多层管的制备方法以及包括该多层管的热离子能量转换器与流程

本申请的实施例涉及管状结构的制备方法，具体涉及一种多层管的制备方法以及包括该多层管的热离子能量转换器。

背景技术：

1、在现代工业领域中，对材料的性能和功能提出了更高的要求，单一材料很难同时满足多种不同的功能。

2、金属和陶瓷均具有较好的耐高温性能，其中金属为导电材料，陶瓷为电绝缘材料。为了满足实现两层金属管之间的电绝缘的应用需要，现有技术中，1500℃温度条件下的电绝缘一般采用间隙绝缘的方式进行。为保证内管和外管之间的间隙稳定，通常在内外管之间安装具有绝缘功能的陶瓷定位块，在薄壁管(管壁＜1mm)之间定位块的安装存在很大的困难。高温状态下绝缘定为的精度很难保证，定位精度不够容易导致薄壁金属管的变形，变形量超过间隙会导致内外管之间的绝缘失效。同时由于间隙的存在内管和外管之间的导热效率降低，内外管之间会存在较大的温差。

3、现有技术中的多层管的制备方法难以将金属与陶瓷结合在一起，且难以制备出符合精度要求的薄壁陶瓷结构。由此，现有技术中缺少制备内外两层为金属中间为陶瓷的多层管的方法。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本申请以提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多层管的制备方法。

2、根据本申请实施例的第一个方面，提供一种多层管的制备方法，包括：采用机加工得到沿轴向方向的中间位置具有凹陷的初始金属棒；在所述初始金属棒的凹陷的位置采用等离子喷涂工艺喷涂陶瓷层；将第一金属管套装在所述初始金属棒的外部，并将两个端头套装在所述初始金属棒的两端；将两个所述端头分别与所述第一金属管焊接；对所述初始金属棒以及套设在所述初始金属棒外部的所述第一金属管进行焊接，使得所述初始金属棒、所述陶瓷层以及所述第一金属管相互结合；将结合后的所述初始金属棒的两端以及所述第一金属管的两端切除，以暴露出具有所述陶瓷层的截面；以及在所述初始金属棒的中心形成沿轴向方向延伸的通孔，以得到所述多层管。

3、根据本申请实施例的第二个方面，提供一种热离子能量转换器，包括：由本申请实施例的第一方面所述的制备方法制备的多层管，所述多层管用于所述热离子能量转换器的发射极；多个接收极，沿轴向方向套设在所述多层管的外部，多个所述接收极分别通过多个连接件与所述多层管连接；以及端塞，连接在所述多层管的一端。

4、通过该方法制备出内外两层为金属管中间为陶瓷层的金属与陶瓷复合的多层管，一方面满足了在高温条件下内外两层金属管之间相互绝缘的应用需要，另一方面使得内外两层金属管以及陶瓷层之间形成一个整体，避免内外两层金属管之间形成较大的温差。

5、本申请实施例提供的热离子能量转换器，包括由上述实施例中的制备方法制备的多层管，使得在一根热离子能量转换器上实现多个发电单元的串联，可将热离子能量转换器的输出电压由1v左右，最高提高到5v以上，热离子能量转换器的热电转换效率可提高20％以上。

技术特征：

1.一种多层管的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的多层管的制备方法，其中，所述在所述初始金属棒(1)的凹陷(11)的位置采用等离子喷涂工艺喷涂陶瓷层(2)，包括：

3.根据权利要求2所述的多层管的制备方法，其中，所述在所述初始金属棒(1)的凹陷(11)的位置依次采用等离子喷涂工艺喷涂第一过渡层(21)、纯陶瓷层(22)以及第二过渡层(23)，包括：

4.根据权利要求2所述的多层管的制备方法，其中，所述在所述初始金属棒(1)的凹陷(11)的位置依次采用等离子喷涂工艺喷涂第一过渡层(21)、纯陶瓷层(22)以及第二过渡层(23)，包括：

5.根据权利要求2所述的多层管的制备方法，其中，所述纯陶瓷层(22)的喷涂厚度为所述第一过渡层(21)、所述纯陶瓷层(22)以及所述第二过渡层(23)总厚度的70％。

6.根据权利要求2所述的多层管的制备方法，其中，在所述初始金属棒(1)的凹陷(11)的位置喷涂的所述第一过渡层(21)、所述纯陶瓷层(22)以及所述第二过渡层(23)的总厚度与所述初始金属棒(1)的凹陷(11)的深度相等。

7.根据权利要求1所述的多层管的制备方法，其中，采用真空电子束或真空激光焊接将两个所述端头(4)分别与所述第一金属管(3)焊接。

8.根据权利要求1所述的多层管的制备方法，其中，采用热等静压扩散焊接工艺对所述初始金属棒(1)以及套设在所述初始金属棒(1)外部的所述第一金属管(3)进行焊接。

9.根据权利要求8所述的多层管的制备方法，其中，采用热等静压扩散焊接工艺对所述初始金属棒(1)以及套设在所述初始金属棒(1)外部的所述第一金属管(3)进行焊接的焊接条件包括：ar气环境、200mp的压力、温度为1700-1750℃以及焊接时间小于等于2小时。

10.根据权利要求1所述的多层管的制备方法，还包括：

11.根据权利要求10所述的多层管的制备方法，还包括：

12.一种热离子能量转换器，包括：

技术总结
本申请的实施例提供了一种多层管的制备方法，包括：采用机加工得到沿轴向方向的中间位置具有凹陷的初始金属棒；在初始金属棒的凹陷的位置采用等离子喷涂工艺喷涂陶瓷层；将第一金属管套装在初始金属棒的外部，并将两个端头套装在初始金属棒的两端；将两个端头分别与第一金属管焊接；对初始金属棒以及套设在初始金属棒外部的第一金属管进行焊接，使得初始金属棒、陶瓷层以及第一金属管相互结合；将结合后的初始金属棒的两端以及第一金属管的两端切除，以暴露出具有陶瓷层的截面；以及在初始金属棒的中心形成沿轴向方向延伸的通孔，以得到多层管。

技术研发人员：雷华桢,王振东,钟武烨,齐立君,姜玮,马茹,张征
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11