專利名稱：一種可變散熱器及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變散熱器及其制作方法，屬于航天器熱控制技術領域。
背景技術：
傳統的散熱器是由高發射率金屬材料制成的片狀結構，其散熱能力是恒定 的。隨著多任務和可變軌航天器技術的發展，航天器要處于天體陰影很長時間， 這時由于散熱器能力恒定不可調節，使得航天器內部熱量大量散失，以至于需 要消耗航天器內寶貴的能源進行加熱以保證內部適宜的工作溫度，因而遠不能 滿足航天器發展的要求。隨著航天器多任務化和任務實時化發展，迫切需求散 熱器等具備主動調節控制能力。
本發明的可變散熱器為"三明治"結構，采用20-100V左右的靜電電壓控制， 其工作原理是在壓電陶瓷兩面施加一定電場，產生逆壓電效應使壓電陶瓷收縮 和膨脹，而和壓電陶瓷粘在一起的散熱片由于長度沒有發生變化而導致兩個粘 接層整體拱起，從而可以有與基片接觸和斷開兩種狀態，由于在空間中是真空， 因此基片與散熱片之間的熱交換就可以從熱傳導轉換為熱輻射，后者的換熱能 力遠小于前者，尤其加了紅外高反射層時，幾乎可以忽略，從而就實現了散熱 和保溫兩種功能。本發明可以根據航天器熱控需求主動調整散熱器的散熱能力， 具有散熱和保溫兩種工作狀態，而且散熱能力連續可變，使航天器能夠適應復 雜多變的熱環境，從而可以大大提高航天器的可靠性和適存性。
發明內容
本發明的目的是提供一種可變散熱器及其制作方法，解決傳統散熱器不能 根據航天器實際所處的熱環境進行散熱能力調節的問題。
本發明的目的是由以下技術方案實現的
本發明的一種可變散熱器，包括導熱基片、散熱片和驅動片；導熱基片、 散熱片和驅動片均為尺寸相同的片狀結構，導熱基片是整個器件的基底，導熱 基片一面鍍制紅外高反射薄膜，驅動片一面鍍制紅外高反射率射膜，散熱片一面鍍制一層紅外高發射率薄膜；散熱片無膜一面與驅動片無紅外高反射膜層的 上表面粘接在一起形成一個復合體，復合體驅動片面四角與導熱基片有鍍膜的 一面粘接固定，形成三明治結構，四角粘接區域接出電極引線。其中，導熱基 片釆用氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種材料，導熱基片上表面鍍制的紅 外高反射薄膜為鋁、銀或金的任意一種，驅動片采用兩面帶銀電極的壓電陶瓷， 驅動片表面鍍制的紅外高反射率薄膜為鋁、銀或金的任意一種；散熱片釆用具
備較高彈性和較高導熱率的石英玻璃、不銹鋼或摻鈰玻璃中的任意一種，散熱
片上鍍制紅外高發射率薄膜是黑鎳、二氧化硅中的任意一種； 本發明的一種可變散熱器制作方法，其步驟如下
步驟一，在長度30mm-100腿、寬度30咖-100咖、厚度在0. 5mm-5mm間的基 片上，對上表面進行研磨加工，使其不平度在0. lum-lum;其中基片為氧化鋁、 氮化鋁或氧化鈹中的任意一種；
步驟二，在步驟一加工好的上表面上沉積一層厚度為10nm-50nm的紅外高 反射薄膜，然后在上面沉積一層10nm-50nm厚的透明導熱電絕緣薄膜，其中紅 外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種，透明導熱電絕緣薄膜可以用二氧 化硅，此時就完成了導熱基片的制作；
步驟三，制備與基底同樣大小、厚度在O. lmm-lmm間的壓電陶瓷片，壓電 陶瓷片兩面燒制銀電極并極化，要求壓電陶瓷片的機電耦合系數大于2X 10—lflC/N，居里溫度在300攝氏度以上；
步驟四，在步驟三制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層10nm-50nm的紅外高 反射薄膜，其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種，該部件為驅動 片；
步驟五，散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的材料制備成與基底同樣 大小、厚度在O. lram-lmm間的片狀結構，散熱片采用石英玻璃、不銹鋼或摻鈰 玻璃中的任意一種；
步驟六，在步驟五制備的片狀結構上表面沉積一層lOOnm-200nm的紅外高 發射率薄膜，薄膜材料可以是黑鎳、二氧化硅中的任意一種，這樣就完成了散 熱片的制備；
歩驟七，將步驟四制備的驅動片未鍍膜面與步驟六制備的散熱片未鍍膜面 采用耐高低溫膠粘接起來，要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓力并在
550-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小時，以減小應力變形；
步驟八，將驅動片和散熱片復合體的驅動片面的四角采用耐高低溫膠固定
到步驟二完成的導熱基底上面，四角粘接面積均為1-5平方毫米，要求粘接和 固化過程中一直施加均勻的壓力并在50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小
時，以減小應力變形；
步驟九，在壓電陶瓷片四角粘接區域接出電極引線，用以引入驅動電壓， 這樣就完成了散熱能力可變的散熱器的制作。
工作過程
當需要散熱片散熱時，即不加電壓時，導熱片與驅動片和散熱片粘接成的 復合體由于四角用膠固定粘接在一起，因此，熱源產生的熱量就會經由導熱基 片和驅動片通過熱傳導傳遞到散熱片上，此時，具有較高發射率的散熱片就會 把熱量通過輻射疏散到外部；當熱源不需要散熱時，給壓電陶瓷驅動片施加一 個電壓，由于壓電陶瓷的逆壓電效應，壓電陶瓷會發生長度方向上的伸縮變形， 而由于壓電陶瓷驅動片與散熱片完全粘接在一起，因此散熱片就會限制驅動片 的變形，從而產生整體的彎曲，此時，驅動片和散熱片粘接成的復合體就會由 于彎曲變形而與導熱基片脫離接觸，由于散熱器工作在宇宙空間的真空環境中， 因此，就相當于產生了一個真空隔熱層，基片與散熱片之間的熱交換由原來的 較大的熱傳導變為小幾個量級的熱輻射，從而實現了保溫功能。
有益效果
(1) 本發明具有散熱和保溫兩種工作狀態，同時散熱狀態下散熱能力連續可
調；
(2) 本發明采用逆壓電效應進行驅動，采用較低的靜電電壓控制，因此具有 控制精度高、響應快和功耗低的特點；
(3) 本發明采用"三明治"結構，具有結構簡單、可靠性高的特點。
圖1是可變散熱器在散熱工作狀態下的結構示意圖； 圖2是可變散熱器在保溫工作狀態下的結構示意圖； 其中，1-散熱片，2-壓電陶瓷，3-導熱基片。具體實施例
實施例一
1. 在長度30mm、寬度30ram、厚度在1. lmrn間的氧化鋁基片上，對上表面進 行研磨加工，使其不平度在O. lum左右；
2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為45nm的金作為紅外高反射薄 膜，然后在上面沉積一層lOmn厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜，此時就完成 了導熱基片的制作；
此時就完成了導熱基片的制作；
3. 制備與基底同樣大小、厚度在0. 12皿間的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，壓電陶 瓷片兩面燒制銀電極并極化；
4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層20nm的金紅外高反射薄膜， 該部件為驅動片；
5. 采用石英玻璃制備成與基底同樣大小、厚度在0. 12mm間的片狀結構；
6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層黑鎳紅外高發射率薄膜，這樣 就完成了散熱片的制備；
7. 將步驟4制備的驅動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來，要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在90攝氏度的溫度下進行保溫1小時，以減小應力變形；
8. 將驅動片和散熱片復合體的驅動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面，四角粘接面積均為2平方毫米，要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在90攝氏度的溫度下進行保溫1小時，以減小應力 變形；
9. 在四角粘接區域為壓電陶瓷片焊接電極引線，這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
該散熱器的發射率變化量約為0. 51。 實施例二
1. 在長度40mm、寬度40順、厚度在1. 0咖間的氮化鋁基片上，對上表面進 行研磨加工，使其不平度在0.2um左右；
2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為50nm的金作為紅外高反射薄膜，然后在上面沉積一層20mn厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜，此時就完成 了導熱基片的制作；
3. 制備與基底同樣大小、厚度在0.15mm間的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，壓電陶 瓷片兩面燒制銀電極并極化；
4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層30nm的金紅外高反射薄膜， 該部件為驅動片；
5. 采用不銹鋼制備成與基底同樣大小、厚度在0. 15mm間的片狀結構；
6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層二氧化硅紅外高發射率薄膜， 這樣就完成了散熱片的制備；
7. 將步驟4制備的驅動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來，要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在120攝氏度的溫度下進行保溫2小吋，以減小應力變形；
8. 將驅動片和散熱片復合體的驅動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面，四角粘接面積均為2平方毫米，要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在120攝氏度的溫度下進行保溫2小時，以減小應 力變形；
9. 在四角粘接區域為壓電陶瓷片焊接電極引線，這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
該散熱器的發射率變化量約為0. 43。 實施例三
1. 在長度50mm、寬度50mm、厚度在1. 5mm間的高剛度、高導熱并且電絕緣 的氧化鈹基片上，采用合適的研磨拋光工藝對上表面進行研磨加工，使其不平 度在0. lum左右;
2. 在步驟1加工好的上表面上沉積一層厚度為60nm的金作為紅外高反射薄 膜，然后在上面沉積一層30nm厚的二氧化硅透明導熱電絕緣薄膜，此時就完成 了導熱基片的制作；
3. 制備與基底同樣大小、厚度在0.15ram間的摻鑭鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，壓 電陶瓷片兩面燒制銀電極并極化；
4. 在步驟3制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層40rim的金紅外高反射薄膜， 該部件為驅動片；5. 采用摻鈰玻璃制備成與基底同樣大小、厚度在0. 15mm間的片狀結構；
6. 在步驟5制備的片狀結構上表面沉積一層黑鎳紅外高發射率薄膜，這樣 就完成了散熱片的制備；
7. 將步驟4制備的驅動片未鍍膜的上電極面與步驟6制備的散熱片未鍍膜 的下表面采用耐高低溫膠粘接起來，要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓 力并在150攝氏度的溫度下進行保溫2小時，以減小應力變形；
8. 將驅動片和散熱片復合體的驅動片面的四角采用耐高低溫膠固定到步 驟2完成的導熱基底上面，四角粘接面積均為2平方毫米，要求粘接和固化過 程中一直施加均勻的壓力并在150攝氏度的溫度下進行保溫2小時，以減小應 力變形；
9. 在四角粘接區域為壓電陶瓷片焊接電極引線，這樣就完成了散熱能力可 變的散熱器的制作。
該散熱器的發射率變化量約為0. 57。
權利要求
1. 一種可變散熱器，其特征在于包括導熱基片、散熱片和驅動片；導熱基片、散熱片和驅動片均為尺寸相同的片狀結構，導熱基片是整個器件的基底，導熱基片一面鍍制紅外高反射薄膜，驅動片一面鍍制紅外高反射率射膜，散熱片一面鍍制一層紅外高發射率薄膜；散熱片無膜一面與驅動片無紅外高反射膜層的上表面粘接在一起形成一個復合體，復合體驅動片面四角與導熱基片有鍍膜的一面粘接固定，形成三明治結構，四角粘接區域接出電極引線；其中，導熱基片采用氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種材料，導熱基片上表面鍍制的紅外高反射薄膜為鋁、銀或金的任意一種，驅動片采用兩面帶銀電極的壓電陶瓷，驅動片表面鍍制的紅外高反射率薄膜為鋁、銀或金的任意一種；散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的石英玻璃、不銹鋼或摻鈰玻璃中的任意一種，散熱片上鍍制紅外高發射率薄膜是黑鎳、二氧化硅中的任意一種。
2. —種可變散熱器制作方法，其特征在于步驟如下步驟一，在長度30mm-100mm、寬度30mm-100mm、厚度在0.5mm-5mm間的基片上，對上表面進行研磨加工，使其不平度在O.lum-lum;其中基片為 氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹中的任意一種；步驟二，在步驟一加工好的上表面上沉積一層厚度為10nm-50nm的紅外高 反射薄膜，其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種，此時就完成了 導熱基片的制作；步驟三，制備與基底同樣大小、厚度在0.1mm-lmm間的壓電陶瓷片，壓 電陶瓷片兩面燒制銀電極并極化，要求壓電陶瓷片的機電耦合系數大于 2xlO—1()C/N，居里溫度在300攝氏度以上；步驟四，在步驟三制備的壓電陶瓷下電極上沉積一層10nm-50nm的紅外高 反射薄膜，其中紅外高反射薄膜可以是鋁、銀或金的任意一種，該部件為驅動 片；步驟五，散熱片采用具備較高彈性和較高導熱率的材料制備成與基底同樣 大小、厚度在0.1mm-lmm間的片狀結構，散熱片采用石英玻璃、不銹鋼或摻 鈰玻璃中的任意一種；步驟六，在步驟五制備的片狀結構上表面沉積一層100nm-200mn的紅外高 發射率薄膜，薄膜材料可以是黑鎳、二氧化硅中的任意一種，這樣就完成了散熱片的制備；步驟七，將步驟四制備的驅動片未鍍膜面與步驟六制備的散熱片未鍍膜面 采用耐高低溫膠粘接起來，要求粘接和固化過程中一直施加均勻的壓力并在 50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小時，以減小應力變形；步驟八，將驅動片和散熱片復合體的驅動片面的四角采用耐高低溫膠固定 到步驟二完成的導熱基底上面，四角粘接面積均為1-5平方毫米，要求粘接和 固化過程中一直施加均勻的壓力并在50-200攝氏度的溫度下進行保溫1-3小 時，以減小應力變形；步驟九，在壓電陶瓷片四角粘接區域接出電極引線，用以引入驅動電壓， 這樣就完成了散熱能力可變的散熱器的制作。
全文摘要
本發明涉及一種可變散熱器及其制作方法，屬于航天器熱控制技術領域。本發明包括導熱基片、散熱片和驅動片三部分組成，導熱基片一面鍍制紅外高反射薄膜，驅動片一面鍍制紅外高反射率射膜，散熱片一面鍍制一層紅外高發射率薄膜；散熱片無膜一面與驅動片無紅外高反射膜層的上表面粘接在一起形成一個復合體，復合體驅動片面四角與導熱基片有鍍膜的一面粘接固定，形成三明治結構，四角粘接區域接出電極引線。本發明具有散熱和保溫兩種工作狀態，同時散熱狀態下散熱能力連續可調；由于采用逆壓電效應進行驅動，因此具有控制精度高、響應快和功耗低、具有結構簡單、可靠性高的特點。
文檔編號F28F27/00GK101458050SQ20081018832
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者敢 吳, 尚凱文, 曹生珠, 楊建平, 瑞 王, 陳學康 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所