Герметичный корпус прибора
Владельцы патента RU 2455802:
Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") (RU)
Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и может использоваться при конструировании корпусов приборов радиоэлектронной аппаратуры, для которых требуется герметизация корпуса изделия. Технический результат - обеспечение эффективного теплоотвода от наиболее тепловыделяющих электронных компонентов, монтируемых на основание корпуса прибора, а также в обеспечении дополнительной защиты электронных компонентов прибора от воздействия ионизирующего излучения космического пространства. Обеспечивается тем, что герметичный корпус прибора выполнен в виде конструкции, изготовленной методом механической обработки из заготовки триметалла, полученной способом сварки взрывом. Конструкция герметично соединена с крышкой из титанового сплава лазерной импульсной сваркой. Имеет откачной штуцер. Свариваемые кромки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового слоя триметалла, боковые стенки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового слоя триметалла и алюминиевого слоя триметалла, основание герметичного корпуса прибора выполнено из алюминиевого слоя триметалла и медного слоя триметалла, а в основании герметичного корпуса прибора выфрезеровано одно или несколько окон в алюминиевом слое триметалла до достижения медного слоя триметалла. 3 ил.
Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и может быть использовано при конструировании корпусов приборов в герметичном исполнении в приборостроении, авиакосмической и радиотехнической отраслях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и теплоотводу через поверхность корпуса, а также требования защиты электронных компонентов прибора от воздействия ионизирующего излучения космического пространства.
Из уровня техники известна система охлаждения корпуса (см. заявка RU №2001113266, опубл. 2003.06.10, МПК Н05К 7/20). Система охлаждения корпуса, в которой расположен тепловыделяющий элемент, имеющий выходное отверстие, через которое внутрь корпуса снаружи поступает воздух, выходное отверстие, через которое из корпуса выходит наружу, радиатор с рассеивающим тепло ребром, который частично или целиком расположен внутри корпуса рядом с входным отверстием, и устройство для переноса тепла, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, в радиатор с рассеивающем тепло ребром, при этом тепло, которое выделяется работающем выделяющим тепло элементом, переносится в радиатор с рассеивающим тепло ребром устройством для переноса тепла, а воздух, который попадает внутрь корпуса через входное отверстие, сначала проходит через рассеивающее тепло ребро радиатора, отбирая от него тепло, и затем после нагревания в радиаторе выпускается через выходное отверстие корпуса наружу, охлаждая при этом сам корпус.
К недостаткам данного известного технического решения можно отнести сложность конструкции, недостаточно эффективный отвод тепла от радиоэлементов и отсутствие герметичности корпуса.
Из уровня техники известен герметичный корпус прибора (см. патент Российской Федерации на изобретение RU №2327312, опубл. 2008.06.20, МПК Н05К 5/00). Герметичный корпус прибора с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом содержит систему охлаждения корпуса, при этом система охлаждения корпуса образованна внутренними и внешними левой и боковой, правой боковой, передней и задней стенками, а также двойной верхней крышкой, образующими замкнутый контур и выполненными с возможностью прохождения охлаждающего потока воздуха, причем корпус прибора содержит герметизирующий элемент в виде прокладок из терморасширенного графита в местах стыковки стенок корпуса.
Недостатком технического решения является сложность данной конструкции и недостаточная надежность герметизации корпуса прибора, предназначенного для космического приборостроения.
Из уровня техники известны герметичные корпусы, содержащие корпус и крышку, в которой пазы под резиновую прокладку, стальную проволоку и припой, выполнены таким образом, что при помещении его в разреженную атмосферу усилие воспринимают стенки корпуса, а не паяный шов (см. авторское свидетельство СССР №880235, МПК Н05К 5/06, опубл. 1980 г.).
Корпусам, герметизируемым пайкой, присущи недостатки, заключающиеся в том, что конструкция кожухов и крышек сложна из-за наличия в них пазов и скосов, не обеспечивается надежность герметизации при эксплуатации корпуса в условиях повышенных механических воздействий, перепадов давлений и температур, возможен перегрев корпуса при пайке с передачей тепла на герметизированный радиоэлектронный прибор, а также недостаточен отвод тепла от тепловыделяющих радиоэлектронных элементов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является герметичный корпус, который содержит кожух и крышку, выполненные с покрытием в виде слоя металла по их смежным плоскостям, обладающего хорошей свариваемостью и малой теплопроводностью, например титановый сплав. В этом слое кожух и крышка снабжены буртами, совмещенными по периметру. Герметизация корпуса производится по стыку кожуха и крышки лазерной сваркой вакуум-плотным швом (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1780200, МПК Н05К 5/06, опубл. 1992 г.).
Недостатками данного корпуса являются малая теплопроводность материала кожуха и крышки, недостаточный отвод тепла от радиоэлектронных элементов, расположенных в корпусе прибора, и, как следствие, возможность перегрева в процессе эксплуатации прибора.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения эффективного отвода тепла, защита электронных компонентов прибора от воздействия ионизирующего излучения космического пространства и герметизация корпуса с высокой степенью надежности по герметичности прибора радиоэлектронной аппаратуры.
Технический результат достигается тем, что герметичный корпус прибора выполнен в виде конструкции, изготовленной методом механической обработки из заготовки триметалла (Ti-Al-Cu), включающего в себя слои сплавов: титанового, алюминиевого и медного, при этом заготовка получена способом сварки взрывом, а конструкция герметично соединена с крышкой из титанового сплава лазерной импульсной сваркой и имеет откачной штуцер, размещенный на боковой стенке герметичного корпуса прибора, свариваемые кромки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового слоя триметалла, боковые стенки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового и алюминиевого слоя триметалла, основание герметичного корпуса прибора выполнено из алюминиевого и медного слоя триметалла, в основании герметичного корпуса прибора выфрезеровано одно или несколько окон в алюминиевом слое триметалла до достижения медного слоя триметалла, в выфрезерованных окнах, в зоне наибольшего теплового потока, под тепловыделяющими элементами находится теплопроводящий медный слой триметалла.
Монтаж в окна, в зону наибольшего теплового потока, одного или нескольких тепловыделяющих элементов на медный слой триметалла обеспечит эффективный отвод тепла за счет высокой теплопроводности медного сплава.
Дополнительная защита электронных компонентов от воздействия ионизирующего излучения космического пространства осуществляется за счет применения крышки из титанового сплава, который, имея более высокий атомный номер по сравнению с традиционно применяемым алюминиевым сплавом, обладает более высокими экранирующими свойствами. Свариваемые кромки крышки из титанового сплава совмещаются по периметру со свариваемыми кромками титанового слоя триметалла и герметизируются методом лазерной импульсной сварки.
Сущность технического решения поясняется графическим материалом, описанием и примером конкретного исполнения.
На фиг.1 и 2 представлена схематично конструкция предлагаемого герметичного корпуса прибора.
На фиг.3 изображено сварное соединение, выполненное лазерной импульсной сваркой.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - конструкция, изготовленная из заготовки триметалла (Ti-Al-Cu), включающая в себя слои сплавов: титанового, алюминиевого и медного;
1a - титановый слой триметалла;
1б - алюминиевый слой триметалла;
1в - медный слой триметалла;
2 - крышка из титанового сплава;
3 - окно, отфрезерованное в алюминиевом слое триметалла до достижения медного слоя триметалла;
4 - откачной штуцер, размещенный на боковой стенке герметичного корпуса;
5 - тепловыделяющий элемент, вмонтированный в окно, отфрезерованное в алюминиевом слое триметалла до достижения медного слоя триметалла.
Герметичный корпус прибора (см. фиг.1-3), выполненный в виде конструкции, изготовленной методом механической обработки из заготовки триметалла (Ti-Al-Cu), включающего в себя слои сплавов: титанового, алюминиевого и медного, а конструкция герметично соединена с крышкой из титанового сплава.
Герметичный корпус прибора выполнен в виде конструкции 1, включающей титановый слой 1а триметалла, алюминиевый слой 1б триметалла и медный слой 1в триметаллла, крышку из титанового сплава 2. В основании герметичного корпуса прибора выфрезеровано одно (или несколько) окно 3 до медного слоя триметалла, на которое может монтироваться один (или несколько) тепловыделяющий элемент 5. Конструкция 1 и крышка из титанового сплава 2 герметично соединяются между собой методом лазерной импульсной сварки. Откачной штуцер 4, размещенный на боковой стенке герметичного корпуса, предусмотрен для проверки на герметичность и заполнения прибора рабочим газом.
Боковые алюминиевые стенки корпуса прибора позволяют сохранять габаритно-массовые характеристики прибора на прежнем уровне, а титановая крышка обеспечит дополнительную защиту электронных компонентов от воздействия ионизирующего излучения космического пространства.
Применение крышки из титанового сплава также позволит упростить процесс герметизации прибора за счет применения лазерной импульсной сварки вместо электронно-лучевой сварки в вакууме.
Размеры заготовок триметалла для изготовления корпусов должны быть длиной от 50 до 380 мм и шириной от 50 до 260 мм. Толщина составной части из титанового сплава, например листы марки ВТ 1-0 по ГОСТ 22178, должна находиться в пределах от 4 до 10 мм; из алюминиевого сплава, например марки АМг6 по ГОСТ 17232 - от 20 до 60 мм; медного сплава, например марки Ml по ГОСТ 1173 - от 4 до 10 мм.
Предлагаемое техническое решение герметичного корпуса прибора из триметалла позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от расположенных на основании корпуса тепловыделяющих элементов в результате высокой теплопроводности медного сплава, создать надежную герметизацию корпуса лазерной импульсной сваркой, а также обеспечить дополнительную защиту электронных компонентов внутри корпуса прибора от воздействия ионизирующего излучения космического пространства за счет применения крышки из титанового сплава.
Как показали результаты испытаний, конструкция герметичного корпуса прибора сохраняет предъявляемые к ней требования даже при трехкратном вскрытии прибора в процессе его изготовления и ремонта, а также обеспечивает герметичность и эффективный отвод тепла от элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Герметичный корпус прибора, выполненный в виде конструкции, изготовленной методом механической обработки из заготовки триметалла (Ti-Al-Cu), включающего в себя слои сплавов: титанового, алюминиевого и медного, при этом заготовка получена способом сварки взрывом, при этом конструкция герметично соединена с крышкой из титанового сплава лазерной импульсной сваркой и имеет откачной штуцер, размещенный на боковой стенке герметичного корпуса прибора, при этом свариваемые кромки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового слоя триметалла, боковые стенки герметичного корпуса прибора выполнены из титанового слоя триметалла и алюминиевого слоя триметалла, основание герметичного корпуса прибора выполнено из алюминиевого слоя триметалла и медного слоя триметалла, а в основании герметичного корпуса прибора выфрезеровано одно или несколько окон в алюминиевом слое триметалла до достижения медного слоя триметалла.
