技术摘要：
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  全部
背景技术：
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。 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。
技术实现要素：
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。 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，其热导率要求大于100W/(m﹒K)。为减少 过盈配合下耦合应力对探测器的影响，在冷平台1的侧边设计加工出H1宽度的弧形隔离槽， 弧形隔离槽槽形可以为圆弧形，亦可以为矩形。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和芯柱2通过真空钎焊实现高强度气密性焊接。 所述一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台的弧形隔离槽的参数 (见附图2)设计原则如下： (1)弧形隔离槽宽度H1参数确认方法如下: 1)根据冷平台1材料屈服强度和冷平台1的厚度、冷平台1的弹性模量计算形变量 ΔL； 3 CN 111595463 A 说　明　书 2/7 页 冷平台1材料屈服强度σ；冷平台1的厚度H；冷平台1的弹性模量Et；通过弹性变形 公式计算形变量为： 2)耦合过盈量δ，取值δ＝0.05-0.3mm； 3)其弧形隔离槽宽度H1应不小于耦合过盈量δ和低温下冷平台1形变量ΔL之和， 且不大于冷平台1的厚度H/3； H/3≥H1≥(ΔL δ)    (公式2)； (2)弧形隔离槽的曲率半径R1参数确认方法如下： 1)根据耦合力和制冷机冷指3直径计算均布载荷； 耦合力F；制冷机冷指3直径D1；冷平台1在耦合面处受到的均布载荷： 2)根据冷平台1的厚度和制冷机冷指3直径计算受力模型的惯性矩； 冷平台1的厚度H；制冷机冷指3直径D1；；冷平台1对Y轴的的惯性矩： 3)根据均布载荷，制冷机冷指3的直径，冷平台1的惯性矩和冷平台1的弹性模量计 算最大转角和加工转角； 均布载荷q；制冷机冷指3的直径D1；冷平台1的惯性矩I，冷平台1的弹性模量Et；所 述的与制冷机的低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台1在过盈耦合下的受力图 如图3所示，其受力模型为环状固定支撑板壳结构，其受力变形情况小于简支梁在均布载荷 q下的受力情况，其可简化为简支梁在均布载荷q下的受力情况，根据均布载荷q下简支梁的 挠度方程，最大转角： 其中考虑实际加工情况以及受力情况，加工转角θ为： 4)根据制冷机冷指3的直径计算弧形隔离槽宽； 制冷机冷指3的直径D1；弧形隔离槽长： L＝D1 (4～10mm)    (公式7) 5)根据弧形隔离槽宽和加工转角计算曲率半径； 弧形隔离槽长L；加工转角θ；曲率半径R1： (3)导热面D为制冷机冷指的冷量向热负载传递热链路中热流截面，导热 4 CN 111595463 A 说　明　书 3/7 页 面D的高度HD设计方法如下： 1)根据制冷机冷指3的直径和弧形隔离槽宽计算导热面D的长度； 制冷机冷指3的直径D1；弧形隔离槽长L；计算得出： LD＝L/2-D1    (公式9) 2)根据导热面D的热负载，导热面D材料在ΔT温度内的平均导热率系数，导热面D 的温差，导热面D的长度计算导热面D的横截面积； 导热面D的热负载为Q；材料在ΔT温度内的平均导热率系数为K；导热面D的温差为 ΔT；导热面D的长度为LD，可计算处导热面面积： 3)根据制冷机冷指3的直径计算导热面D的宽度； 制冷机冷指3的直径D1；考虑绝热及可加工性，导热面D的宽度： D2＝D1 0.7mm    (公式11) 4)根据导热面D的横截面积和导热面D的宽度计算导热面D的高度HD。 导热面D的横截面积A；导热面D的宽度D2；导热面D的高度： 所述一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台的弧形隔离槽的参数 设计弧形隔离槽宽度H1、弧形隔离槽曲率半径R1和导热面D的高度HD均可以迭代优化，以达 到减小接触热阻和物理隔离耦合应力的目的。 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的制备方法如下： 1)如附图2所示，冷平台1按设计要求加工成型，送入氢炉中900度高温加热处理； 2)对芯柱2和冷平台1连接处进行电镀镍，镍层厚度为0.05mm-0.1mm，电镀完成后 进行高温烧氢处理。高温烧氢处理条件同步骤1的高温烧氢处理条件； 3)对步骤2完成后的芯柱2镀镍处理的部分进行实测圆周尺寸，根据尺寸修配芯柱 2和冷平台1连接处相对应尺寸，确保安装后两处的间隙控制在0.01mm-0.04mm； 4)对芯柱2用丙酮、酒精及去离子水在超声波清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中 残留在零件表面的油脂和碎屑； 5)在专用夹具安装保证如图2所示安装位置，在芯柱2与冷平台1处连接处焊料预 留槽内添加焊料,放入真空钎焊炉，真空度低于1×10-3Pa，在焊料熔点的基础上增加10℃- 30℃作为焊接温度，保持5-20分钟进行焊接； 6)钎焊后在机床上用专用夹具装夹，并对冷平台1与焦平面探测器耦合处的上表 面进行研磨，保证耦合面平面度和平行度满足装配要求； 7)对一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台的芯柱2外表面和冷平 台1镜面抛光，抛光后将残留的研磨膏清洗干净，然后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声 波清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑。 8)将装配焊接后一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台完全浸入 液氮内，浸泡时间1-3分钟取出，室温保持时间大于5分钟，重复5-10次； 9)用专用工装对已制备好的一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平 5 CN 111595463 A 说　明　书 4/7 页 台进行检漏，当漏率小于3×10-11Pa.m3/s时，检漏合格； 10)最后进行250度，真空度优于3×10-4Pa连续真空排气48小时后待用。 以上就实现了一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台组装。 本发明的优点是： (1)本发明的结构简单，操作方便，成本低廉； (2)本发明中采用的低热导的薄壁圆柱体芯柱，其热导率不大于10W/(m﹒K)，具有 良好的机加工性和力学强度，可满足强度要求； (3)本发明中冷平台采用高热导的材料，其热导率不小于100W/(m﹒K)，温度均匀性 好，具有与红外探测器良好的热匹配性； (4)本发明中的冷平台支撑结构耦合面与探测器安装面之间设计加工相应宽度的 弧形隔离槽，可以隔离分置式制冷机探测器组件过盈耦合应力对探测器的影响，提高探测 器的可靠性。 附图说明 图1为一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台图； 图中：1—冷平台； 2—芯柱； 3—制冷机冷指； 图2为一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台局部放大图。 图3为一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台受力示意图。 图4为一种低接触热阻且隔离耦合应力的分置式杜瓦冷平台对Y轴惯性矩示意图。