[發(fā)明專利]用于激光器散熱的液態(tài)金屬相變冷板低形變結(jié)構(gòu)及使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211352139.3
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN115832828A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李強(qiáng);楊小強(qiáng);武春風(fēng);姜永亮;胡黎明;韓西萌;胡金萌;王旭鋒;龐中昊;高政旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航天三江集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/04
• 分類號(hào): H01S3/04;H01S5/024
• 代理公司: 武漢知伯樂知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發(fā)明公開了一種用于激光器散熱的液態(tài)金屬相變冷板低形變結(jié)構(gòu)及使用方法，結(jié)構(gòu)包括：分布式液態(tài)金屬散熱單元，其包括等間距陣列排布有多個(gè)內(nèi)置相變材料填充腔的冷板填充于所述相變材料填充腔內(nèi)部用于吸收熱量的液態(tài)金屬，所述相變材料填充腔設(shè)于光學(xué)元件背后方且位于冷板內(nèi)部被冷板完全密封；相變膨脹緩沖單元，包括滑動(dòng)腔、與滑動(dòng)腔滑動(dòng)連接并起到對(duì)相變材料填充腔中的液態(tài)金屬產(chǎn)生動(dòng)密封作用的密封滑動(dòng)板、設(shè)置于滑動(dòng)腔內(nèi)部且對(duì)密封滑動(dòng)板起到彈性支撐作用的緩沖彈簧。通過對(duì)相變材料填充腔進(jìn)行分布式放置，提高了冷板的力學(xué)強(qiáng)度和冷板利用率；且利用液態(tài)金屬發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的特性，達(dá)到了均溫、控溫和散熱的技術(shù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器熱管理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于激光器散熱的液態(tài)金屬相變冷板低形變結(jié)構(gòu)及使用方法。

背景技術(shù)

激光因具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等優(yōu)點(diǎn)，使得激光裝備在未來具有較大發(fā)展?jié)摿ΑＲ蚴苤朴诠怆娹D(zhuǎn)化效率的影響，激光裝備的光電器件會(huì)產(chǎn)生大量熱量，熱量不及時(shí)導(dǎo)出，光電器件的性能將會(huì)急劇降低。目前，光電器件的散熱方式主要采用風(fēng)冷和水冷兩種形式：風(fēng)冷因散熱量效率低，很難解決高功率激光裝備的散熱問題；水冷雖然具有效率高、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，但水冷熱管理系統(tǒng)體積過于龐大，限制了激光裝備小型化和輕量化的發(fā)展。

為了解決上述技術(shù)問題，中國發(fā)明專利CN 113764963 A公開了一種光纖激光器器件熱控管理裝置及光纖激光器，包括均溫板、冷卻模塊和第一金屬模塊；均溫板用于設(shè)置在光纖激光器器件的第一側(cè)，所述均溫板上具有金屬模塊放置槽，均溫板內(nèi)部具有制冷工質(zhì)流道，制冷工質(zhì)流道位于所述金屬模塊放置槽的至少一側(cè)，制冷工質(zhì)流道內(nèi)填充有制冷工質(zhì)；第一金屬模塊位于金屬模塊放置槽內(nèi)，第一金屬模塊包括第一液態(tài)金屬和封裝在第一液態(tài)金屬外部的第一封裝部；冷卻模塊設(shè)置在所述均溫板的一側(cè)，所述冷卻模塊用于吸收光纖激光器器件的經(jīng)所述均溫板傳導(dǎo)的熱量；此外，中國實(shí)用新型專利CN 209625139 U公開了一種降低芯片導(dǎo)冷板接觸熱阻的裝置，包括導(dǎo)冷板和散熱片，所述導(dǎo)冷板內(nèi)部開設(shè)有方形槽位，方形槽位內(nèi)填充液態(tài)金屬相變熱吸收材料，導(dǎo)冷板固定在散熱片上。

上述專利技術(shù)方案中，均通過具有高導(dǎo)熱性能的液態(tài)金屬從而對(duì)光電器件達(dá)到了良好的散熱效果，但仍存在如下技術(shù)問題：(1)對(duì)冷板與液態(tài)金屬結(jié)合的散熱方式，對(duì)于連續(xù)式大面積填充會(huì)降低其散熱效率，同時(shí)會(huì)因液態(tài)金屬昂貴的價(jià)格造成制造成本的提高，且對(duì)冷板力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生較大削弱；(2)由于液態(tài)金屬固態(tài)時(shí)具有較大硬度和強(qiáng)度，而冷板又具有延展性，使得在液態(tài)金屬凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，液態(tài)金屬膨脹會(huì)讓冷板產(chǎn)生局部變形，這會(huì)導(dǎo)致光電器件與冷板的接觸不良，傳熱性能急劇下降，甚至導(dǎo)致光電器件損壞；(3)上述專利技術(shù)所述的冷卻方法不能很好的適應(yīng)于具有短時(shí)高發(fā)熱特征的高功率激光裝備，其發(fā)熱呈脈沖式和周期性，激光裝備的恢復(fù)時(shí)間明顯長于工作時(shí)間，若僅采用上述冷卻方式，僅能通過實(shí)時(shí)散熱將光學(xué)器件的熱量帶走，無法實(shí)現(xiàn)大功率激光裝備的制冷設(shè)備小型化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種用于激光器散熱的液態(tài)金屬相變冷板低形變結(jié)構(gòu)，通過對(duì)相變材料填充腔進(jìn)行分布式放置，有效提高了冷板的力學(xué)強(qiáng)度和液態(tài)金屬冷板利用率；冷板內(nèi)部填充導(dǎo)熱性能好、單位體積潛熱大的相變溫度為常溫段的液態(tài)金屬，可對(duì)光電器件進(jìn)行有效控溫。通過利用液態(tài)金屬在恒溫下發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)具有大潛熱的特性，使得其具有良好的吸熱、儲(chǔ)熱、均溫能力以及無需外部制冷和驅(qū)動(dòng)裝備等優(yōu)勢，由于高功率激光裝備具有短時(shí)高發(fā)熱的特征，發(fā)熱呈脈沖式和周期性，激光裝備的恢復(fù)時(shí)間明顯長于工作時(shí)間，相變散熱技術(shù)能利用相變潛熱吸收激光裝備中的光電器件短時(shí)間內(nèi)釋放的大量熱量，然后再通過一定時(shí)間將熱量導(dǎo)出，恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而有效達(dá)到了均溫、控溫和散熱的技術(shù)效果。包括：

按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于激光器散熱的液態(tài)金屬相變冷板低形變結(jié)構(gòu)，包括：

分布式液態(tài)金屬散熱單元，其包括等間距陣列排布有多個(gè)內(nèi)置相變材料填充腔的冷板、填充于所述相變材料填充腔內(nèi)部用于吸收熱量的液態(tài)金屬，所述冷板豎向放置，所述相變材料填充腔設(shè)于光學(xué)元件背后方且位于冷板內(nèi)部被冷板完全密封；