[发明专利]基于复合相变材料的结构功能一体化装置及其制备方法

说明书

本发明公开了基于复合相变材料的结构功能一体化装置及其制备方法，包括密封罩，密封罩密封复合相变材料，且密封罩与复合相变材料贴合，所述复合相变材料由导热泡沫材料负载相变材料复合形成；所述密封罩的厚度不大于0.2mm，所述密封罩的材质为导热的结构材料。其制备方法为：采用真空浸渗吸附方法将液态的相变材料吸附至导热泡沫材料中获得复合相变材料，调节温度使复合相变材料中的相变材料固化，在真空条件下，将固化的复合相变材料与密封罩复合密封，获得复合相变材料结构功能一体化装置；所述密封罩的材质为导热的结构材料。本发明提供的复合相变材料结构功能一体化装置具有更显著的轻质优势。

技术领域

本发明属于航天器技术领域，涉及航天器载荷安装板的结构刚度和热学功能的装置，具体涉及基于复合相变材料的结构功能一体化装置及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

大面积航天器载荷安装板，主要用于承载航天器电子设备及其传热调控，由于面积巨大以及电子设备的高功率，因此载荷安装板质量的控制成为技术关键，实现载荷安装板的轻量化制备将限制其他辅助装置使用，例如辅助热源以及辅助材料结构。载荷安装板的传热功能和结构性能的要求在轻量化的限制条件下，解决方案就是最大限度的利用材料，使其即承担结构效用，又具备高效率的传热及储能功能，即结构功能一体化装置的制备，实现储能的技术途径就是在载荷安装板使用相变材料，为此轻量化加储能目标要求单位载荷安装板体积中的相变材料占比尽可能大，但由于常规的固液相变材料的导热率极低，只采用单一相变材料，其过低的传热效率会导致沿传热方向存在较大温差，整体呈现极不均匀的温度分布，即局部加热区过热，导致载荷安装板上电子设备的温度无法保持合理范围。为此采用高导热率骨架材料与相变材料进行复合，制备成复合相变材料成为提高载荷安装板传热效率的重要技术途径。

利用高导热率的骨架材料，要求导热率尽可能的高，将电子设备加热区集中的热量高效地传递给所有的相变材料，以便在航天器电子设备工作期间进行高效储热，非工作期间进行快速放热，是减少载荷安装板温度过度波动的关键。

尽可能地利用骨架材料的自身结构刚度，辅助于尽可能少的密封面板，有助于载荷安装板进一步减少质量，适用于载荷安装板更高的轻量化要求。而实现载荷安装板的结构性能和传热功能的有机统一，就是进一步实现大面积航天器载荷安装板装置轻量化的前提条件。

载荷安装板的均温功能要求，势必要求高导热率骨架材料具有较大的孔隙率，以便填充更多的储能相变材料。但这一要求与结构刚度的提高恰好矛盾，即提高结构刚度，需要骨架材料的孔隙率越小越好。

据发明人了解，目前利用高导热率的材料结合固液相变材料，通常需要壳体进行封装，避免固液相变材料在相变过程中的渗漏损失，同时满足结构的刚度的要求。中国专利公开号为CN112693636A公开了一种星用轻量化结构装置及其制作方法，该专利提出用石墨蠕虫压制成多孔石墨导热载体，并添加相变材料实现温度控制；中国专利公开号为CN109163590A公开了一种石墨烯相变传热装置，采用石墨烯作为热传导材料与相变材料进行复合，利用石墨烯XY方向的高导热性能，实现储热散热；这些相变储热装置均需要采用壳体进行封装。然而，经过发明人研究发现，为了结构刚度的需要，密封壳体的厚度一般较厚，尤其是CN112693636A中，由于石墨蠕虫基本不具有结构刚度，为此上下壳体厚度为0.3～0.7mm，而且需要增加加强筋，这些结构辅助材料无形中大大增加了储能装置的质量，不利于航天器载荷安装板的轻量化设计。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于复合相变材料的结构功能一体化装置及其制备方法，能够充分利用复合相变材料，实现结构刚度和传热功能合理有机统一，实现轻质大面积航天器载荷安装板装置的制备。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：