温控复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种温控复合材料及其制备方法，该温控复合材料包括基体，所述基体上设置有若干微槽；填充物，所述填充物设置在所述微槽中，且所述填充物为相变物质；以及封板，所述封板设置在所述微槽的敞口端，所述封板密封所述微槽。本发明的温控复合材料是一种自身能够进行控温的材料，其利用了物质相变储热原理实现对整个温控复合材料的温度的精确控制；采用本发明的温控复合材料制备的器件自身即可调节温度来使整个器件温度稳定，不需要额外设置温度控制装置，从而节省了整个机电系统的体积，并且本发明的温控复合材料控温精确，能够实现对复杂机电系统的全局或局部温度控制，应用范围广，应用不受限制。
【专利说明】
温控复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及材料领域，尤其涉及一种温控复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 航空航天、航海、电子电工等多个领域对所涉及的精密机电系统（包括各种仪器、 仪表）的工作精度有很高的要求，要保证高精度，通常必须使相关器件及其承载平台长时 间处于特定温度或特定温度区间之下。为实现这一点，传统的做法是在系统中引入温度控 制器，基于所获监测结果，通过断开或闭合产生热效应的电路对系统温度进行调节。然而， 由于系统内热量的传递往往滞后于热量的生成，热平衡态间的转化需要一段较长的时间， 故即便采用温控器也很难实现对器件及其平台的全时段精确温控。在某些情况下，系统内 必要工作器件本身产生的热量就超出了系统的热负荷，温控器难以发挥作用，对于这类情 况，通常会采用风扇形成强制对流并设计风道以加强对流换热，或者通过引入其它冷却或 吸热机制形成双向调控。但是，对于许多复杂机电系统而言（尤其是形成封闭空间的机电 系统），受多种因素限制，系统中往往没有足够的空间和适宜的环境用以设计风道或置入制 冷部件。此外，在系统中引入相变储热材料吸收多余热量虽提供了一种反向调控思路，但单 纯在局部区域外置相变储热材料不仅额外占据空间，而且只能吸收局部热量，反而可能引 起承载平台甚至器件本身温度不均，进而影响器件的工作精度。由此可见，对于复杂机电系 统，目前尚缺乏精度高、受限少、可双向调控且可保证系统温度均匀性的温控手段或措施。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有温度控制功能的温控复合材料。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] 一种温控复合材料，包括
[0006] 基体，所述基体上设置有若干微槽；
[0007] 填充物，所述填充物设置在所述微槽中，且所述填充物为相变物质；以及
[0008] 封板，所述封板设置在所述微槽的敞口端，所述封板密封所述微槽。
[0009] 在其中一个实施例中，所述填充物为具有低温相变储热功能的水合盐。
[0010] 在其中一个实施例中，所述微槽的深度与所述微槽的宽度的比值为1~300。
[0011] 在其中一个实施例中，所述微槽的宽度为0. 5mm至3_，所述微槽的深度为3mm至 150mm〇
[0012] 在其中一个实施例中，所述基体的材质为金属、陶瓷或者玻璃。
[0013] 在其中一个实施例中，所述封板的厚度为1mm至30_。
[0014] 在其中一个实施例中，所述基体的截面形状为多边形，在所述基体的至少两个面 上均设置有所述微槽。
[0015] 在其中一个实施例中，若干所述微槽在所述基体上平行排列或者环形排列。
[0016] 在其中一个实施例中，所述微槽贯穿所述基板。
[0017] 上述的温控复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0018] S100 :采用水刀加工方法在基体上加工出微槽；
[0019] S200 :在所述微槽中填充相应的填充物；
[0020] S300 :安装封板，使封板密封所述微槽的敞口端，即可得到所述温控复合材料。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明的温控复合材料是一种自身能够进行控温的材料， 其利用了物质相变储热原理实现对整个温控复合材料的温度的精确控制。与以往的需要额 外设置温度控制装置来进行控温相比，采用本发明的温控复合材料制备的器件自身即可调 节温度来使整个器件温度稳定，不需要额外设置温度控制装置，从而节省了整个机电系统 的体积，并且本发明的温控复合材料控温精确，能够实现对复杂机电系统的全局或局部温 度控制，应用范围广，应用不受限制。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的温控复合材料的实施例一的整体示意图；
[0023] 图2为本发明的温控复合材料的实施例二的整体示意图；
[0024] 图3为本发明的温控复合材料的实施例三的整体示意图；
[0025] 图4为本发明的温控复合材料的实施例四的整体示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的温控复合材料及其制备方法的目的、技术方案及优点更加清楚明 白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0028] 本发明提供一种自身能够精确进行温度控制的温控复合材料，其包括基体、填充 物和封板，其中所述基体上设置有大量微槽，所述填充物填充在所述微槽中，所述封板设置 在所述微槽的敞口端，且所述封板密封所述微槽，其中所述填充物为相变物质。
[0029] 应当说明的是，本发明中的封板可以是一整块板，也可以是分块的板，只要能够将 微槽密封即可。
[0030] 本发明中的温控复合材料利用了物质相变储热原理，通过选取或调制适当的相变 物质获得具有特定熔点的填充物，利用填充物在相变过程中的恒温吸热或放热来实现对整 个基体的温度的精确控制，进而实现对整个温控复合材料的精确控制。尤其值得说明的是， 本发明的温控复合材料可以根据应用环境制备成各种形状，其适用范围非常广，尤其适用 于结构复杂的机电系统中，将需要精确控制温度的部件直接采用本发明的温控复合材料制 成，这样根本不需要额外的空间，也不需要额外的控温装置。
[0031] 其中，微槽贯穿所述基体。此时在基体的两侧均设置有封板。
[0032] 其中，所述填充物在常温下为固态粉末或颗粒。进一步的，所述填充物为具有低温 (10(TC以下）相变储热功能的水合盐。水合盐可以是单种水合盐也可以是多种水合盐的混 合物。根据具体的温度控制要求，配置具有相应熔点的填充物，进一步的，为促进填充物相 态转变，通常在配制时加入少量成核剂或结晶剂。常用的部分水合盐及相关热物性参数如 表1所示。
[0033] 表1部分水合盐类相变热物性表
[0034]
[0035] 较佳的，作为一种可实施方式，基体上分布的微槽的总面积占所述基体的表面积 的70%~90%，这样设置能够更好的控制基体的温度。且微槽在基体上应当均匀分布。
[0036] 其中，相邻微槽之间的距离为1mm至30mm。也就是相邻微槽之间的基体的隔板的 厚度，该厚度一方面应当足够薄以保证整个基体的温度均匀，另一方面应当具有一定的厚 度来保证整个温控复合材料的强度。
[0037] 进一步的，微槽中放置的填充物的容积应当占微槽的容积的70%~99%。
[0038] 较佳的，作为一种可实施方式，所述微槽的深度与所述微槽的宽度的比值为1~ 300 〇
[0039] 较佳的，作为一种可实施方式，所述微槽的宽度为0. 5mm至3_，所述微槽的深度 为3臟至150mm。
[0040] 较佳的，作为一种可实施方式，所述基体的材质为金属、陶瓷或者玻璃。所述封板 的材质也为金属、陶瓷或者玻璃，且封板的材质和基体的材质最好相同。这样能够更好的控 制整个温控复合材料的温度。
[0041] 较佳的，作为一种可实施方式，所述封板的厚度为1mm至30_。封板的厚度不宜太 薄，太薄则无法实现良好的密封，且加工操作不便；封板的厚度也不宜太厚，太厚的封板会 影响其中的填充物的传热效果，进而影响整个温控复合材料的温度控制精度。并且封板以 使填充物不外漏为基本原则，封板可以通过熔焊、钎焊或熔钎焊连接在基体上，封装后的基 体的微槽结构不可见。
[0042] 较佳的，作为一种可实施方式，所述基体的截面形状为多边形，在所述基体的至少 两个面上均设置有所述微槽，这两个面可以是相邻的两个面。在相邻面上设置的微槽可以 相互交叉。较优的，当机体为规则多棱柱例如长方体时即基体的截面为四边形，则可以沿相 邻面的法线方向进行双向切割，形成两组相互交叉的微槽。
[0043] 较优的，在同一面上的若干所述微槽在所述基体上平行排列或者环形排列。
[0044] 上述温控复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0045] S100 :采用水刀加工方法在基体上加工出微槽；
[0046] S200 :在所述微槽中填充相应的填充物；
[0047] S300 :安装封板，使封板密封所述微槽的敞口端，即可得到所述温控复合材料。
[0048] 本发明的温控复合材料尤其适用于精密仪器，例如航空惯导平台和动力电池温控 部件。本发明的温控复合材料可作为结构材料应用于各种有较高温控要求的机电系统中， 可作为承载电子器件和机械装置的平台，可作为连接部件，也可作为系统的外壳。使用时可 以首先根据产品的实际形状制备出基体，然后在基体上加工出微槽，再填充相应填充物之 后密封即可。这样本发明的温控复合材料可以被制备成各种形状，适用范围不受限制。本 发明的温控复合材料可以应用于对设备、器件或材料有温度控制要求的各种领域。
[0049] 以下通过几个实施例进一步说明。
[0050] 实施例一
[0051] 参见图1，本实施例中的温控复合材料包括基体101、基体101上设置的微槽102、 微槽中的填充物和设置在基体101两侧的封板103。
[0052] 其制备步骤如下：
[0053] (1)首选选取适宜尺寸的基体101，根据基体的材质和微槽尺寸确定合适的水刀 工艺参数和切割法，其中水刀工艺参数包括射流压力、进给速度、靶距和磨料流量等，切割 法包括交互切割法、倾角切割法和多次切割法等；
[0054] (2)在基体101上沿面1011的法线方向切割出大量平行的长度相同的微槽102 ; 本实施例中切割出的微槽贯穿整个基体101 ;
[0055] (3)在微槽102中填充相应填充物，本实施例中的填充物为水合盐单体或多种水 合盐以及添加剂组成的混合物；
[0056] (4)之后将两块封板103焊接在基体101上微槽102的敞口端，即基体101的面 1011和与面1011相对的面，对基体进行密封。本实施例中封板103和基体101的材质相 同，封板103的厚度为1mm至30mm〇
[0057] 参见图1，本实施例中的基体101为长方体，微槽102的截面为长方形，微槽102的 排列方式是平行排列，相邻微槽102之间的间距为3mm。
[0058] 实施例二
[0059] 参见图2,本实施例的温控复合材料包括基体201、基体201上开设的微槽202、微 槽202中的填充物以及基体201四周的封板203.
[0060] 本实施例中的温控复合材料中含有双向微槽，即在基体201的第一面2011和第二 面2012上均开设有微槽202,第一面2011和第二面2012相邻。
[0061] 其制备步骤如下：
[0062] (1)首选选取适宜尺寸的基体201，根据基体的材质和微槽尺寸确定合适的水刀 工艺参数和切割法；
[0063] (2)在基体201上沿第一面2011的法线方向切割出大量平行的长度相同的微槽 202 ;同时在与第一面2011相邻的第二面2012上沿面2012的法线方向切割出大量平行的 长度相同的微槽202,形成了两组正交微槽，切割出的微槽202贯穿整个基体201 ;微槽的宽 度为0. 5mm至3mm，深度为3_至150_ ；
[0064] (3)在微槽102中填充相应填充物，本实施例中的填充物为水合盐单体或多种水 合盐以及添加剂组成的混合物；
[0065] (4)之后将四块封板203焊接在基体201上微槽202的敞口端，即基体201的四个 面上，对基体201进行密封。本实施例中封板203和基体201的材质相同，封板203的厚度 为 1mm 至 30mm。
[0066] 实施例三
[0067] 参见图3,本实施例的温控复合材料包括基体301、基体301上开设的微槽302、微 槽302中的填充物以及基体301两侧的封板303。
[0068] 本实施例中的温控复合材料中的基体301为圆柱体，基体301的截面为圆形，微槽 302设置在圆形截面上。当然也可以在基体301的圆周面上设置微槽。
[0069] 其制备步骤与实施例一相同。微槽302的截面形状为梯形。
[0070] 实施例四
[0071] 参见图4,本实施例的温控复合材料包括基体401、基体401上开设的微槽402、微 槽402中的填充物以及基体401两侧的封板403。
[0072] 本实施例中的温控复合材料中的基体401为圆环柱体，基体401的截面为圆环形， 微槽402设置在圆环形截面上。微槽402的长度方向为圆环的半径方向，微槽单向贯穿整 个基体401。微槽在圆环形截面上呈环形排列。
[0073] 其制备步骤与实施例一相同。
[0074] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
【主权项】
1. 一种温控复合材料，其特征在于，包括 基体，所述基体上设置有若干微槽； 填充物，所述填充物设置在所述微槽中，且所述填充物为相变物质；以及 封板，所述封板设置在所述微槽的敞口端，所述封板密封所述微槽。2. 根据权利要求1所述的温控复合材料，其特征在于，所述填充物为具有低温相变储 热功能的水合盐。3. 根据权利要求1所述的温控复合材料，其特征在于，所述微槽的深度与所述微槽的 宽度的比值为1~300。4. 根据权利要求3所述的温控复合材料，其特征在于，所述微槽的宽度为0. 5mm至 3_，所述微槽的深度为3mm至150_。5. 根据权利要求1至4任意一项所述的温控复合材料，其特征在于，所述基体的材质为 金属、陶瓷或者玻璃。6. 根据权利要求1至4任意一项所述的温控复合材料，其特征在于，所述封板的厚度为 1mm 至 30mm〇7. 根据权利要求1至4任意一项所述的温控复合材料，其特征在于，所述基体的截面形 状为多边形，在所述基体的至少两个面上均设置有所述微槽。8. 根据权利要求1至4任意一项所述的温控复合材料，其特征在于，若干所述微槽在所 述基体上平行排列或者环形排列。9. 根据权利要求1所述的温控复合材料，其特征在于，所述微槽贯穿所述基板。10. 权利要求1至9任意一项所述的温控复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下 步骤： S100 :采用水刀加工方法在基体上加工出微槽； S200 :在所述微槽中填充相应的填充物； S300 :安装封板，使封板密封所述微槽的敞口端，即可得到所述温控复合材料。
【文档编号】C09K5/06GK105985756SQ201510075897
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月12日
【发明人】徐宇杰, 张文武, 杨旸
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所