CN104918459A - 一种导热卫星壁板的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种导热卫星壁板的制备方法，它涉及一种卫星壁板的制备方法。本发明目的是为了解决现有卫星利用预埋热管来解决其热控问题，不但破坏芯子的完整性，其热控效果欠佳，影响卫星整体使用功能。本发明包括步骤一：制作下面板和导热上面板；步骤二：制作导热芯子：首先将制备完毕的每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二高导热膜片，最后将粘贴有第二高导热膜片的多个芯子组成板组装形成导热芯子；步骤三：插设高导热块体：在步骤二制备的导热芯子中***多个高导热块体；步骤四：将导热上面板固定连接在导热芯子的上端面，下面板固定连接在导热芯子的下端面即可形成导热卫星壁板。本发明用于制备导热卫星壁板。

Description

一种导热卫星壁板的制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种导热卫星壁板的制备方法。

背景技术

一个卫星先进与否直接与其所载的电子元器件息息相关，而电子元器件在服役过程中必然产生热量，热量必然导致热控问题，热控***能否很好的解决这部分热问题，直接关系到电子元器件的使用及寿命，进而决定卫星的整体功能。如果热问题不能很好解决，大大限制电子元器件的应用，进而约束卫星所能展现的功能。现有的方案通过预埋热管的方式解决热控，一方面增加了卫星壁板的重量，另外一方面单纯增加热管也不能很好的解决热控问题。

随着大规模集成电路技术的迅速发展，在卫星中的集成电路板上，电子芯片单位面积的功率不断增加。由于芯片发热使局部温度升高，如何把热量导出来成为电子技术进一步发展的关键问题。为了解决卫星壁板的热控问题，目前卫星壁板的结构形式大部分是采用蜂窝芯子与预埋热管的方式相结合，蜂窝芯子用来承载，热管采用纵横垂直的方式进行预埋，用来将内面板的热量在面内拉平以及导到别的区域，往往预埋过程中会破坏蜂窝芯子的完整性。现有的结构形式不能很好的解决未来卫星壁板的热控问题，亟需发展新型的卫星壁板结构形式。

发明内容

本发明的目的是提供一种导热卫星壁板的制备方法，以解决现有卫星利用预埋热管来解决其热控问题，不但破坏芯子的完整性，其热控效果欠佳，影响卫星整体使用功能。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种导热卫星壁板的制备方法，它是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板和导热上面板：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片形成导热上面板；

步骤二：制作导热芯子：首先将制备完毕的每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片，最后将粘贴有第二导热膜片的多个芯子组成板组装形成导热芯子；

步骤三：插设导热块体：在步骤二制备的导热芯子中***多个导热块体；

步骤四：将导热上面板固定连接在导热芯子的上端面，下面板固定连接在导热芯子的下端面形成导热卫星壁板。

一种导热卫星壁板的制备方法，它是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板和导热上面板：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片形成导热上面板；

步骤二：制作导热芯子：首先在每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片，其次，在将粘贴有第二导热膜片的多个芯子组成板进行制备，最后将制备完毕后的多个芯子组成板组装形成导热芯子；

步骤三：插设导热块体：在步骤二制备的导热芯子中***多个导热块体；

步骤四：将导热上面板固定连接在导热芯子的上端面，下面板固定连接在导热芯子的下端面形成导热卫星壁板。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明能够保证芯子完整性，第二导热膜片与芯子组成板的结合形成导热芯子，有效起到传导热量的作用。

2、本发明有效降低卫星壁板的质量，且能显著提高结构热控性能，上面板上粘贴的第一导热膜片可以实现温度在面内拉平的效果。

3、本发明制备步骤简易，操作难度低，适合流水线作业。本发明易实现批量化与低成本化，与现有技术相比，有效降低制备成本，导热膜片可批量化生产，导热块预埋芯子中的布置方式易实现，最大限度保证了芯子的完整性，有利于延长其内部电子元器件的使用寿命，进而使卫星的整体功能得以发挥，在卫星领域中具有较大的应用潜力。

4、本发明适用于各种类型的芯子结构，适用范围广泛。

附图说明

图1是当导热芯子为导热蜂窝芯子时的导热卫星壁板的立体结构示意图，

图2是当导热芯子为导热栅格芯子时的导热卫星壁板的立体结构示意图，

图3是当导热芯子为导热金字塔芯子时的导热卫星壁板的立体结构示意图，

图4是导热金字塔芯子的俯视结构示意图，

图5是上嵌板5的主视结构示意图，

图6是下嵌板6的主视结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板2和导热上面板1：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板2，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片7形成导热上面板1；

步骤二：制作导热芯子3：首先将制备完毕的每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片8，最后将粘贴有第二导热膜片8的多个芯子组成板组装形成导热芯子3；

步骤三：插设导热块体4：在步骤二制备的导热芯子3中***多个导热块体4；

步骤四：将导热上面板1固定连接在导热芯子3的上端面，下面板2固定连接在导热芯子3的下端面形成导热卫星壁板。

本实施方式中上面板是复合材料或铝合金制成的板体，上面板的上端面为与电子元器件相接触的面，上面板的上端面通过导热胶与第一导热膜片7粘接制为一体形成导热上面板1，使得卫星产生的局部热量在上面板的上端面内快速平衡。导热芯子3是将导热材料制备成导热带预置在芯子中形成，尤其是预置在局部芯片发热量较高的区域，从而提高芯子的热控特性。本发明是在卫星壁板中局部取代现有预埋热管的方案，使卫星壁板既轻质又具有很好的热控能力。

本实施方式中多个第二导热膜片8通过粘接的方式与每个芯子组成板连接，多个导热块体是通过镶嵌连接的方式***导热芯子中，多个第二导热膜片8与插设在导热芯子3中的多个导热块体4组成导热带，导热带是一种导热通道。第一导热膜片7和第二导热膜片8均为石墨膜或其他导热膜制成的片体。导热块体4为碳泡沫、石墨多孔材料、相变材料或其他导热的泡沫制成的块体，其设置的目的是填充在导热芯子中产生热量的空隙。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述导热上面板1粘接或焊接在导热芯子3的上端面，下面板2粘接或焊接在导热芯子3的下端面。

当导热上面板1和下面板2为复合材料板体、导热芯子3为复合材料制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；当导热上面板1和下面板2为复合材料板体、导热芯子3为铝合金板体或其他轻质金属制成时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；

当导热上面板1和下面板2为铝合金板体或其他轻质金属制成的板体、导热芯子3为复合材料制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；当导热上面板1和下面板2为铝合金板体或其他轻质金属制成的板体、导热芯子3为铝合金板体或其他轻质金属制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别焊接在导热芯子3的上端面和下端面上。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式中芯子组成板为波纹板，导热芯子3为导热蜂窝芯子。本实施方式中多个芯子组成板为波纹板，将每个波纹板两侧各粘接有一个第二导热膜片8，然后将粘接有第二导热膜片8的多个波纹板组装形成导热蜂窝芯子，再将多个导热块体4镶嵌在导热蜂窝芯子中产生热量较大区域中的多个多边形通孔内，如此设置，多个第二导热膜片8和多个导热块体4形成一条导热带，从而提导热蜂窝芯子的热控特性，有效传导卫星产生的热量，同时导热带的设置能够保证热蜂窝芯子的完整性，减轻卫星壁板的重量。其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板2和导热上面板1：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板2，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片7形成导热上面板1；

步骤二：制作导热芯子3：首先在每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片8，其次，在将粘贴有第二导热膜片8的多个芯子组成板进行制备，最后将制备完毕后的多个芯子组成板组装形成导热芯子3；

步骤三：插设导热块体4：在步骤二制备的导热芯子3中***多个导热块体4；

步骤四：将导热上面板1固定连接在导热芯子3的上端面，下面板2固定连接在导热芯子3的下端面形成导热卫星壁板。

本实施方式中上面板是复合材料或铝合金制成的板体，上面板的上端面为与电子元器件相接触的面，上面板的上端面通过导热胶与第一导热膜片7粘接制为一体形成导热上面板1，使得卫星产生的局部热量在上面板的上端面内快速平衡。导热芯子3是将导热材料制备成导热带预置在芯子中形成，尤其是预置在局部芯片发热量较高的区域，从而提高芯子的热控特性。本发明是在卫星壁板中局部取代现有预埋热管的方案，使卫星壁板即轻质又具有很好的热控能力。

本实施方式中多个第二导热膜片8通过粘接的方式与每个芯子组成板连接，多个导热块体是通过镶嵌链接的方式***导热芯子中，多个第二导热膜片8与插设在导热芯子3中的多个导热块体4组成导热带，导热带是一种导热通道。第一导热膜片7和第二导热膜片8均石墨膜或其他导热膜制成的片体。导热块体4为碳泡沫、石墨多孔材料、相变材料或其他导热的泡沫制成的块体，其设置的目的是填充在导热芯子中产生热量的空隙，其具体形状依据芯子中空隙的形状而定。

具体实施方式五：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式中所述导热上面板1粘接或焊接在导热芯子3的上端面，下面板2粘接或焊接在导热芯子3的下端面。

当导热上面板1和下面板2为复合材料板体、导热芯子3为复合材料制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；当导热上面板1和下面板2为复合材料板体、导热芯子3为铝合金板体或其他轻质金属制成时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；

当导热上面板1和下面板2为铝合金板体或其他轻质金属制成的板体、导热芯子3为复合材料制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别粘接在导热芯子3的上端面和下端面上；当导热上面板1和下面板2为铝合金板体或其他轻质金属制成的板体、导热芯子3为铝合金板体或其他轻质金属制成的芯子时，导热上面板1和下面板2分别焊接在导热芯子3的上端面和下端面上。其他组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中芯子组成板为直板，导热芯子3为导热栅格芯子或导热金字塔芯子。

当芯子组成板为直板时，首先在每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片8，然后在对每个带有第二导热膜片8的直板进行开槽加工，多个带有第二导热膜片8的直板通过嵌锁方式组装形成导热栅格芯子，导热栅格芯子中包括多个三角形通孔，多个导热块体4也相应地设置为三棱柱体，逐一插设在导热栅格芯子中产生热量较大的三角形通孔中。

导热金字塔芯子的拼装过程如下：每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片8，粘贴有第二导热膜片8的多个芯子组成板包括多个上嵌板5和多个下嵌板6，每个上嵌板5为条形板体，上嵌板5的下边缘均匀加工有多个第一镶嵌豁口5-1，上嵌板5的板面上沿其长度方向均匀加工有多个第一倒梯形孔5-2，每个第一倒梯形孔的底面上加工有第一条状豁口5-3，所述第一条状豁口5-3的开口方向位于第一倒梯形孔5-2内，每个第一镶嵌豁口5-1的两侧各加工有一个第一三角形孔5-4，每个下嵌板6为条形板体，下嵌板6的上边缘均匀加工有多个第二镶嵌豁口6-1，下嵌板6的板面上沿其长度方向均匀加工有多个第二倒梯形孔6-2，每个第二倒梯形孔6-2的底面上加工有第二条状豁口6-3，所述第二条状豁口6-3的开口方向位于第二倒梯形孔6-2外，每个第二镶嵌豁口6-1的两侧各加工有一个第二三角形孔6-4，多个上嵌板5通过第一镶嵌豁口5-1与多个下嵌板6的第二镶嵌豁口6-1相卡接形成导热金字塔芯子。导热金字塔芯子中上嵌板5和下嵌板6之间形成多个矩形孔，多个导热块体4也相应地设置为长方体形状，逐一插设在导热金字塔芯子中产生热量较大的矩形孔中。其他组成及连接关系与具体实施方式四和五相同。

本发明适用范围不局限在上述蜂窝芯子、栅格芯子和金字塔芯子，其他类型的芯子也同样使用，制备导热芯子的过程同理于制备导热蜂窝芯子、导热栅格芯子和导热金字塔芯子的过程。

实施例一：结合具体实施一和四、说明书附图1至6说明本实施例：本实施例中第一导热膜片7和第二导热膜片8材质和构造均相同，为了全面评价本发明制备的导热卫星壁板的综合性能，将采用ABAQUS有限元软件模拟预置“传热带”新型卫星舱板的力学及热控特性，同时对导热膜片和导热块组成的导热带的几何参数进行数值优化工作。

(1)导热带主要由新型高导热材料，如：石墨膜、碳泡沫等构成，需要对材料或结构的热性能参数进行了计算推导，热性能参数具体为热阻、导热系数、对流换热系数等，以待有限元模拟时使用。

(2)以传统卫星舱板为分析对象，用ABAQUS有限元软件建立传统卫星舱板以及预置导热带的新型卫星舱板结构模型，分别揭示其传热机制，并比较两种热控结构的热控性能，具体实现过程如下：

结构芯子：采用铝合金蜂窝，体密度为110千克/立方米，蜂窝夹芯材料的等效导热系数为1.5W/m-K。

上面板和下面板：采用6063铝合金，导热系数为120W/m-K。

热控***：

A型热管传热能力为112瓦.米，截面尺寸为9.2mm×30mm，B型热管传热能力为448W.m，截面尺寸为15.6×30mm。结构内表面喷白漆红外发射率为0.9，外表面布置OSR图层太阳吸收率0.2、红外发射率0.8

为了证明预埋导热带方案优于传统卫星舱板结构，我们进行了传热能力的比较：在相同质量条件下(即结构面密度均为10.4Kg/m2)，在结构内表面四个对称的部位施加总量36瓦的芯片热源即结构内表面四个对称的部位30×30施加10000瓦/平米的热源，内环境温度20度，外环境温度-269.15度4K。

传统卫星舱板的传热特征如下：面内通过全预埋的热管拉平之后，最高温度为52.68度，整个舱板结构最大温差为30.57度。接触电子芯片的内面板平均温度为38.68度，温度方差S＝14.01度。

本发明制备的卫星壁板的传热特征如下：面内通过碳泡沫拉平之后，最高温度为29.29度，整个舱板结构最大温差为8.86度。接触电子芯片的内面板平均温度为25.97度，温度方差S＝3.32度。

在相同质量条件下，我们可以发现预置碳泡沫能使面内的温度分布更加均匀，相对传统卫星舱板温度变化的幅度更加平缓，即温度方差的值更小。研究过程中，也将会根据实际工况，优化传热路径，合理布置传热带的位置和面积，比较在相同传热能力条件下，给出本发明制备的卫星壁板相比传统卫星舱板能减轻质量的量值，从而给工程应用部门提供参考的依据。本实施例未提及的结构及方法步骤与具体实施一或四相同。

Claims (6)

1.一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：它是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板(2)和导热上面板(1)：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板(2)，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片(7)形成导热上面板(1)；

步骤二：制作导热芯子(3)：首先将制备完毕的每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片(8)，最后将粘贴有第二导热膜片(8)的多个芯子组成板组装形成导热芯子(3)；

步骤三：插设导热块体(4)：在步骤二制备的导热芯子(3)中***多个导热块体(4)；

步骤四：将导热上面板(1)固定连接在导热芯子(3)的上端面，下面板(2)固定连接在导热芯子(3)的下端面形成导热卫星壁板。

2.根据权利要求1所述的一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：所述导热上面板(1)粘接或焊接在导热芯子(3)的上端面，下面板(2)粘接或焊接在导热芯子(3)的下端面。

3.根据权利要求1或2所述的一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：芯子组成板为波纹板，导热芯子(3)为导热蜂窝芯子。

4.一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：它是按照以下步骤实现的：

步骤一：制作下面板(2)和导热上面板(1)：将原始板料按规定的尺寸分别裁剪出上面板和下面板(2)，在上面板的上端面粘贴有一层第一导热膜片(7)形成导热上面板(1)；

步骤二：制作导热芯子(3)：首先在每个芯子组成板的两侧各粘贴有一层第二导热膜片(8)，其次，在将粘贴有第二导热膜片(8)的多个芯子组成板进行制备，最后将制备完毕后的多个芯子组成板组装形成导热芯子(3)；

步骤三：插设导热块体(4)：在步骤二制备的导热芯子(3)中***多个导热块体(4)；

步骤四：将导热上面板(1)固定连接在导热芯子(3)的上端面，下面板(2)固定连接在导热芯子(3)的下端面形成导热卫星壁板。

5.根据权利要求4所述的一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：所述导热上面板(1)粘接或焊接在导热芯子(3)的上端面，下面板(2)粘接或焊接在导热芯子(3)的下端面。

6.根据权利要求4或5所述的一种导热卫星壁板的制备方法，其特征在于：芯子组成板为直板，导热芯子(3)为导热栅格芯子或导热金字塔芯子。