一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111595463A(43)申请公布日2020.08.28(21)申请号202010441675.5(22)申请日2020.05.22(71)申请人中国科学院上海技术物理研究所地址200083上海市虹口区玉田路500号(72)发明人陈俊林王小坤郝振贻王煜宇曾智江孙闻李雪(74)专利代理机构上海沪慧律师事务所31311代理人郭英(51)Int.Cl.G01J5/02(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台(57)摘要本发明公开了一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台，本发明的一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台,由高热导冷平台和低热导的薄壁圆柱体芯柱组成。本发明是根据探测器和制冷机冷指的耦合特性，在冷平台设计加工一定形状的弧形隔离槽，在确保满足一定热负载所需要热传输能力的前提下，实现热传导链路和耦合应力传递通道的物理隔离。本发明可以实现大冷量在分置式杜瓦冷平台上传输的低接触热阻，同时避免过盈耦合产生的耦合应力对探测器的影响，同时满足分置式杜瓦组件航天严酷的环境适应要求。本发明的结构简单，操作方便，兼容性好，可靠性高。可应用于各种分置式杜瓦组件。CN111595463ACN111595463A权利要求书1/1页1.一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台，包括冷平台(1)和芯柱(2)，其特征在于：所述的冷平台(1)选用高热导材料，其热导率不小于100W﹒M-1﹒K-1；冷平台(1)的侧边有弧形隔离槽，弧形隔离槽槽形为圆弧形或矩形；所述的芯柱(2)采用低热导材料，为中空薄壁零件，其热导率不大于10W﹒M-1﹒K-1；所述的芯柱(2)通过冷平台(1)的轴向定位孔安装到冷平台(1)的凹槽内，并预留填料槽，冷平台(1)和中空的芯柱(2)通过真空钎焊实现高强度气密性焊接。2.根据权利要求1所叙述的一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台，其特征在于：所述的冷平台(1)的侧边弧形隔离槽的几何参数确定方法如下：弧形隔离槽宽度H1由下式确定:式中：H为冷平台(1)的厚度，σ为冷平台(1)的材料屈服强度；Et为冷平台(1)的弹性模量；δ为耦合过盈量，取值0.05mm～0.3mm；弧形隔离槽曲率半径R1由下式确定：式中：L为弧形隔离槽长；θ为加工转角；F为耦合力；导热面D为制冷机冷指(3)的冷量向热负载传递热链路中热流截面，导热面D的高度HD由下式确定：式中：Q为导热面D的热负载，D1为制冷机冷指(3)的直径；K为导热面D材料在ΔT温度内的平均导热率系数，ΔT为导热面D的温差。2CN111595463A说明书1/7页一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台技术领域[0001]本发明涉及红外探测器杜瓦组件技术，具体指一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台，它适用于分置式制冷型红外探测器杜瓦封装。背景技术[0002]红外探测器杜瓦组件在航天航空红外领域有着广泛的应用。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作。由于机械制冷具有结构紧凑、体积小、重量轻、制冷时间短、制冷温度可调范围大等优点，目前该类探测器件在应用中多采用机械制冷方式。这样也使得其应用时大多采用杜瓦封装形成红外探测器杜瓦制冷组件。[0003]为减少分置式探测器杜瓦组件的制冷机与杜瓦耦合过程中产生的应力对探测器的影响，传统的方法采用弹性冷链结构或垫铟无压缩耦合。这两种方式都是通过控制耦合力，来减少冷指对低温下探测器的影响。当分置式杜瓦组件的寄生热负载在较小时，其耦合的接触热阻和温度梯度较小，但耦合装配时，对杜瓦冷平台和制冷机的冷指的尺寸公差及形位公差要求较高。随着杜瓦组件寄生热负载的增加和探测器焦耳热的增加(尤其是大面阵CTIA探测器应用)，无论是弹性冷链结构或垫铟无压缩耦合，其接触热阻和温度梯度都会随热负载增加而增加，这会导致制冷机冷功耗增加，从而影响制冷组件的寿命，甚至会影响探测器的性能和可靠性。综上所述，这对分置式制冷型红外探测器杜瓦组件而言，在大热负载下，减少耦合接触热阻同时避免耦合应力对探测器影响显得更加突出。必须要探索一种新方法来解决这一问题。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台，在确保热负载所需要的热流传输能力的前提下，通过增加耦合力来降低接触热阻，同时避免了过盈耦合的耦合力对探测器性能的影响。[0005]本发明的目的是这样实现的：所述的一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台如附图1所示，包括冷平台1和芯柱2，芯柱2采用低热导材料，其热导率不大于10W/(m﹒K)，为中空薄壁零件；冷平台1选用高热导材料，其