用于內置式多孔加熱器的一體化發熱芯及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用于內置式多孔加熱器的一體化發熱芯及其制備方法。該一體化發熱芯包括發熱體、發熱體骨架和過渡線；發熱體為螺旋狀，其材質為條形網狀多孔鎳鉻合金或條形網狀多孔鎳鉻鋁合金；發熱體骨架由七根多孔氮化硼管經密排而成；所述密排具體為六根周邊多孔氮化硼管以一根中心多孔氮化硼管為中心對稱排布；中心多孔氮化硼管管內放置隔片，周邊多孔氮化硼管的兩端開有槽口，發熱體經槽口依次往復穿入周邊多孔氮化硼管；發熱體兩端與過渡線焊接后從中心氮化硼管中隔片兩側引出。它是制作內置式加熱器的基礎，具有高電阻、小尺寸、結構穩定、熱交換率高、透氣性好、絕緣性好的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及航天飛行器電熱推力器熱控設施中的加熱元件，具體為用于內置式多 孔加熱器的一體化發熱芯及其制備方法。
技術介紹
我國航天科技集團公司于二十世紀末開始發射一系列衛星和飛船等空間飛行器， 包括低軌道、長壽命、三軸穩定對地觀察衛星。目前該類衛星多采用單組元推進劑(肼)催 化分解式推力器進行姿態和軌道調整，在軌運行對催化劑要求苛刻，冷啟動會極大損傷催 化劑的壽命。為此采用在推力室外包覆熱控設施的方案，用外部加熱器對催化床長期加熱， 這不僅消耗星上大量的寶貴資源，也降低了整星的可靠性。為提高推力器的比沖，節省星上 能源，國外發展了新型的電熱肼推力器，將電熱元件安裝在推力器內部，即用內置式加熱器 取代催化床，使肼直接與發熱體接觸受熱分解。電熱肼推力器對內置式加熱器的發熱芯提出了很高的要求阻值滿足設計指標， 功率穩定；與肼及肼分解氣氛相容；比表面積大，熱交換交換效率高；孔隙率高，不影響介 質的流動。現有的發熱芯無法滿足以上要求，本專利技術為內置式多孔加熱器的一體化發熱芯 的全新設計和制作。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種功率穩定、結構可靠、絕緣性好和換熱效率高的用于 內置式多孔加熱器的一體化發熱芯及其制備方法。本專利技術的技術方案是—種用于內置式多孔加熱器的一體化發熱芯，該一體化發熱芯包括發熱體、發熱 體骨架和過渡線；發熱體為條形螺旋狀，發熱體骨架由七根氮化硼管經密排而成，所述密排 具體為六根周邊氮化硼管以一根中心氮化硼管為中心對稱排布；中心氮化硼管管內軸向放 置隔片，周邊氮化硼管的兩端開有槽口，發熱體經槽口依次往復穿入周邊氮化硼管；發熱體 兩端與過渡線焊接后將過渡線從中心氮化硼管中隔片兩側引出；氮化硼管間用無機膠固 定。所述發熱體其材質為網狀多孔鎳鉻合金或網狀多孔鎳鉻鋁合金，是由相互連通的 中空薄壁金屬棱構成三維網狀多孔結構，其孔隙相互連通、分布均勻；孔隙率為90 98%， 孔徑尺寸為90 110PPI ;所述網狀多孔鎳鉻合金中鉻的質量百分含量為18 35% ;所述 網狀多孔鎳鉻鋁合金中鉻的質量百分含量為18 35%，鋁的質量百分含量為2 10%。所述周邊氮化硼管的內徑為3 5mm,壁厚為O. 2 O. 5mm,長度為10 15mm ;所 述中心氮化硼管其長度為周邊氮化硼管的五分之四到二分之一之間，其厚度為周邊氮化硼 管的一倍到二倍之間，其內徑與周邊氮化硼管相同。所述氮化硼管其孔洞在管的圓周上均勻分布，相鄰二排孔洞間隔排列，即某一個 孔洞的圓心在鄰排兩孔洞圓心連線的垂直平分線上；孔洞總面積大于管壁面積的50%。所述隔片為條形氮化硼，其長度和厚度分別與中心氮化硼管的長度和壁厚相同， 其寬度與中心氮化硼管的內徑相同。發熱體骨架前端面從第一周邊氮化硼管到第六周邊氮化硼管間隔著于兩管相切 處開前端面雙壁槽口三處，分別為第一周邊氮化硼管和第二周邊氮化硼管相切處、第三周 邊氮化硼管和第四周邊氮化硼管相切處、第五周邊氮化硼管和第六周邊氮化硼管相切處； 發熱體骨架后端面在第二周邊氮化硼管和第三周邊氮化硼管相切處、第四周邊氮化硼管和 第五周邊氮化硼管相切處開后端面雙壁槽口 二處；發熱體骨架后端面在第一周邊氮化硼管 和中心氮化硼管相切延伸處、第六周邊氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸處開單壁槽口兩 處。上述的一體化發熱芯的制備方法，包括如下步驟(I)條形螺旋狀發熱體的制備將泡沫鎳板加工為條形螺旋狀的泡沫鎳后，對條形螺旋狀的泡沫鎳采用固相滲鉻 法滲鉻后進行真空熱處理，獲得網狀多孔鎳鉻合金；或者將條形螺旋狀的泡沫鎳采用固相 滲鉻、再滲鋁后進行真空熱處理，獲得網狀多孔鎳鉻鋁合金；(2)發熱體骨架的制備首先制備氮化硼管和氮化硼隔片的制備采用化學氣相沉積法在不同外徑的碳棒 或碳片上沉積不同厚度和長度的氮化硼管，用機械和煅燒的方法去除氮化硼管內或碳片上 的碳，獲得氮化硼管或氮化硼隔片；然后按設計要求在氮化硼管上打孔，再切割為所設計的尺寸；最后將七根有孔的氮化硼管緊密排列，用微型鉆按照設計要求在周邊氮化硼管兩 端開槽口 ；(3)發熱體的穿繞發熱體從第一周邊氮化硼管后端穿入，然后依次通過第二周邊氮化硼管到第六周 邊氮化硼管及前端面雙壁槽口、后端面雙壁槽口，最后從第六周邊氮化硼管后端穿出；發熱 體兩端再經單壁槽口穿入中心氮化硼管中由過渡線引出；條形螺旋狀發熱體的各彎折處須 嵌入各槽口 ；具體為條形螺旋狀的發熱體從第一周邊氮化硼管后端放入，到達第一周邊 氮化硼管前端后，再從第二周邊氮化硼管前端進入，到達第二周邊氮化硼管后端后，再進入 第三周邊氮化硼管，依次往復，最后從第六周邊氮化硼管中穿出，然后將第一周邊氮化硼管 和第六周邊氮化硼管中的發熱體兩端與兩根過渡線分別焊接，然后將過渡線從中心氮化硼 管中引出，保證兩個焊接點在中心氮化硼管內；發熱體從一根氮化硼管進入另一根氮化硼 管時，其彎折處要嵌入各雙壁槽口，發熱體兩端與過渡線連接后進入中心氮化硼管時，要經 由兩個單壁槽口進入。(4)發熱體的引出發熱體兩端分別與同成分合金過渡線連接，過渡線截面積為網狀多孔材料真實截 面積的4 5倍；每根過渡線整根對折，兩個并攏端頭的一端往返折疊作為搭接處，另一端 作為纏繞絲；發熱體的端頭與過渡線的搭接處捏合，用纏繞絲固定后采用脈沖點焊；發熱 體兩端與過渡線焊接后，將兩根過渡線從中心氮化硼管中引出，隔片將兩根過渡線分開，發 熱體與過渡線的連接點在中心氮化硼管內部。氮化硼管間固定用的無機膠為硅酸鹽耐高溫無機膠，由液相成分與固相成分混合而成，其固相成分與液相成分質量比為2 :1 ;液相成分為娃酸鉀溶液，固相成分為二氧化 硅粉末與氧化鋁粉末混合而成，二氧化硅粉末與氧化鋁粉末的質量比3 I。上述一體化發熱芯應用于航天飛行器姿、軌控推力器所用的內置式多孔加熱器中。一體化發熱芯的制備工藝具體步驟如下I)氮化硼管和氮化硼片的制備采用化學氣相沉積法在不同外徑的碳棒上沉積不同厚度和長度的氮化硼管，用機 械和煅燒的方法去除氮化硼管內的碳棒。氮化硼片制備方法相似。2)氮化硼管打孔確定好周邊氮化硼管和中心氮化硼管的長度、孔洞的個數、孔徑、孔間距等參數， 設置好脈沖激光加工機設備參數，按設計要求打孔。3)氮化硼管和氮化硼片的切割使用劃片切割機將打好孔洞的氮化硼管和氮化硼片按設計尺寸切割，然后清洗干凈。4)多孔氮化硼管端面開槽口將7根氮化硼管緊密排列，中心為略短的氮化硼管，各管前端面對齊，然后用細金 屬絲捆扎緊固；用微型鉆按照設計要求在發熱芯的上下端面開槽口，操作時緩慢打磨，避免 大片氮化硼脫落。5)條形螺旋狀發熱體的制備將泡沫鎳板材用數控線切割機床加工成所需尺寸的條形，然后在細陶瓷管上纏繞 為螺旋狀，清洗干燥后經固相滲鉻(或滲鉻后再滲鋁)、真空熱處理，得到三維網狀多孔的 條形螺旋狀的鎳鉻或鎳鉻鋁發熱體。6)發熱體的穿繞將條形螺旋狀發熱體依次往復穿裝入周邊的六根多孔氮化硼管，注意發熱體在各 管端的彎折處應放置在槽口內。7)發熱體的電引出在中心氮化硼管中，將發熱體兩端分別與兩根過渡線焊接在一起，過渡線從插入 氮化硼隔片的中心氮化硼管穿出，隔片將兩根過渡線分開，防止短路。8)發熱體骨架的固定將穿繞發熱體的周邊六根氮化硼管與中心氮化硼管按照排列順序和開槽口位置 用無機膠粘牢并放置一定時間固化。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于內置式多孔加熱器的一體化發熱芯，其特征在于：該一體化發熱芯包括發熱體、發熱體骨架和過渡線；發熱體為條形螺旋狀，發熱體骨架由七根氮化硼管經密排而成，所述密排具體為六根周邊氮化硼管以一根中心氮化硼管為中心對稱排布；中心氮化硼管管內軸向放置隔片，周邊氮化硼管的兩端開有槽口，發熱體經槽口依次往復穿入周邊氮化硼管；發熱體兩端與過渡線焊接后將過渡線從中心氮化硼管中隔片兩側引出；氮化硼管間用無機膠固定。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李曙，趙宇航，段德莉，張月來，易凡，王鵬，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：