[發明專利]用于內置式多孔加熱器的一體化發熱芯及其制備方法

有效

• 申請號: 201110278432.5
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN103002602A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: H05B3/02
• 分類號: H05B3/02;H05B3/06;B64G1/40
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明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。

背景技術

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?，F有的發熱芯無法滿足以上要求，本發明為內置式多孔加熱器的一體化發熱芯的全新設計和制作。

發明內容

本發明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。

本發明的技術方案是：

一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0.2～0.5mm，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：

(1)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：