内置式多孔加热器的电引出、封装结构及其方法

摘要

本发明公开了一种内置式多孔加热器电引出及封装技术，所述电引出技术是采用过渡线过渡引出方式，内置式多孔加热器采用铠体封装；铠体由不锈钢圆筒、法兰盘和变径管通过激光焊接在一起构成，所述变径管由薄壁变径管和薄壁管组成，薄壁变径管和薄壁管通过连接环焊接在一起；内置式多孔加热器的一体化发热芯封装在不锈钢圆筒中，过渡线外套绝缘件封装在变径管中；薄壁管中充填无机胶，薄壁变径管中充填氧化镁微粉，薄壁变径管末端及过渡线与外引线的接点用高温环氧胶固封在不锈钢管中。本发明应用于空间飞行器电热推力器所需热控设施的内置式多孔加热器上，使其能够耐高温、抗热震，并具有良好的高温绝缘性能和气密性。

权利要求

1.一种内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：包括一体化发热芯、铠体、过渡线和外引线；所述一体化发热芯包括发热体和发热体骨架；发热体骨架由七根氮化硼管经密排而成，所述密排具体为六根周边氮化硼管以一根中心氮化硼管为中心对称排布；中心氮化硼管管内轴向放置隔片，周边氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边氮化硼管，氮化硼管间用无机胶固定；所述铠体由不锈钢圆筒、法兰盘和变径管通过激光焊接在一起构成，一体化发热芯封装在不锈钢圆筒中；所述过渡线其一端与发热体两端相连后从中心多孔氮化硼管中隔片两侧引出，引出后其另一端与外引线相连；所述变径管由薄壁变径管和薄壁管组成，薄壁变径管和薄壁管通过连接环焊接在一起；过渡线外套绝缘件封装在薄壁管和薄壁变径管中；薄壁管中充填无机胶，薄壁变径管中充填氧化镁微粉，薄壁变径管末端及过渡线与外引线的接点用高温环氧胶固封在不锈钢管中；所述过渡线为多股镍铬丝，所述外引线为多股镀银铜导线。

2.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：所述一体化发热芯上端粘接双孔氮化硼圆片，一体化发热芯下端为氮化硼环；所述隔片的材质为氮化硼；与发热体两端相连的过渡线从中心多孔氮化硼管引出后再从双孔氮化硼圆片的两个孔中穿出，然后进入薄壁管。

3.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：所述法兰盘为圆形，边缘处有与不锈钢圆筒上端焊接的台阶，中心处有孔，用于与薄壁管焊接；薄壁管的外径与法兰盘中心的孔的直径相同。

4.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：所述无机胶为硅酸盐耐高温无机胶，其固相成分与液相成分质量比为2：1；液相成分为硅酸钾溶液，其模数比SiO2/K2O＝4；固相成分为二氧化硅粉末与氧化铝粉末混合而成，二氧化硅粉末与氧化铝粉末的质量比3：1；二氧化硅粉末中不同粒径二氧化硅的质量比为10纳米：

1000目：600目：400目：200目＝1：2：2.5：2.5：2；氧化铝粉末中不同粒径氧化铝的质量比为1200目：40目＝2：8。

5.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出及封装技术，其特征在于：所述绝缘件为粗单孔石英管和细单孔石英管，过渡线在薄壁管中的部分外套粗单孔石英管，过渡线在薄壁变径管中的部分外套细单孔石英管。

6.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：所述不锈钢圆筒上端开口，下端有介质流出孔，筒壁上开有介质流入孔。

7.根据权利要求1所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构，其特征在于：该电引出、封装结构应用于航天飞行器姿、轨控推力器所用的热控装置中。

8.电引出、封装权利要求1-6任一所述的内置式多孔加热器的电引出、封装结构的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)过渡线与发热体的连接：将过渡线对折，一端反复折叠，作为与发热体的搭接处，另一端作为与发热体的缠绕丝；将发热体末端压实放到搭接处，用缠绕丝缠绕；然后用储能式点焊机将缠绕丝、发热体和搭接处点焊在一起；再将过渡线从中心氮化硼管中引出；

(2)薄壁管与法兰盘的焊接：将薄壁管的下端插入法兰盘中心的孔中，使薄壁管的下端与法兰盘靠近不锈钢圆筒的上端面对齐，采用脉冲激光焊设备将二者熔焊在一起；

(3)法兰盘与双孔氮化硼圆片的粘接：用微型钻在氮化硼圆片的中心部位开出两个小孔，即为双孔氮化硼圆片，在法兰盘下端面上涂抹无机胶，将双孔氮化硼圆片压在无机胶上，将其在室温下放置12小时，然后在炉中80℃保温2小时，再150℃保温2小时，随炉冷却后取出；

(4)一体化发热芯在不锈钢圆筒中的封装：先将氮化硼环片放入不锈钢圆筒底部，再将一体化发热芯放入不锈钢圆筒中；从中心氮化硼管中引出的过渡线再从双孔氮化硼圆片的两个孔中引出后，进入薄壁管；不锈钢圆筒的上端与法兰盘边缘的台阶贴合，采用脉冲激光焊接技术将不锈钢圆筒与法兰盘焊接在一起，使一体化发热芯固定在不锈钢圆筒中；

(5)薄壁管中无机胶的填充：将无机胶填充入薄壁管中，随后将两根粗单孔石英管分别套在两根过渡线上，并把石英管完全插入薄壁管中，在真空箱中排气，10分钟后取出；再向薄壁管中添加无机胶，灌封压实，室温放置24小时后，将器件放入炉中固化，80℃保温2小时后，120℃保温2小时，再150℃保温2小时，随炉冷却后取出；

(6)过渡线在薄壁变径管中的封装：过渡线固定在薄壁管中后，将过渡线在对折点处切断，每根过渡线拆分为两股过渡线；把连接环套在薄壁管与薄壁变径管的对接处，对连接环与薄壁管搭接处及连接环与薄壁变径管搭接处采用脉冲激光进行焊接；在四股过渡线上分别套上细单孔石英管，向薄壁变径管中充填氧化镁微粉，固定细单孔石英管和过渡线；当过渡线从薄壁变径管中引出后，利用储能式点焊机将每根过渡线的两股镍铬丝在断开处重新焊接起来。

(7)外引线的连接：将多股镀银铜导线平分为两股，呈人字形分别缠绕在两根过渡线上，搪锡加固形成外引线接头，在外引线接头外套以热缩套管保护。

9.根据权利要求8所述的电引出、封装内置式多孔加热器的电引出、封装结构的方法，其特征在于：所述高温环氧胶是由环氧树脂、固化剂和氧化镁微粉混合后室温放置24小时固化而成，环氧树脂、固化剂和氧化镁微粉的重量比例为10:10:1，所述固化剂为二乙烯三胺；所述粗单孔石英管与薄壁管等长，所述热缩套管的材质为聚四氟乙烯。

10.根据权利要求8所述的电引出、封装内置式多孔加热器的电引出、封装结构的方法，其特征在于：所述薄壁管和薄壁变径管壁厚相同，薄壁变径管与连接环连接处的直径与薄壁管直径相同，连接环的内径与薄壁管的外径相同。

说明书

内置式多孔加热器的电引出、封装结构及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航天飞行器用于调整其姿态、轨道的电热推力器，具体为一种内置式多孔加热器的电引出、封装结构及其方法。

背景技术

[0002] 内置式多孔加热器应用于空间飞行器推进系统中，推进剂直接喷注到加热器的发热体上，迅速被加热(或发生化学反应)，产生大量的气体，从尾喷管喷出，产生推力。以电热肼推力器为例，肼的热分解温度为450℃，分解时放出大量的热，使推力室的温度达到900℃。也就是说，内置式多孔加热器的发热芯须承受900℃高温，而可与卫星插座相连的外引线(聚酰亚胺包覆多股镀银铜导线)只能承受200℃以下的温度。因此，加热器发热体不能采用直接由外引线引出的方式。三维网状多孔镍铬合金是由中空的金属杆相互连接而成，杆壁很薄(微米量级)，所以泡沫合金与金属丝的焊接非常困难。如果采用熔焊，温度太高容易损伤薄壁的泡沫材料；如果采用钎焊，高温下可能发生不良的冶金反应。

[0003] 内置式多孔加热器应用于空间飞行器推进系统中，依据推力器工作时加热器各段温度不同，可以把加热器分成3段：工作段(900℃)、过渡引出段(900～200℃)和固封段(200℃)。一体化发热芯的铠体即为推力器的推力室，为保证推进剂全部由尾喷管喷出，对加热器的气密性提出较高要求。因此，在器件封装过程中必须根据使用温度选择封装材料，还要考虑加热器自身的各种材料特性，选择可以实施的工艺方案，同时必须保证器件的绝缘性能。这些给封装工作带来困难，没有可以借鉴的方案。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种对于内置式多孔加热器可实现连接可靠、气密效果好、绝缘性能佳的内置式多孔加热器的电引出、封装结构及其方法。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种内置式多孔加热器的电引出、封装结构，包括一体化发热芯、铠体、过渡线和外引线；所述一体化发热芯包括发热体和发热体骨架；发热体骨架由七根氮化硼管经密排而成，所述密排具体为六根周边氮化硼管以一根中心氮化硼管为中心对称排布；中心氮化硼管管内轴向放置隔片，周边氮化硼管的两端开有槽口，发热体经槽口依次往复穿入周边氮化硼管，氮化硼管间用无机胶固定；所述铠体由不锈钢圆筒、法兰盘和变径管通过激光焊接在一起构成，一体化发热芯封装在不锈钢圆筒中；所述过渡线其一端与发热体两端相连后从中心多孔氮化硼管中隔片两侧引出，引出后其另一端与外引线相连；所述变径管由薄壁变径管和薄壁管组成，薄壁变径管和薄壁管通过连接环焊接在一起；过渡线外套绝缘件封装在薄壁管和薄壁变径管中；薄壁管中充填无机胶，薄壁变径管中充填氧化镁微粉，薄壁变径管末端及过渡线与外引线的接点用高温环氧胶固封在不锈钢管中；所述过渡线为多股镍铬丝，所述外引线为多股镀银铜导线。

[0007] 所述一体化发热芯上端粘接双孔氮化硼圆片，一体化发热芯下端为氮化硼环以保证一体化发热芯与铠体间的绝缘性能；所述隔片其材质为氮化硼；与发热体两端相连的过渡线从中心多孔氮化硼管引出后再从双孔氮化硼圆片的两个孔中穿出，然后进入薄壁管。

[0008] 所述法兰盘为圆形，边缘处有与不锈钢圆筒上端焊接的台阶，中心处有孔，用于与薄壁管焊接；薄壁管的外径与法兰盘中心的孔的直径相同，以使焊接时二者紧密贴合。

[0009] 所述无机胶为硅酸盐耐高温无机胶，其固相成分与液相成分质量比为2∶1；液相成分为硅酸钾溶液，其模数比SiO2/K2O＝4；固相成分为二氧化硅粉末与氧化铝粉末混合而成，二氧化硅粉末与氧化铝粉末的质量比3∶1；二氧化硅粉末中不同粒径二氧化硅的质量比为10纳米∶1000目∶600目∶400目∶200目＝1∶2∶2.5∶2.5∶2；氧化铝粉末中不同粒径氧化铝的质量比为1200目∶40目＝2∶8。

[0010] 所述绝缘件为粗单孔石英管和细单孔石英管，过渡线在薄壁管中的部分外套粗单孔石英管，过渡线在薄壁变径管中的部分外套细单孔石英管。

[0011] 所述不锈钢圆筒上端开口，下端有介质流出孔，筒壁上开有介质流入孔。

[0012] 内置式多孔加热器的电引出、封装的方法，包括如下步骤：

[0013] (1)过渡线与发热体的连接：将过渡线(Ni的质量百分含量为80％、Cr的质量百分含量为20％的多股镍铬合金丝 )对折，一端反复折叠，作为与发热体的搭接处，另一端作为与发热体的缠绕丝；将发热体末端压实放到搭接处，用缠绕丝缠绕；然后用储能式点焊机将缠绕丝、发热体和搭接处点焊在一起；再将过渡线从中心氮化硼管中引出；

[0014] (2)薄壁管与法兰盘的焊接：将薄壁管的下端插入法兰盘中心的孔中，使薄壁管的下端与法兰盘靠近不锈钢圆筒的上端面对齐，采用脉冲激光焊设备将二者熔焊在一起；

[0015] (3)法兰盘与双孔氮化硼圆片的粘接：用微型钻在氮化硼圆片的中心部位开出两个小孔，即为双孔氮化硼圆片，在法兰盘下端面上涂抹无机胶，将双孔氮化硼圆片压在无机胶上，胶层厚度为0.2～0.3mm，将其在室温下放置12小时，然后在炉中80℃保温2小时，再150℃保温2小时，随炉冷却后取出；

[0016] (4)一体化发热芯在不锈钢圆筒中的封装：先将氮化硼环片放入不锈钢圆筒底部，再将一体化发热芯放入不锈钢圆筒中；从中心氮化硼管中引出的过渡线再从双孔氮化硼圆片的两个孔中引出后，进入薄壁管；不锈钢圆筒的上端与法兰盘边缘的台阶贴合，采用脉冲激光焊接技术将不锈钢圆筒与法兰盘焊接在一起，使一体化发热芯固定在不锈钢圆筒中；

[0017] (5)薄壁管中无机胶的填充：将无机胶填充入薄壁管中，随后将两根粗单孔石英管分别套在两根过渡线上，并把石英管完全插入薄壁管中，在真空箱中排气，10分钟后取出；再向薄壁管中添加无机胶，灌封压实，室温放置24小时后，将器件放入炉中固化，80℃保温2小时后，120℃保温2小时，再150℃保温2小时，随炉冷却后取出；

[0018] (6)过渡线在薄壁变径管中的封装：过渡线固定在薄壁管中后，将过渡线在对折点处切断，每根过渡线拆分为两股过渡线；把连接环套在薄壁管与薄壁变径管的对接处，对连接环与薄壁管搭接处及连接环与薄壁变径管搭接处采用脉冲激光进行焊接；在四股过渡线上分别套上细单孔石英管，向薄壁变径管中充填氧化镁微粉，固定细单孔石英管和过渡线；当过渡线从薄壁变径管中引出后，利用储能式点焊机将每根过渡线的两股镍铬丝在断开处重新焊接起来。

[0019] (7)外引线的连接：将多股镀银铜导线平分为两股，呈人字形分别缠绕在两根过渡线上，搪锡加固形成外引线接头，在外引线接头外套以热缩套管保护。

[0020] 所述高温环氧胶是由环氧树脂、固化剂和氧化镁微粉混合后室温放置24小时固化而成，环氧树脂、固化剂和氧化镁微粉的重量比例为10∶10∶1，所述固化剂为二乙烯三胺；所述粗单孔石英管与薄壁管等长，所述热缩套管其材质为聚四氟乙烯。

[0021] 所述薄壁管和薄壁变径管壁厚相同，薄壁变径管与连接环连接处的直径与薄壁管直径相同，连接环的内径与薄壁管的外径相同。

[0022] 上述内置式多孔加热器的电引出、封装结构应用于航天飞行器姿、轨控推力器所用的热控装置中。

[0023] 所述的一体化发热芯中发热体为条形螺旋状，其材质为网状多孔镍铬合金或网状多孔镍铬铝合金，是由相互连通的中空薄壁金属棱构成三维网状多孔结构，其孔隙相互连通、分布均匀；孔隙率为90～98％，孔径尺寸为90～110PPI；所述网状多孔镍铬合金中铬的质量百分含量为18～35％；所述网状多孔镍铬铝合金中铬的质量百分含量为18～35％，铝的质量百分含量为2～10％。

[0024] 所述周边氮化硼管的内径为3～5mm，壁厚为0.2～0.5mm，长度为10～15mm；所述中心氮化硼管其长度为周边氮化硼管的五分之四到二分之一之间，其厚度为周边氮化硼管的一倍到二倍之间，其内径与周边氮化硼管相同。

[0025] 所述氮化硼管其孔洞在管的圆周上均匀分布，相邻二排孔洞间隔排列，即某一个孔洞的圆心在邻排两孔洞圆心连线的垂直平分线上；孔洞总面积大于管壁面积的50％。

[0026] 所述隔片为条形氮化硼，其长度和厚度分别与中心氮化硼管的长度和壁厚相同，其宽度与中心氮化硼管的内径相同。

[0027] 发热体骨架前端面从第一周边氮化硼管到第六周边氮化硼管间隔着于两管相切处开前端面双壁槽口三处，分别为第一周边氮化硼管和第二周边氮化硼管相切处、第三周边氮化硼管和第四周边氮化硼管相切处、第五周边氮化硼管和第六周边氮化硼管相切处；发热体骨架后端面在第二周边氮化硼管和第三周边氮化硼管相切处、第四周边氮化硼管和第五周边氮化硼管相切处开后端面双壁槽口二处；发热体骨架后端面在第一周边氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸处、第六周边氮化硼管和中心氮化硼管相切延伸处开单壁槽口两处。

[0028] 上述的一体化发热芯的制备方法，包括如下步骤：

[0029] (1)条形螺旋状发热体的制备：

[0030] 将泡沫镍板加工为条形螺旋状的泡沫镍后，对条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬法渗铬后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬合金；或者将条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬、再渗铝后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬铝合金；

[0031] (2)发热体骨架的制备：

[0032] 首先制备氮化硼管和氮化硼隔片的制备：采用化学气相沉积法在不同外径的碳棒或碳片上沉积不同厚度和长度的氮化硼管，用机械和煅烧的方法去除氮化硼管内或碳片上的碳，获得氮化硼管或氮化硼隔片；

[0033] 然后按设计要求在氮化硼管上打孔，再切割为所设计的尺寸；

[0034] 最后将七根有孔的氮化硼管紧密排列，用微型钻按照设计要求在周边氮化硼管两端开槽口；

[0035] (3)发热体的穿绕：

[0036] 发热体从第一周边氮化硼管后端穿入，然后依次通过第二周边氮化硼管到第六周边氮化硼管及前端面双壁槽口、后端面双壁槽口，最后从第六周边氮化硼管后端穿出；发热体两端再经单壁槽口穿入中心氮化硼管中由过渡线引出；条形螺旋状发热体的各弯折处须嵌入各槽口；具体为：条形螺旋状的发热体从第一周边氮化硼管后端放入，到达第一周边氮化硼管前端后，再从第二周边氮化硼管前端进入，到达第二周边氮化硼管后端后，再进入第三周边氮化硼管，依次往复，最后从第六周边氮化硼管中穿出，然后将第一周边氮化硼管和第六周边氮化硼管中的发热体两端与两根过渡线分别焊接，然后将过渡线从中心氮化硼管中引出，保证两个焊接点在中心氮化硼管内；发热体从一根氮化硼管进入另一根氮化硼管时，其弯折处要嵌入各双壁槽口，发热体两端与过渡线连接后进入中心氮化硼管时，要经由两个单壁槽口进入。

[0037] (4)发热体的引出：

[0038] 发热体两端分别由同成分合金过渡线连接，过渡线截面积为网状多孔材料真实截面积的4～5倍；每根过渡线整根对折，两个并拢端头的一端往返折叠作为搭接处，另一端作为缠绕丝；发热体的端头与过渡线的搭接处捏合，用缠绕丝固定后采用脉冲点焊；两根过渡线从中心氮化硼管中引出，隔片将两根过渡线分开。

[0039] 氮化硼管间固定用的无机胶为硅酸盐耐高温无机胶，由液相成分与固相成分混合而成，其固相成分与液相成分质量比为2∶1；液相成分为硅酸钾溶液，固相成分为二氧化硅粉末与氧化铝粉末混合而成，二氧化硅粉末与氧化铝粉末的质量比3∶1。

[0040] 一体化发热芯的制备工艺具体步骤如下：

[0041] 1)氮化硼管和氮化硼片的制备

[0042] 采用化学气相沉积法在不同外径的碳棒上沉积不同厚度和长度的氮化硼管，用机械和煅烧的方法去除氮化硼管内的碳棒。氮化硼片制备方法相似。

[0043] 2)氮化硼管打孔

[0044] 确定好周边氮化硼管和中心氮化硼管的长度、孔洞的个数、孔径、孔间距等参数，设置好脉冲激光加工机设备参数，按设计要求打孔。

[0045] 3)氮化硼管和氮化硼片的切割

[0046] 使用划片切割机将打好孔洞的氮化硼管和氮化硼片按设计尺寸切割，然后清洗干净。

[0047] 4)多孔氮化硼管端面开槽口

[0048] 将7根氮化硼管紧密排列，中心为略短的氮化硼管，各管前端面对齐，然后用细金属丝捆扎紧固；用微型钻按照设计要求在发热芯的上下端面开槽口，操作时缓慢打磨，避免大片氮化硼脱落。

[0049] 5)条形螺旋状发热体的制备

[0050] 将泡沫镍板材用数控线切割机床加工成所需尺寸的条形，然后在细陶瓷管上缠绕为螺旋状，清洗干燥后经固相渗铬(或渗铬后再渗铝)、真空热处理，得到三维网状多孔的条形螺旋状的镍铬或镍铬铝发热体。

[0051] 6)发热体的穿绕

[0052] 将条形螺旋状发热体依次往复穿装入周边的六根多孔氮化硼管，注意发热体在各管端的弯折处应放置在槽口内。

[0053] 7)发热体的电引出

[0054] 在中心氮化硼管中，将发热体两端分别与两根过渡线焊接在一起，过渡线从插入氮化硼隔片的中心氮化硼管穿出，隔片将两根过渡线分开，防止短路。

[0055] 8)发热体骨架的固定

[0056] 将穿绕发热体的周边六根氮化硼管与中心氮化硼管按照排列顺序和开槽口位置用无机胶粘牢并放置一定时间固化。

[0057] 上述条形螺旋状发热体的制备方法中：所述泡沫镍板由聚氨酯泡沫经过导电化处理、电镀和还原烧结制成；泡沫镍板加工为细条形后，根据内置式多孔加热器的结构及技术指标，确定绕制螺径和螺距，将其缠绕成螺旋状，制成条形螺旋状泡沫镍。

[0058] 泡沫镍固相渗铬法即为粉末包埋渗铬法，粉末包埋渗铬法在管式高温炉中进行，其中：温度950～1100℃，保温时间10～60min，渗剂由氧化铝粉(1200目)、铬粉(300目)和氯化铵(分析纯)混合后并经充分研磨而成，氧化铝粉、铬粉和氯化铵的重量百分为含量为(70～83)∶(15～25)∶(2～5)。

[0059] 所述固相渗铝法即为粉末包埋渗铝法，在条形螺旋状的泡沫镍经固相渗铬后再进行固相渗铝，粉末包埋渗铝法在管式高温炉中进行，其中：温度700～800℃，保温时间10～40min，渗剂由氧化铝粉(1200目)、铝镍合金(化学纯)和氯化铵(分析纯)混合后并经充分研磨而成，氧化铝粉、铝镍合金和氯化铵的重量比例为(80～83)∶15∶(2～
5)。

[0060] 所述粉末包埋法渗铬和渗铝时，首先用机械泵抽真空30min，去除管式高温炉、管路和渗剂中的氧气，再通入保护性气体(纯氩气)，同时对保护性气体进行除氧和除水处理。采用活性镍除氧剂去除氧，采用4A分子筛去除水。渗铬或者渗铝时将渗剂和样品装载在石英管或者氧化铝管中，两端用高硅氧布或者镍箔封口。

[0061] 所述真空热处理方法为，将渗铬或者渗铝后的样品放入真空炉中，真空度为(1～-35)×10 Pa，加热到1000～1100℃后，保温2～10h，然后随炉冷却至室温，得到网状多孔电热材料，冷却速率由材料要求决定。

[0062] 所述泡沫镍板，依据内置式多孔加热器的结构和技术指标，确定其规格和尺寸。

[0063] 本发明的有益效果是：

[0064] 1、将过渡线对折；一端反复折叠形成搭接平台，另一端作为缠绕丝，将发热体末端和搭接平台缠绕在一起，再采用储能式点焊机将缠绕丝、发热体和搭接平台点焊在一起。保证了发热体与过渡线可靠的电连接，器件在经历2万次冷热交变后没有出现开路现象。

[0065] 2、通过对过渡线的拆分与合并的工艺处理，并配以变径铠管的应用，使加热器的过渡段温度迅速从900℃降低到200℃，减少器件的质量，节约星上能源。

[0066] 3、采用双孔氮化硼圆片与法兰盘粘接的技术，在解决了内置式多孔加热器一体化发热芯绝缘保护的同时，减少了气流外漏的渠道，并实现了一体化发热芯具有一定抗热气流冲击的能力。

[0067] 4、采用自行配置的的硅酸盐耐高温无机胶，通过在真空条件下排气工艺，解决了在壳体内部高温胶由于流动性差产生气孔等缺陷的问题，同时提高了胶体与壳体的黏结强度，延长了密封通道的长度，增大了器件的气密性。

[0068] 5、通过连接环的应用，避免了薄壁管与薄壁变径管之间的对接熔焊，降低了焊接难度，保证了变径管的密封性。。

[0069] 6、通过对无机胶粘剂固态粉末不同粒径的选取与配比，使得胶体的微观颗粒之间的接触面积增大，提升了胶体的黏结强度，液体相选择高模数硅酸钾溶液，在一定程度上改善无机胶的耐水性能。

附图说明

[0070] 图1为本发明内置式多孔加热器装置结构示意图。

[0071] 图2为本发明发热体与过渡线连接示意图。

[0072] 图3为本发明发热体骨架结构示意图。

[0073] 图4为本发明发热体骨架前端面结构示意图。

[0074] 图5为本发明一体化发热芯后端面结构示意图。

[0075] 图6为本发明一体化发热芯前端面结构示意图。

[0076] 图中：1外引线，2不锈钢管，3薄壁变径管，4连接环，5薄壁管，6法兰盘，7介质流入孔，8不锈钢圆筒，9高温环氧胶，10外引线接头，11热缩套管，12单股过渡线，13细单孔石英管，14氧化镁微粉，15双股过渡线，16粗单孔石英管，17无机胶，18双孔氮化硼圆片，19一体化发热芯，20发热体，21中心氮化硼管，22过渡接点，23氮化硼环，24隔片，25第一周边氮化硼管，26第二周边氮化硼管，27第三周边氮化硼管，28第四周边氮化硼管，29第五周边氮化硼管，30第六周边氮化硼管，31前端面双壁槽口，32后端面双壁槽口，33为后端面单壁槽口；图中相同编号具有相同意义。具体实施方式：

[0077] 以下通过具体实施例及附图详述本发明。

[0078] 将过渡线200mmΦ0.3mm的80Ni20Cr合金丝对折；一端以5mm为标准反复折叠四次，作为与发热体的搭接平台；另一端作为与发热芯的缠绕丝。将发热体末端稍压实放到过渡线的搭接处，用缠绕丝缠绕大约5～6匝(图2)；采用储能式点焊机将缠绕丝、发热体和搭接处点焊在一起，点焊参数：电压14.5V、压力10N；将过渡线穿入中心氮化硼管21中引出。

[0079] 将薄壁管5(Φ4.5×15mm，壁厚0.15mm)插入法兰盘6中心孔中，薄壁管5的外径与中心孔的直径相同，使二者紧配合；薄壁管5一端与法兰盘6(Φ18.2×3mm)靠近不锈钢圆筒8的端面对齐，采用脉冲激光焊设备将二者熔焊在一起。

[0080] 用微型钻在氮化硼圆片18(Φ15×0.5mm)的中心部位开出两个小孔(Φ0.6，两孔间距1.3mm)，在法兰盘6靠近不锈钢圆筒8的端面上涂抹无机胶，将BN圆片压在高温无机胶上，胶层厚度在0.2～0.3mm之间；将样品在室温下放置12小时，后在炉中80℃保温2小时，150℃保温2小时，随炉冷却后取出。

[0081] 将BN环23放入不锈钢圆筒8尾部，再把一体化发热芯19(Φ15×25mm)放入不锈钢圆筒8(内部尺寸：Φ15.2×26.2mm，壁厚1.5mm)中；过渡线15从双孔BN圆片18的两个孔中引出后，进入薄壁管5；不锈钢圆筒8的前端正好与法兰盘6边缘的台阶贴合，采用脉冲激光焊接技术将圆筒8与法兰盘6焊接在一起，使一体化发热芯19固定在不锈钢圆筒8中。采用脉冲激光焊接工艺为：电流100A；脉冲0.8；频率10；离焦量35mm；激光聚焦镜焦距75mm。

[0082] 将无机胶17填充入薄壁管5中，随后将两根粗单孔石英管16(Φ1.5×15mm)分别套在两根过渡线15上，并把石英管完全插入套管中，在真空箱中排气，10分钟后取出；再添加无机胶17，灌封压实，室温放置24小时，将器件放入炉中固化，80℃保温2小时，120℃保温2小时，150℃保温2小时，随炉冷却后取出。

[0083] 过渡线15固定在薄壁管5中后，将过渡线在对折点处切断，每根过渡线拆分为两股过渡线12；把连接环4(Φ4.8×5mm，壁厚0.15mm)套在薄壁管5与薄壁变径管3(Φ4.5×5mm，Φ2.5×35mm，壁厚0.15mm)的对接处，对连接环4与薄壁管5搭接处及连接环4与薄壁变径管3搭接处采用脉冲激光进行焊接，脉冲激光焊接工艺为：电流100A、脉冲
0.8、频率24、离焦量40mm、激光聚焦镜焦距75mm；在四股过渡线上分别套上细单孔石英管
13(Φ0.8×40mm)，向变径管中充填氧化镁微粉14，固定石英管和过渡线；当过渡线15从薄壁变径管3中引出后，利用储能式点焊机将每根过渡线的两股镍铬丝在断开处重新焊接起来，点焊工艺：电压14.5V、压力10N。

[0084] 拨开外引线1(Fy-21聚酰亚胺包覆多股镀银铜导线)一端5mm绝缘皮，露出多股镀银铜丝，把多股丝平分两股，呈人字形缠绕在过渡线上，搪锡加固形成接点10，在接点外套以热缩套管11保护，热风枪吹缩；采用高温环氧胶9将薄壁变径管末端及过渡线与外引线接头固封在不锈钢管2(Φ3.4×15mm，壁厚0.15mm)中。

[0085] 用于内置式多孔加热器的一体化发热芯骨架如图3所示。

[0086] 内置式多孔加热器允许一体化发热芯占有的整体空间大小为Φ15mm×25mm；周边氮化硼管的长度为25mm，外径为5mm，壁厚0.3mm；中心氮化硼管21长度为20mm，外径为5mm，壁厚为0.5mm；氮隔片8尺寸为20mm×4mm×0.5mm。

[0087] 图3为发热体骨架，由周边氮化硼管和略短的带有氮化硼隔片24的中心氮化硼管21组成，周边氮化硼管以相同管径的中心氮化硼管21为中心形成密排结构；同时表示出发热体骨架后端面氮化硼管上开后端面双壁槽口32两处，分别为第二周边氮化硼管26和第三周边氮化硼管27相切处、第四周边氮化硼管28和第五周边氮化硼管29相切处；单壁槽口33两处，分别为第一周边氮化硼管25与中心氮化硼管21相切延伸处、第六周边氮化硼管30与中心氮化硼管21相切延伸处。图4为骨架前端面，表示出骨架对齐端在六根周边氮化硼管间隔着于两管相切处开前端面双壁槽口31三处，分别为第一周边氮化硼管25和第二周边氮化硼管26相切处、第三周边氮化硼管27和第四周边氮化硼管28相切处、第五周边氮化硼管29和第六周边氮化硼管30相切处。图5为一体化发热芯后端面，条形螺旋状发热体20的各弯折处嵌入各后端面双壁槽口32；发热体20两端经第一周边氮化硼管25和第六周边氮化硼管30的单壁槽口33穿入带有隔片24的中心氮化硼管21。图6为一体化发热芯前端面，条形螺旋状发热体20的各弯折处嵌入各前端面双壁槽口31；过渡线15从带有隔片24的中心氮化硼管21穿出。

[0088] 内置式多孔加热器的一体化发热芯的关键工艺如下：

[0089] 1)氮化硼管和氮化硼片的制备

[0090] 氮化硼管采用化学气相沉积法在碳棒上沉积制备，共有两种规格，规格一其长度为90mm，外径为5.0mm，壁厚为0.3mm，规格二其长度为90mm，外径为5.0mm，壁厚为0.5mm。同时沉积氮化硼片，规格为100mm×4mm×0.5mm。用机械去除和煅烧的方法去除氮化硼管内的碳棒，机械去除时小心操作，避免损伤氮化硼，煅烧温度在750℃为宜。

[0091] 2)氮化硼管打孔

[0092] 采用激光打孔制备多孔氮化硼管，将工艺1中的氮化硼管安装在脉冲激光加工机上，调试好设备参数(电流：190A脉冲：2频率：8离焦量：-28激光聚焦镜焦距：100mm)，在同一圆周上每隔45°打一孔洞，共8个孔洞，孔径为1mm，两排孔洞之间的距离为1.8mm，共有12排孔洞，每隔12排孔洞预留4.2mm不打孔。

[0093] 3)氮化硼管和氮化硼片的切割

[0094] 规格一的氮化硼管用金刚石划片切割机切割为25mm长的小段，壁厚为0.3mm，管端面两端各有2.1mm未打孔，切管后的多孔氮化硼管作为周边氮化硼管。规格二的氮化硼管切割为长度20mm的小段，壁厚0.5mm，两端面各有2.1mm未打孔，切管后的多孔氮化硼管作为中心氮化硼管。氮化硼片切割为20mm×4mm×0.5mm的小片。将切割好的多孔氮化硼管和氮化硼片用常规方法清洗干净。

[0095] 4)多孔氮化硼管端面开槽口

[0096] 将6根相同的多孔氮化硼管分别标号为1到6，与另一根标号为7的中心多孔氮化硼管紧密排列，形成绕中心氮化硼管对称相切的六方密排结构的发热体骨架。在骨架前端面各多孔氮化硼管对齐，然后用细金属丝捆扎紧固，用微型钻按照设计要求在前后端面的管壁上开槽口，槽口的宽度和深度分别为1.5和2.0mm，缓慢操作，避免打落大片的氮化硼。

[0097] 5)条形螺旋状发热体的制备：

[0098] 将泡沫镍材料切成1.5mm×1.2mm×1000mm的长条形，以螺距0.5mm和螺径1.0mm的规范在Φ1.0mm细陶瓷管上缠绕为螺旋状，螺旋发热体的长度在220mm左右，利用固相渗技术渗铬，经真空热处理后形成三维网状多孔镍铬合金发热体。

[0099] 固相渗技术渗铬过程：在1000℃下保温渗铬。所用渗剂组成为1200目的高纯氧化铝粉、300目的高纯铬粉和分析纯的氯化铵混合并充分研磨，其质量配比为73∶25∶2。首先用机械泵抽真空30min，然后对保护性气体氩气进行除氧和除水处理，保温时间30min；随炉冷却至200℃后关闭氩气，至室温后清洗干燥样品，称重；计算铬质量分数为20～22％(能谱测量结果与此十分接近)，测量电阻及尺寸，电阻值约为42～50Ω，计算电阻率为-3
85～90μΩ.m；随后将渗铬后的样品放入真空炉中，真空度为5×10 Pa，以10℃/min的升温速率升温至1100℃，保温6h；随炉冷却至室温，清洗干燥后，得到铬质量分数为20％的网状多孔镍铬合金电热材料。

[0100] 经测量其电阻值约为45～55Ω，计算电阻率为90～96μΩ.m，孔隙率约为96.3％；截取电阻值在36.5±3.5Ω的一段作为为内置式多孔加热器一体化发热芯的网状多孔镍铬合金发热体。

[0101] 6)发热体的穿绕

[0102] 将周边的6根氮化硼管编号，然后将条形螺旋状多孔镍铬合金发热体20从第一氮化硼管后端口穿入，依次穿过其他周边氮化硼管，最后从第六周边氮化硼管30后端口穿出，注意发热体从一根管到另一根管的各弯折处均应嵌入槽口内。

[0103] 7)发热芯的引出

[0104] 将条形螺旋状网状多孔镍铬发热体两端分别与两根过渡线15焊接在一起，过渡线为80Ni20Cr(镍与铬的质量百分含量分别为80％和20％)合金丝，其截面积为网状多孔电热材料真实截面积的数倍；每根过渡线须整根对折，两个并拢端头的一端往返折叠作为搭接处，另一端作为缠绕丝；发热体的端头与过渡线的搭接处捏合，用缠绕丝固定后采用脉冲点焊；两根过渡线从骨架安插氮化硼隔片8的中心氮化硼管7中引出，须保证两根过渡线之间绝缘。

[0105] 8)发热体骨架的固定

[0106] 将穿绕发热体的周边6根氮化硼管与中心氮化硼管21用无机胶固定，放置一定时间后待无机胶固化，去除细金属丝。