[发明专利]一种承载散热一体化X芯波纹壁方孔蜂窝及其制备方法

说明书

本发明涉及一种承载散热一体化X芯波纹壁方孔蜂窝及其制备方法，解决了现有X型点阵芯体三明治板在实际使用过程中存在的流量分配不均的问题，以及X型点阵芯体三明治板的力学承载和对流散热性能较弱的问题，通过添加隔板对通道进行分隔可以改善X型点阵芯体三明治板在实际使用过程中存在的流量分配不均问题；通过将平板翅片改为波纹翅片进一步改善X型点阵芯体三明治板的力学承载和对流散热性能。

技术领域

本发明属于热防护结构技术领域，特别涉及一种承载散热一体化X芯波纹壁方孔蜂窝及其制备方法。

背景技术

开孔金属点阵是具有高孔隙率、高效对流散热、高比强度及比刚度、高比表面积与断裂韧性强等特点的新型多功能材料，且其在吸能和减震等多方面存在潜在优势。以其为芯体的轻质三明治板兼具力学承载和对流散热双重功能，特别适用于航空母舰燃气偏流板与火箭发动机燃烧室等军工装备的热管理、军用高强度轻质紧凑式交叉流换热器等应用场合。

尽管可以利用材料力学、传热学等学科的原理对金属点阵的拓扑构型进行灵活多变的设计，然而每一种特定构型的点阵都需要相应的方法来制备。发展至今，主要的制备方法包括熔模铸造、金属丝编织及金属板冲压或折叠，这些方法实施的难易程度及经济性相差很大。

对于熔模铸造法，首先需要通过快速成型技术将蜡及塑料等易熔材料制备成与目标点阵相同的牺牲模型；随后在该模型表面涂覆耐火材料并使其硬化，从而获得满足一定强度要求的型壳，根据实际需要，可以直接将型壳作为铸模，也可在型壳周围填充干沙等制成铸模；当熔融的金属通过浇注口进入铸模时，由易熔材料制成的牺牲模型逐步熔化并通过铸模上预留的出口流出，之后通过脱模清理制备出金属点阵。该方法可以用来制备具有各种拓扑构型的金属点阵，因而通用性强。但是，这种方法要求熔融金属具有很好的流动性，因而只适用于具有高流动性的有色铸造合金，这极大的限制了金属点阵的选材；除了制备工艺复杂、易产生缺陷外，由于三维金属点阵结构的复杂性，每制备一块儿金属点阵材料，就需要重新制备一个铸模，因而制备成本高、经济性差。根据公开发表的文献，目前通过该方法制备的金属点阵主要包括四面体点阵、金字塔点阵及Kagome点等。

对于金属丝编织，首先需要根据目标点阵的拓扑构型将韧性良好的金属丝弯折为特定的形状(比如螺旋状)；其次，将金属丝从不同的方向按照一定的规律嵌入专用的支架中，从而制备出具有一定孔形的单层金属丝网^[7]；最后，可以将金属丝网堆叠并焊接，从而制备具有菱形孔或者其他孔形的编织点阵，也可以通过金属丝将一定间距的多层金属丝网连接并在金属丝接触点处涂覆焊剂进行钎焊，最终制备出编织 Kagome点阵和WBD点阵等。由此可见，该方法制备流程繁复，而且编织需要大量的人工参与，制造成本高；对于通过该方法制备的整块点阵材料，其轮廓面的平整度较差，因而需要经过后续切割处理才能保证芯体与面板的良好接触，从而保证焊接质量，这进一步增加了制备成本。

对于金属板冲压或折叠法，首先需要根据目标点阵的拓扑构型制备具有一定孔形的金属板，之后通过相应的模具对金属板进行冲压或折叠从而制备出金属点阵。与上述熔模铸造法和金属丝编织法相比，该方法具有简便易行、易于通过批量生产流水线实现及制备成本低等优点。根据公开发表的文献，目前采用该方法制备的金属点阵主要包括四面体点阵、金字塔点阵及X型点阵等。当制备四面体点阵时，目前相关文献采用冲孔加工制备出具有六边形孔的金属板，在冲孔过程中，与六边形孔对应的金属材料全部变为废料，因而材料浪费严重。对于金字塔点阵，文献通过剪板和平整工艺成功制备出了具有菱形孔的金属板，并采用该金属板成功制备出了金字塔点阵，该方法对材料的利用率接近100％，因而经济性好。采用上述用来制备金字塔点阵的金属板和模具，张钱城^[13]等仅仅通过冲压位置的改变成功制备出了X型点阵。