网状多孔的 条形螺旋状的镍铬或镍铬铝发热体。6)发热体的穿绕将条形螺旋状发热体依次往复穿装入周边的六根多孔氮化硼管，注意发热体在各 管端的弯折处应放置在槽口内。7)发热体的电引出在中心氮化硼管中，将发热体两端分别与两根过渡线焊接在一起，过渡线从插入 氮化硼隔片的中心氮化硼管穿出，隔片将两根过渡线分开，防止短路。8)发热体骨架的固定将穿绕发热体的周边六根氮化硼管与中心氮化硼管按照排列顺序和开槽口位置 用无机胶粘牢并放置一定时间固化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内置式多孔加热器的一体化发热芯，其特征在于：该一体化发热芯包括发热体、发热体骨架和过渡线；发热体为条形螺旋状，发热体骨架由七根氮化硼管经密排而成，所述密排具体为六根周边氮化硼管以一根中心氮化硼管为中心对称排布；中心氮化硼管管内轴向放置隔片，周边氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边氮化硼管；发热体两端与过渡线焊接后将过渡线从中心氮化硼管中隔片两侧引出；氮化硼管间用无机胶固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙，赵宇航，段德莉，张月来，易凡，王鹏，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：