一种棒状双晶体柔性夹持散热结构的制作方法

1.本发明涉及棒状双晶体散热技术领域，尤其涉及一种棒状双晶体柔性夹持散热结构。


背景技术：

2.机载或星载激光器系统工作情况复杂，晶体安装与散热结构设计需要考虑质量、温度载荷，冲击载荷与振动等因素的影响，以保证晶体安装结构有足够的刚度、减小外力与热应力引起的变形，避免晶体变形过大而导致激光器系统光束质量变差，也影响激光在远距离目标处的功率或能量密度，因此需要设计合理的晶体安装与散热结构以保证晶体安装、变形精度与散热均匀的要求。
3.目前的晶体作为激光器中最重要的器件之一，晶体对其支撑应力尤其是热应力非常敏感，由于晶体材料与晶体热沉、晶体盖板结构材料热膨胀系数很难完全一致，导致晶体与晶体热沉之间必然产生热应力，为减小热应力，晶体安装结构在热变形方向上设计足够的柔度，这又造成与高刚度安装结构相互矛盾的问题。
4.因此，有必要提供一种棒状双晶体柔性夹持散热结构解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，解决了为减小热应力，晶体安装结构在热变形方向上设计足够的柔度，这又造成与高刚度安装结构相互矛盾的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，包括夹持机构和热缓冲结构，所述夹持机构包括晶体热沉，所述晶体热沉的内部放置有晶体块，且晶体块的数量有两个，所述晶体热沉的内壁开设有竖型槽，所述竖型槽的下方且位于晶体热沉的内部开设有u型槽，所述晶体热沉的斜坡面贴合有晶体盖板，所述晶体盖板的内部开设有多个第一安装孔，多个所述第一安装孔的内部均螺纹连接有多个第一螺栓，所述晶体盖板通过多个所述第一螺栓与晶体热沉固定安装，所述晶体热沉的两端均开设有第二安装孔，且第二安装孔的数量有四个，四个所述第二安装孔的内部均螺纹连接有第二螺栓，所述热缓冲结构包括贴合于晶体热沉下表面的散热板，所述散热板的两端内部均开设有第三安装孔，且第三安装孔的数量有四个，所述散热板通过第三安装孔和四个所述第二螺栓与晶体热沉固定安装，所述散热板的内部设有蜂窝层。
7.优选的，所述散热板的两侧外壁均固设有边板，且边板的数量有两个，两个所述边板的内壁均滑动连接有限位板，所述限位板的外壁固设有散热片。
8.优选的，所述蜂窝层采用选取烷类作为相变冷却的材料，其制备是通过对天然的鳞片状的石墨进行氧化插层反应，在石墨片层之间插入十八烷，形成具有层间插层物的石墨。
9.优选的，所述散热板的下表面贴合有第一导热垫，所述第一导热垫的下表面贴合有半导体制冷器。
10.优选的，所述半导体制冷器的冷端和热端均与第一导热垫安装，所述半导体制冷器的底部贴合有第二导热垫，所述第二导热垫的底部贴合有散热器。
11.优选的，所述竖型槽和u型槽采用三点狭缝结构，狭缝宽度等尺寸可根据结构参数优化仿真确定。
12.优选的，所述晶体热沉和晶体盖板均采用si c材料，所述晶体热沉和晶体盖板的表面均采用镀金处理工艺。
13.优选的，两个所述晶体块均采用si c材料，两个所述晶体块的外部均包裹铟箔，此处铟箔厚度范围为.mm。
14.与相关技术相比较，本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构具有如下有益效果：
15.利用柔性结构件的变形从而补偿晶体块与结构热膨胀引起的变形，通过合理的刚度和柔度匹配，可以显著提高结构的温度适应性及激光器光束质量，晶体盖板的u型槽和竖型槽采用三点狭缝结构，六个u型槽对称布局，狭缝宽度等尺寸可根据结构参数优化仿真确定，晶体热沉设计一个三点狭缝u型槽和竖型槽，晶体盖板与晶体热沉与晶体块棱角接触处设计去应力槽，因此，柔性结构的引入与高效的散热温控装置能够极大减小或消除双晶体块安装、散热不均所产生的应力，在结构中引入柔性环节，利用柔性结构件的变形从而补偿晶体与结构热膨胀引起的变形，采用对称布局的狭缝结构，通过合理的刚度和柔度匹配，可以显著提高结构的温度适应性及激光器光束质量。
附图说明
16.图1为本发明型提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构的一种较佳实施例的结构示意图；
17.图2为本发明爆炸结构示意图；
18.图3为图1所示夹持结构示意图；
19.图4为图1所示夹持结构剖视示意图；
20.图5为图1所示热缓冲结构示意图。
21.图中标号：1、夹持结构；11、晶体热沉；12、晶体块；13、竖型槽；14、u型槽；15、晶体盖板；16、第一安装孔；17、第一螺栓；18、第二安装孔；19、第二螺栓；2、热缓冲结构；21、散热板；22、第三安装孔；23、蜂窝层；24、边板；25、限位板；26、散热片；3、第一导热垫；4、半导体制冷器；5、第二导热垫；6、散热器。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
23.第一实施例：请结合参阅图1至图5，其中，图1为本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构的一种较佳实施例的结构示意图；图2为本发明爆炸结构示意图；图3为图1所示夹持结构示意图；图4为图1所示夹持结构剖视示意图；图5为图1所示热缓冲结构示意图。一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，包括夹持机构1和热缓冲结构2，夹持机构1包括晶体热沉11，晶体热沉11的内部放置有晶体块12，且晶体块12的数量有两个，晶体热沉11的内壁开设有竖型槽13，竖型槽13的下方且位于晶体热沉11的内部开设有u型槽14，晶体热沉11
的斜坡面贴合有晶体盖板15，晶体盖板15的内部开设有多个第一安装孔16，多个第一安装孔16的内部均螺纹连接有多个第一螺栓17，晶体盖板15通过多个第一螺栓17与晶体热沉11固定安装，晶体热沉11的两端均开设有第二安装孔18，且第二安装孔18的数量有四个，四个第二安装孔18的内部均螺纹连接有第二螺栓19，热缓冲结构2包括贴合于晶体热沉11下表面的散热板21，散热板21的两端内部均开设有第三安装孔22，且第三安装孔22的数量有四个，散热板21通过第三安装孔22和四个第二螺栓19与晶体热沉11固定安装，散热板21的内部设有蜂窝层23。
24.第二实施例：
25.散热板21的两侧外壁均固设有边板24，且边板24的数量有两个，两个边板24的内壁均滑动连接有限位板25，限位板25的外壁固设有散热片26。
26.蜂窝层23采用选取烷类作为相变冷却的材料，其制备是通过对天然的鳞片状的石墨进行氧化插层反应，在石墨片层之间插入十八烷，形成具有层间插层物的石墨；
27.石墨相变材料特性：密度为790kg/m3，导热系数为10w/mk，相变材料温度为20℃时发生相变，其比热容增大至40kj/kg℃，在26℃时相变完成，比热容又回到200j/kg℃。其中相变材料的密度和导热系数随着相变的产生均会发生微小变化。
28.散热板21的下表面贴合有第一导热垫3，第一导热垫3的下表面贴合有半导体制冷器4。
29.半导体制冷器4的冷端和热端均与第一导热垫3安装，半导体制冷器4的底部贴合有第二导热垫5，第二导热垫5的底部贴合有散热器6；
30.用于将相变材料和热缓冲结构中储存的热量及时扩散出去，增加了热传导，第一导热垫3和第二导热垫5的厚度为0.01～0.03mm，半导体制冷技术是利用半导体制冷器4将相变材料中的储存的热量进行散热，不断降低热源温度，使其达到较低温度的热平衡，半导体制冷技术包括半导体制冷器4与散热器6。
31.竖型槽13和u型槽14采用三点狭缝结构，狭缝宽度等尺寸可根据结构参数优化仿真确定。
32.晶体热沉11和晶体盖板15均采用si c材料，晶体热沉11和晶体盖板15的表面均采用镀金处理工艺；
33.晶体热沉11和晶体盖板15结构表面采用镀金处理工艺，提高晶体块12导热效率，改善晶体块12焊接性能。
34.两个晶体块12均采用sic材料，两个晶体块12的外部均包裹铟箔，此处铟箔厚度范围为0.01mm；
35.传统的紫铜材料密度大，导致激光器重量很难满足需要，不适用于激光器机载工作环境的需求，si c材料导热系数高很多，密度小，满足机载和星载低质量的要求。
36.本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构的工作原理如下：
37.首先，将两个晶体块12放入晶体热沉11的内部，然后，将晶体盖板15使用第一安装孔16和第二安装孔18通过第一螺栓17将其固定安装，然后将此结构放置于烘箱中加热，铟箔熔化为液体分布于晶体块12的表面，晶体盖板15与晶体底座之间间隙充满熔化的铟箔，由于铟导热系数较高，晶体块12热量通过热传导至晶体热沉11，开始工作时，随着热源的产热，相变材料的温度从15℃开始上升，到达20℃时发生相变，储热能力增加，同时半导体制
冷器4一直处于工作状态保持其冷端温度为15℃，半导体制冷器4热端连接散热器6，将热缓冲结构2产生的热量散出。
38.与相关技术相比较，本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构具有如下有益效果：
39.对本装置设计有夹持结构1，利用柔性结构件的变形从而补偿晶体块12与结构热膨胀引起的变形，通过合理的刚度和柔度匹配，可以显著提高结构的温度适应性及激光器光束质量，晶体盖板15的u型槽14和竖型槽13采用三点狭缝结构，六个u型槽14对称布局，狭缝宽度等尺寸可根据结构参数优化仿真确定，晶体热沉11设计一个三点狭缝u型槽14和竖型槽13，晶体盖板15与晶体热沉11与晶体块12棱角接触处设计去应力槽，因此，柔性结构的引入与高效的散热温控装置能够极大减小或消除双晶体块12安装、散热不均所产生的应力，在结构中引入柔性环节，利用柔性结构件的变形从而补偿晶体与结构热膨胀引起的变形，采用对称布局的狭缝结构，通过合理的刚度和柔度匹配，可以显著提高结构的温度适应性及激光器光束质量。
40.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，包括夹持机构(1)和热缓冲结构(2)，其特征在于：所述夹持机构(1)包括晶体热沉(11)，所述晶体热沉(11)的内部放置有晶体块(12)，且晶体块(12)的数量有两个，所述晶体热沉(11)的内壁开设有竖型槽(13)，所述竖型槽(13)的下方且位于晶体热沉(11)的内部开设有u型槽(14)，所述晶体热沉(11)的斜坡面贴合有晶体盖板(15)，所述晶体盖板(15)的内部开设有多个第一安装孔(16)，多个所述第一安装孔(16)的内部均螺纹连接有多个第一螺栓(17)，所述晶体盖板(15)通过多个所述第一螺栓(17)与晶体热沉(11)固定安装，所述晶体热沉(11)的两端均开设有第二安装孔(18)，且第二安装孔(18)的数量有四个，四个所述第二安装孔(18)的内部均螺纹连接有第二螺栓(19)，所述热缓冲结构(2)包括贴合于晶体热沉(11)下表面的散热板(21)，所述散热板(21)的两端内部均开设有第三安装孔(22)，且第三安装孔(22)的数量有四个，所述散热板(21)通过第三安装孔(22)和四个所述第二螺栓(19)与晶体热沉(11)固定安装，所述散热板(21)的内部设有蜂窝层(23)。2.根据权利要求1所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述散热板(21)的两侧外壁均固设有边板(24)，且边板(24)的数量有两个，两个所述边板(24)的内壁均滑动连接有限位板(25)，所述限位板(25)的外壁固设有散热片(26)。3.根据权利要求1所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述蜂窝层(23)采用选取烷类作为相变冷却的材料，其制备是通过对天然的鳞片状的石墨进行氧化插层反应，在石墨片层之间插入十八烷，形成具有层间插层物的石墨。4.根据权利要求3所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述散热板(21)的下表面贴合有第一导热垫(3)，所述第一导热垫(3)的下表面贴合有半导体制冷器(4)。5.根据权利要求4所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述半导体制冷器(4)的冷端和热端均与第一导热垫(3)安装，所述半导体制冷器(4)的底部贴合有第二导热垫(5)，所述第二导热垫(5)的底部贴合有散热器(6)。6.根据权利要求1所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述竖型槽(13)和u型槽(14)采用三点狭缝结构，狭缝宽度等尺寸可根据结构参数优化仿真确定。7.根据权利要求1所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，所述晶体热沉(11)和晶体盖板(15)均采用sic材料，所述晶体热沉(11)和晶体盖板(15)的表面均采用镀金处理工艺。8.根据权利要求1所述的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，其特征在于，两个所述晶体块(12)均采用sic材料，两个所述晶体块(12)的外部均包裹铟箔，此处铟箔厚度范围为0.01mm。

技术总结
本发明提供一种棒状双晶体柔性夹持散热结构。包括夹持机构和热缓冲结构，所述夹持机构包括晶体热沉，所述晶体热沉的内部放置有晶体块，且晶体块的数量有两个，所述晶体热沉的内壁开设有竖型槽。本发明提供的一种棒状双晶体柔性夹持散热结构，晶体热沉设计一个三点狭缝U型槽和竖型槽，晶体盖板与晶体热沉与晶体块棱角接触处设计去应力槽，因此，柔性结构的引入与高效的散热温控装置能够极大减小或消除双晶体块安装、散热不均所产生的应力，在结构中引入柔性环节，利用柔性结构件的变形从而补偿晶体与结构热膨胀引起的变形，采用对称布局的狭缝结构，通过合理的刚度和柔度匹配，可以显著提高结构的温度适应性及激光器光束质量。量。


技术研发人员：孙新会 程节 朱丹丹
受保护的技术使用者：合肥中科环光技术有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/19