可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置及方法

摘要

本发明提供了一种可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置及方法，包括冲头、卡块、弹性连接件和套筒；其中，冲头的下端部设置在所述套筒内侧；所述冲头的下端部设置有卡块安装槽，所述卡块通过所述弹性连接件连接所述卡块安装槽的槽底；当通过卡块压缩所述弹性连接件时，所述卡块收纳至所述卡块安装槽中；所述套筒的内壁面上设置有与所述卡块相匹配的卡槽；当卡块收纳至所述卡块安装槽中，所述冲头能够插入所述套筒内，且所述卡块能够在所述弹性连接件驱动下进入所述卡槽。本发明可应用于环路热管等产品在研发、研制、试验、生产过程中快速获取指定孔隙率参数要求的毛细芯，具有成本低、快速、高效、定量的特点，应用前景广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及毛细芯，具体地，涉及一种可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装 置及方法。

背景技术

环路热管(LoopHeatPipe，简称LHP)是一种靠蒸发器内的毛细芯产品毛细 抽力驱动回路运行，利用工质相变来传递热量的高效传热装置，具有传热能力强、 热阻低、等温性好、效率高、无运动部件以及传输距离长等优点，从而使其成为了 航天器热控以及高热流密度电子器件散热的有效装置。

毛细芯是环路热管中最为关键的部件，毛细芯产生的毛细力为流体在环路中循 环的唯一驱动力，其参数将直接影响环路热管性能的发挥；同时，毛细芯为环路热 管各部件中最难加工的部分以及有着最高的成本，也是制约环路热管国产化的关键 因素。

研究结果表明，多孔结构通过毛细力抽吸工质进而驱动回路运行，其抽吸量取 决于多孔结构总孔隙体积的大小，而抽吸的速率则随着多孔结构的渗透率与孔隙率 的比值的增大和工质密度的增大而增大，因此在毛细芯尺寸、工质材料确定的情况 下，毛细芯的孔隙率是制约毛细芯性能的关键参数。

粉末冶金的方法是一种常用的制备毛细芯的方法，烧结工装性能的优劣直接决 定了烧结后毛细芯的各项性能参数。目前，多数研究机构和单位主要是通过试验的 方法确定好烧结材料的配比和烧结参数，用普通的烧结装置进行烧结，获得的毛细 芯存在成功率低、周期长、批次性差异大、可重复性差等问题，严重制约了环路热 管的国产化应用。

本发明在现有的毛细芯烧结装置的基础上，进行优化设计，使其具有对毛细芯 孔隙率等关键参数可量化控制的优点，进而解决了毛细芯烧结过程中成功率低、周 期长、批次性差异大、可重复性差等问题，具有成本低、快速、高效、定量的特点， 应用前景广泛。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可量化控制毛细芯孔隙率参 数的烧结装置及方法。本发明能够实现对烧结毛细芯关键参数孔隙率的量化控制， 能够应用于环路热管等产品在研发、研制、试验、生产过程中快速获取指定孔隙率 参数要求的毛细芯，具有成本低、快速、高效、定量的特点，应用前景广泛。

根据本发明的一个方面提供的可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置，包括冲 头、卡块、弹性连接件和套筒；

其中，冲头的下端部设置在所述套筒内侧；所述冲头的下端部设置有卡块安装槽， 所述卡块通过所述弹性连接件连接所述卡块安装槽的槽底；当通过卡块压缩所述弹性连 接件时，所述卡块收纳至所述卡块安装槽中；

所述套筒的内壁面上设置有与所述卡块相匹配的卡槽；当卡块收纳至所述卡块安装 槽中，所述冲头能够插入所述套筒内，且所述卡块能够在所述弹性连接件驱动下进入所 述卡槽。

所述冲头用于对填装在套筒中的金属粉末进行施压、并通过卡块与卡槽进行配合， 对金属粉烧结形成的多孔体进行高度h控制。

优选地，还包括紧固件；

所述套筒包括第一套筒和第二套筒；其中，第一套筒的下端设置有定位片，第二套 筒的下端设置有与所述定位片相匹配的定位槽；

所述第一套筒和第二套筒通过定位片和定位槽进行定位，并通过紧固件进行连接形 成套筒。

优选地，所述套筒内壁设置有多个沿轴向依次排列的卡槽。

优选地，所述冲头设置有沿轴向依次排列的径向刻线和沿轴向延伸的轴向刻线；

所述径向刻线沿周向延伸，所述径向刻线用于在金属粉烧结形成的多孔体进行高度 h控制时的指示。

优选地，所述套筒内壁设置有一层石墨粉层或一层碳膜。

根据本发明的另一个方面提供的可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结方法，采用所 述的可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置，包括如下步骤：

步骤1：计算所需添加金属粉末的重量m和高度h，用天平称重质量为m的金属粉 末，填充在套筒中；

步骤2：对冲头下端的卡块施加压力，弹簧受压收缩，进而使卡块嵌于冲头之中， 将冲头垂直放置于套筒中，卡块所在位置应与套筒中卡槽位置错开；

步骤3：对冲头的上端面进行施压，当径向刻线达到预定深度要求时，停止施压，旋 转冲头使卡块至对应的卡槽位置，弹簧原有的压力得到释放，卡块弹至套筒中的卡槽中， 进而获得计算得到的高度h；

步骤4：将所述冲头和套筒在烧结炉中进行烧结。

优选地，步骤5：烧结结束后，取出所述烧结装置，拆除紧固件，将第二套筒下端 的定位片和第一套筒下端的定位槽进行水平分离，便可获得符合预期孔隙率参数要求的 毛细芯。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可应用于环路热管等产品在研发、研制、试验、生产过程中快速获 取指定孔隙率参数要求的毛细芯，具有成本低、快速、高效、定量的特点，应用前 景广泛；

2、本发明中卡块与卡槽进行配合，对金属粉烧结形成的多孔体进行高度h控 制，实现对多孔体孔隙率的量化控制；

3、本发明结构简单，布局合理，易于推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置的结构示意图；

图2为本发明中第一套筒的结构示意图；

图3为本发明中第二套筒的结构示意图；

图4为本发明中冲头的结构示意图；

图5为本发明中冲头安装的一种状态示意图；

图6为本发明中冲头安装的另一种状态示意图。

图中：

1为冲头；

2为第一套筒；

3为紧固件；

4为第二套筒；

5为卡块；

6为压紧弹簧；

7为卡槽；

8为定位槽；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

本发明的原理为：多孔材料的孔隙率可由下式决定：

$ϵ=\frac{V_{pore}}{V_{total}}---\left(1\right)$

其中，ε为孔隙率；V_pore为多孔体中空隙的体积；V_total为多孔体的整体体积。

V_total＝S×hV_pore＝V_total-V_solidV_solid＝m/ρ(2)

其中，S为模具的横截面积；h为多孔体的高度；m为制备多孔体的材料重量；

ρ为多孔体原料的密度；

由上述公式可得：

$ϵ=1-\frac{m}{\rho sh}---\left(3\right)$

由于多孔体材料的密度和工装的横截面积均为固定值，因此可以通过调整工装模具 的高度和原材料的重量，从而获得具有预定孔隙率的毛细芯。

本发明提供的可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结装置，包括冲头1、第一套筒2、 第二套筒4和紧固件3，如图1所示。

所述冲头1用于对填装在套筒中的金属粉末进行施压、成形，并通过冲头下端部的 卡块5与套筒中的卡槽进行配合，选择对应的高度h，进而实现对毛细芯孔隙率的量化 控制；

第一套筒2和第二套筒4通过定位片和定位槽进行定位，并采用紧固件3进行固定， 形成套筒；所述套筒用于填充金属粉末，套筒内壁设置有沿轴向依次排列的卡槽，所述 卡槽与冲头下端部的卡块相匹配。

冲头1下端部的卡块5是通过压紧弹簧6与冲头本体进行连接的，用手对冲头下端 部的卡块5施加压力，压紧弹簧6受压收缩，进而使卡块5嵌于冲头的卡块安装槽中， 将冲头1垂直放置于套筒中，卡块5的位置应与套筒中卡槽位置错开，最好呈90°角， 并将冲头1在套筒中上下移动；待冲头移动至预定的深度位置后，旋转冲头的卡块5至 对应的卡槽位置，压紧弹簧6原有的压力得到释放，卡块5弹至套筒中的卡槽中，进行 实现固定，具体如图4所示。

为了便于烧结成形的毛细芯可以顺利脱模，所述套筒内壁设置有一层石墨粉层或一 层碳膜。

本发明提供的可量化控制毛细芯孔隙率参数的烧结方法，包括以下步骤：

步骤1：计算所需添加金属粉末的重量m和高度h，用天平称重质量为m的金属粉 末，填充在套筒中。

步骤2：用手对冲头下端的卡块施加压力，弹簧受压收缩，进而使卡块嵌于冲头之 中，将其垂直放置于套筒中，卡块所在位置应与套筒中卡槽位置呈90°角。

步骤3：采用压力机对冲头的上端面进行施压，其中，施压方向要与冲头的上端面保 持垂直，匀速缓慢施加压力；当径向刻线达到预定深度要求时，停止施压，旋转冲头至 对应的卡槽位置，弹簧原有的压力得到释放，卡块弹至套筒中的卡槽中，进而获得计算 得到的高度h；

步骤4：设置烧结参数，在烧结炉中进行烧结；

步骤5：烧结结束后，取出烧结工装，拆除4个紧固件，将第二套筒4下端的定位片 和第一套筒2下端的定位槽进行水平分离，并取出第一套筒2和第二套筒4，便可获得 符合预期孔隙率参数要求的毛细芯；

步骤6：后续加工和测试。

本发明可应用于环路热管等产品在研发、研制、试验、生产过程中快速获取指定孔 隙率参数要求的毛细芯，具有成本低、快速、高效、定量的特点，应用前景广泛。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。