[发明专利]用于内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天飞行器电热推力器热控设施中的加热元件，具体为用于内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法。

背景技术

我国航天科技集团公司于二十世纪末开始发射一系列卫星和飞船等空间飞行器，包括低轨道、长寿命、三轴稳定对地观察卫星。目前该类卫星多采用单组元推进剂(肼)催化分解式推力器进行姿态和轨道调整，在轨运行对催化剂要求苛刻，冷启动会极大损伤催化剂的寿命。为此采用在推力室外包覆热控设施的方案，用外部加热器对催化床长期加热，这不仅消耗星上大量的宝贵资源，也降低了整星的可靠性。为提高推力器的比冲，节省星上能源，国外发展了新型的电热肼推力器，将电热元件安装在推力器内部，即用内置式加热器取代催化床，使肼直接与发热体接触受热分解。

电热肼推力器对内置式加热器的发热芯提出了很高的要求：阻值满足设计指标，功率稳定；与肼及肼分解气氛相容；比表面积大，热交换交换效率高；孔隙率高，不影响介质的流动。现有的发热芯无法满足以上要求，本发明为内置式多孔加热器的一体化发热芯的全新设计和制作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率稳定、结构可靠、绝缘性好和换热效率高的用于内置式多孔加热器的一体化发热芯及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种用于内置式多孔加热器的一体化发热芯，该一体化发热芯包括发热体、发热体骨架和过渡线；发热体为条形螺旋状，发热体骨架由七根氮化硼管经密排而成，所述密排具体为六根周边氮化硼管以一根中心氮化硼管为中心对称排布；中心氮化硼管管内轴向放置隔片，周边氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边氮化硼管；发热体两端与过渡线焊接后将过渡线从中心氮化硼管中隔片两侧引出；氮化硼管间用无机胶固定。

所述发热体其材质为网状多孔镍铬合金或网状多孔镍铬铝合金，是由相互连通的中空薄壁金属棱构成三维网状多孔结构，其孔隙相互连通、分布均匀；孔隙率为90～98％，孔径尺寸为90～110PPI；所述网状多孔镍铬合金中铬的质量百分含量为18～35％；所述网状多孔镍铬铝合金中铬的质量百分含量为18～35％，铝的质量百分含量为2～10％。

所述周边氮化硼管的内径为3～5mm，壁厚为0.2～0.5mm，长度为10～15mm；所述中心氮化硼管其长度为周边氮化硼管的五分之四到二分之一之间，其厚度为周边氮化硼管的一倍到二倍之间，其内径与周边氮化硼管相同。

所述氮化硼管其孔洞在管的圆周上均匀分布，相邻二排孔洞间隔排列，即某一个孔洞的圆心在邻排两孔洞圆心连线的垂直平分线上；孔洞总面积大于管壁面积的50％。

所述隔片为条形氮化硼，其长度和厚度分别与中心氮化硼管的长度和壁厚相同，其宽度与中心氮化硼管的内径相同。

发热体骨架前端面从第一周边氮化硼管到第六周边氮化硼管间隔着于两管相切处开前端面双壁槽口三处，分别为第一周边氮化硼管和第二周边氮化硼管相切处、第三周边氮化硼管和第四周边氮化硼管相切处、第五周边氮化硼管和第六周边氮化硼管相切处；发热体骨架后端面在第二周边氮化硼管和第三周边氮化硼管相切处、第四周边氮化硼管和第五周边氮化硼管相切处开后端面双壁槽口二处；发热体骨架后端面在第一周边氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸处、第六周边氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸处开单壁槽口两处。

上述的一体化发热芯的制备方法，包括如下步骤：

(1)条形螺旋状发热体的制备：

将泡沫镍板加工为条形螺旋状的泡沫镍后，对条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬法渗铬后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬合金；或者将条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬、再渗铝后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬铝合金；

(2)发热体骨架的制备：

首先制备氮化硼管和氮化硼隔片的制备：采用化学气相沉积法在不同外径的碳棒或碳片上沉积不同厚度和长度的氮化硼管，用机械和煅烧的方法去除氮化硼管内或碳片上的碳，获得氮化硼管或氮化硼隔片；

然后按设计要求在氮化硼管上打孔，再切割为所设计的尺寸；

最后将七根有孔的氮化硼管紧密排列，用微型钻按照设计要求在周边氮化硼管两端开槽口；

(3)发热体的穿绕：