[发明专利]一种大冷量传输全碳柔性冷链结构的制备方法

说明书

一种大冷量传输全碳柔性冷链结构的制备方法，属于新型导热材料制备技术领域。一种大冷量传输全碳柔性冷链结构，是中间为高导热柔性石墨膜，两端为CVD金刚石厚膜焊接而成的高导热柔性导热体。其工艺步骤为：1)裁剪高导热石墨膜；2)石墨膜通过表面金属离子注入与镀膜的方式实现金属化；3)将金属化后的石墨膜边缘通过热压扩散焊的方式焊接，形成石墨膜导热带；4)将高导热CVD金刚石厚膜进行研磨或抛光；5)根据石墨膜导热带宽度，在CVD金刚石厚膜表面加工相应尺寸的嵌入型沉槽结构；6)对表面加工后的CVD金刚石厚膜进行金属化后成为金刚石端头；7)将热压扩散焊焊接后的石墨膜导热带边缘置于CVD金刚石厚膜端头沉槽中，与金刚石间通过真空钎焊实现低热阻连接。

技术领域

本发明属于新型导热材料制备技术领域；特别是提供了一种大冷量传输全碳柔性冷链结构与制备方法，特点是中间为高导热柔性石墨膜，端头为高导热CVD金刚石厚膜，二者通过焊接形成高效冷传输导热体。

背景技术

随着空间遥感技术的不断发展，探测目标温度也逐步从高温向常温、低温转变。探测器接收到的背景噪声主要来自光路内高温结构所产生的热辐射，因此降低探测器及光学镜头的温度可以有效地提高探测器的灵敏度和成像质量。通常红外相机的探测器封闭在杜瓦结构内，通过机械制冷机制冷。但光学镜头体积庞大，与周围结构装配关系复杂，无法形成封闭的“热防护”空间，且由于口径较大，即使采用周围设置冷屏辐射制冷的方式，透镜组件前端的镜头仍无法满足降温需求，透镜组件间温差较大。此时，最直接且有效的方法即是通过高导热结构将前端透镜的热量传递至冷源上，以减小透镜间的温差。为降低制冷机振动对探测器的影响，通常红外探测器与制冷机的耦合方式为间接耦合，即探测器安装平台与制冷机冷头间通过“冷链”连接传冷。

目前，制冷机冷端与焦平面冷板之间的柔性冷链通常采用铜或铝导热带、导热丝等结构(CN201210019760.8，CN201220027557.0)，其端头使用金属铜或铝，二者通过银钎焊连接。根据铜的热导率，在不考虑端头的焊接热阻时，冷链的等效热导率最高为400W/mK，因此在进行大冷量传输时十分受限。采用更高热导率的柔性碳材料是解决大冷量传输的有效手段。如国外多个公司报道了使用碳纤维管束冷链实现柔性冷传输。但链状冷链由于强度不高，容易破坏，会污染环境，且表面积相对较小，连接难度大。因此近年来发展起来的柔性石墨膜，由于其具有高的面向热导率，室温下可达1500W/mK，且表面积相对大，只需连接边缘部分，因此成为高效冷传输柔性冷链的有力竞争者。通常高导热石墨膜间采用金属薄片进行机械封装。但机械连接由于空气间隙的存在导致界面热阻较大。而采用石墨膜与金属端头焊接过程中，由于石墨膜与常规铜或铝端头热膨胀系数差异较大，热应力失配会导致界面发生变形，严重影响探测器成像精度与寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述柔性冷链存在的金属端头热导率低、高导热石墨膜与金属端头焊接热应力大等问题提出的。一种大冷量传输全碳柔性冷链结构的制备方法，冷链结构由中间的高导热柔性石墨膜，与两端CVD金刚石厚膜焊接，形成高效柔性导热体。柔性石墨膜与CVD金刚石厚膜均为碳材料，具有高的热导率，且热膨胀系数接近，可有效缓解焊接产生的热应力，确保实现大冷量可靠传输。其制备方法为：首先将石墨膜裁剪成规则尺寸，并对多片石墨膜进行金属化，过程包括金属离子注入与表面镀膜。采用热压扩散焊工艺将金属化后的石墨膜边缘进行逐层焊接，形成石墨膜导热带。根据石墨膜导热带宽度，采用激光加工将CVD金刚石厚膜材料制备成特定尺寸的沉槽结构，满足对石墨膜导热带包覆要求。通过镀膜方式对CVD金刚石厚膜表面进行金属化。将热压扩散焊后的多层石墨膜导热带边缘置于表面金属化后的CVD金刚石厚膜端头结构中，利用真空钎焊的方法实现石墨膜导热带与CVD金刚石厚膜端头封接，最终制备出大冷量传输全碳柔性冷链结构。

如上所述大冷量传输全碳柔性冷链结构的制备方法，其特征在于使用高导热石墨膜作为柔性冷链中间导热体，高导热CVD金刚石厚膜作为冷链端头，二者通过焊接形成全碳结构，实现大冷量传输，具体包括以下步骤：

步骤1：石墨膜的裁剪