專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁多孔介質(zhì)的制作方法
鋁多孔介質(zhì)相關(guān)申請(qǐng)的引用本申請(qǐng)要求 2009 年 7 月 7 日提交的題為 “Propulsion Systems andComponents Thereof"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/223，611的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用方式以其公開(kāi)或教導(dǎo)的全部?jī)?nèi)容明確結(jié)合于本文中。另外，本申請(qǐng)涉及2007年12月4日提交的題為 “Spark-Integrated Propellant Injector Headffith Flashback Barrier，，的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/950，174、以及2009年12月8日提交的題為"Regeneratively Cooled Porous Media Jacket”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/633，770。另夕卜，本申請(qǐng)涉及題為‘‘Tiered Porosity FlashbackSuppressing Elements For MonopropelIant Or Pre—Mixed
BipropelIantSystems“的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朹(代理檔號(hào)488-011-USP1)、題為
"Flashback Shut-off” 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?12/83 1,767(代理檔號(hào)488-011-USP3)、 以及題為"Detonation Wave Arrestor”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/831，703 (代理檔號(hào) 488-011-USP2)，上述三者均于2010年7月7日提交，其同樣通過(guò)引用方式以其公開(kāi)或教導(dǎo)的全部?jī)?nèi)容明確結(jié)合于本文中。
背景技術(shù)：
單組元推進(jìn)劑(單元推進(jìn)劑、單組分推進(jìn)劑，monopropellant)是單一液體，其用作燃料和氧化劑。在有適當(dāng)?shù)拇呋瘎┐嬖诘臈l件下，在引入高能火花以后、或在引入類(lèi)似的點(diǎn)源點(diǎn)火裝置(point source ignitionmechanism)以后，單組元推進(jìn)劑分解成熱氣。單組元推進(jìn)劑，例如，可以用于液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。單組元推進(jìn)劑的一個(gè)常見(jiàn)實(shí)例是胼，其經(jīng)常用于航天器姿態(tài)控制噴射器。另一個(gè)實(shí)例是HAN(羥基硝酸銨(硝酸羥胺))。另一種形式的推進(jìn)劑稱(chēng)作雙組元推進(jìn)劑，其由通常分開(kāi)存放的兩種物質(zhì)構(gòu)成燃料和氧化劑。每當(dāng)采用燃燒過(guò)程時(shí)，燃燒組分的預(yù)混合可能是可取的。可以受益于燃燒之前的預(yù)混合的燃料的實(shí)例包括但不限于天然氣、汽油、柴油、煤油、乙烷、乙烯、乙醇、甲醇、 甲烷、乙炔、以及硝基甲烷?？梢院退鋈剂项A(yù)混合的氧化劑的實(shí)例包括但不限于空氣、氧氣/惰性氣體混合物、氧氣、一氧化二氮、以及過(guò)氧化氫?？梢砸栽S多不同比例來(lái)混合燃料組分和氧化組分以制成預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑，因而獲得所期望的燃燒反應(yīng)。本文描述的回火制止元件(逆燃制止元件)尤其涉及其中在進(jìn)入燃燒室之前混合燃燒組分的任何情況?；瘜W(xué)反應(yīng)單組元推進(jìn)劑和預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑包含通過(guò)熱分解和/或燃燒來(lái)釋放化學(xué)能的成分。通過(guò)設(shè)計(jì)在化學(xué)反應(yīng)室(其中發(fā)生大部分化學(xué)能釋放)內(nèi)的機(jī)構(gòu)來(lái)引發(fā)化學(xué)能釋放。通常，將上述引發(fā)機(jī)構(gòu)合并在化學(xué)反應(yīng)室的噴射頭的附近。突燃(爆燃，deflagration)是常見(jiàn)形式的燃燒，其中火焰速度以小于聲音的速度進(jìn)行傳播。突燃通常伴隨低壓。然而，封閉式(contained)或加壓燃燒可導(dǎo)致更強(qiáng)大的爆轟現(xiàn)象。爆震(爆轟，detonation)是特征在于超音速火焰鋒面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象。通常伴隨爆震波(爆轟波)的是壓力/溫度尖峰和沖擊波。物理學(xué)和相應(yīng)的反應(yīng)現(xiàn)象充分地不同于突燃， 以保證分開(kāi)的指示(designations)和分析。上述條件可導(dǎo)致包含巨大力量的短暫現(xiàn)象，其可以用于破壞性的或精心控制的建設(shè)性目的(constructive purpose)。點(diǎn)火源是導(dǎo)致化學(xué)燃燒過(guò)程啟動(dòng)的任何能量機(jī)制。在燃燒反應(yīng)中，反應(yīng)物處于比燃燒以后的產(chǎn)物更高的能量狀態(tài)。然而，為了釋放存儲(chǔ)在反應(yīng)物的化學(xué)鍵內(nèi)的能量，必須首先提供一定量的能量(活化能)。在燃燒過(guò)程中引發(fā)能量的來(lái)源稱(chēng)作點(diǎn)火源。存在許多點(diǎn)火源，其包括但不限于電火花、催化劑(通過(guò)提供可以增加反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)的表面來(lái)降低活化能的物質(zhì))、熱源、沖擊負(fù)載、壓縮、或它們的任何組合。如果點(diǎn)火源存在于可爆轟混合物/可爆轟單組分，尤其是單組元推進(jìn)劑和預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑的下游，則火焰可以通過(guò)供給管線(feed line)傳播并進(jìn)入儲(chǔ)存容器(還稱(chēng)作“回火(逆燃，flastAack)”)，從而引起災(zāi)難性系統(tǒng)故障。在可爆震混合物下游的點(diǎn)火源可引起爆震向上游傳播。相比于更加常規(guī)的空氣/燃料混合物或低壓燃料和氧化劑混合物，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常用可以具有非常高的氣體和/或液體密度的單組元推進(jìn)劑進(jìn)行操作。不容易控制在這些高得多的單組元推進(jìn)劑能量密度下的回火。因此，由于非常難以控制的回火故障機(jī)制，傳統(tǒng)上已避免使用高能量密度的單組元推進(jìn)劑，其具有較小淬熄距離(例如，流體間隙、孔、和/ 或有效的流體通道直徑足夠小，以致火焰不能傳播通過(guò)通道)。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述了一種分層孔隙(tiered porosity)回火抑制元件，其用來(lái)在使用高度可燃?xì)怏w和液體、尤其是在高推進(jìn)劑密度(高氣體壓力或液相)下時(shí)，提高管流路徑 (tubing flow path)的安全性。這樣的回火制止器(逆燃制止器)可以，例如，用于航天器推進(jìn)、能量生成、工作產(chǎn)生循環(huán)(workproducing cycles)、以及一般燃燒反應(yīng)，其中采用單組元推進(jìn)劑和預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑。因此，本文披露了材料、方法和裝置，它們涉及上述推進(jìn)和工作產(chǎn)生系統(tǒng)的各種組分(組件，components)，其包括但不限于在火箭推進(jìn)或其它應(yīng)用(其中可燃材料可能經(jīng)受回火)中的微流體多孔介質(zhì)元件、動(dòng)力裝置、回火制止器和截止閥(斷流閥，shut-off valves)。材料是燒結(jié)金屬或其它材料的可變密度微流體多孔介質(zhì)元件，以及它們的制作方法?；鼗鹬浦蛊靼ㄉ鲜龆嗫捉橘|(zhì)元件和其它元件來(lái)提供回火制止器或截止閥，用于在供給管線中以較高溫度和壓力的推進(jìn)劑使用。披露了燒結(jié)金屬或其它材料的可變密度或分層孔隙微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的材料， 以及它們的制作方法。雖然微流體材料可以用于過(guò)濾器、熱交換器、催化劑床、和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，但發(fā)現(xiàn)所披露的分層孔隙材料和用于制作這些所披露材料的相應(yīng)方法特別適用于火箭推進(jìn)系統(tǒng)的部件，如動(dòng)力裝置、回火制止器和截止閥，以及在其它工作產(chǎn)生系統(tǒng)中的類(lèi)似部件，其中，必須將易爆震流體推進(jìn)劑或上述高能材料安全地從儲(chǔ)存容器供給到化學(xué)反應(yīng)室、燃燒室等，其中工作(work)提取自獲得的反應(yīng)熱。一般而言，可以實(shí)施回火制止元件的工作提取循環(huán)(work extractingcycle)可以包括但不限于燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)(例如，布雷頓類(lèi)似循環(huán))、奧托循環(huán)(Otto cycles)、狄塞爾循環(huán)(diesel cycle)、以及燃燒產(chǎn)物的恒壓膨脹(例如，類(lèi)似于氣動(dòng)機(jī)(pneumatic machines))。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本文描述的材料、裝置、和方法還可以具有除火箭推進(jìn)以外的其它應(yīng)用。在一種實(shí)施方式中，本文披露的產(chǎn)生鋁多孔介質(zhì)的方法包括混合粘合劑與鋁粉以產(chǎn)生第一混合物，加熱第一混合物至低于鋁燒結(jié)溫度以獲得金屬粉末的均質(zhì)復(fù)合物(均一復(fù)合物，homogeneous composite)，加熱均質(zhì)復(fù)合物至鋁燒結(jié)溫度以燒結(jié)結(jié)合 (sinter-bond)鋁粉從而獲得第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)，以及處理第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)以從第一孔隙度的多孔介質(zhì)除去氧化物薄層(oxide patina)。在一種可替換的實(shí)施方式中，除去第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)的氧化物層進(jìn)一步包括在氧化物去除酸(oxide removing acid)如鹽酸中浸浴第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)。在又一種實(shí)施方式中，將浸浴于氧化物去除酸中的鋁多孔介質(zhì)暴露于惰性氣體如氬、氦等的噴射流(射流，jet)中。在又一種可替換的實(shí)施方式中，將硅珠粒(珠粒)和二氧化硅珠粒的至少一種加入混合物并隨后利用蝕刻工藝溶解硅珠粒和二氧化硅珠粒的至少一種。在一種實(shí)施方式中，將第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)和第二孔隙度的鋁多孔介質(zhì)合并在一起以產(chǎn)生不同孔隙度的鋁多孔介質(zhì)，其中第一孔隙度不同于第二孔隙度。上述合并可以包括壓合(壓制，press)第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)和第二孔隙度的鋁多孔介質(zhì)。在一種可替換的實(shí)施方式中，產(chǎn)生第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)的方法可以進(jìn)一步包括在合并第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)和第二孔隙度的鋁多孔介質(zhì)之前整平(striking-ofT)第一孔隙度的鋁多孔介質(zhì)的第一層。本文披露的方法的一種可替換的實(shí)施方式提供產(chǎn)生層狀微流體多孔介質(zhì)元件， 該方法包括制造多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片(micro-fluidic porousmedia slices)，標(biāo)示 (registering)多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片的每一個(gè)，以及粘合多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片的一個(gè)或多個(gè)，其中制造多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片進(jìn)一步包括用光致抗蝕劑涂層涂覆薄膜，用掩膜覆蓋經(jīng)涂覆的薄膜，將經(jīng)覆蓋的薄膜暴露(曝光，expose)于電磁能以顯影掩膜，蝕刻經(jīng)暴露的薄膜，以及除去掩膜。本文披露的方法的一種可替換的實(shí)施方式提供產(chǎn)生具有微尺寸(微米尺度、微米尺寸，micro-sized)孔的陣列的多個(gè)金屬箔以及粘合具有微尺寸孔的陣列的多個(gè)金屬箔。 在上述方法的一種實(shí)施方式中，產(chǎn)生多個(gè)金屬箔可以進(jìn)一步包括使激光源通過(guò)微透鏡陣列，以及用通過(guò)微透鏡陣列的激光源來(lái)燒蝕金屬箔。又一種可替換的實(shí)施方式可以進(jìn)一步包括在粘合多個(gè)金屬箔之前從多個(gè)金屬箔的每一個(gè)除去氧化物層。在一種實(shí)施方式中，鋁多孔介質(zhì)可以用于單組元推進(jìn)劑系統(tǒng)，包括具有由鋁多孔介質(zhì)元件(aluminum porous media element)制成的內(nèi)表面的單組元推進(jìn)劑罐 (monopropellant tank)，具有由鋁多孔介質(zhì)元件制成的內(nèi)表面的單組元推進(jìn)劑輸送裝置，以及具有適合于將單組元推進(jìn)劑輸送到點(diǎn)火裝置的微流體多孔元件(microfluidic porous element)的回火制止裝置，其中將單組元推進(jìn)劑罐的內(nèi)表面和單組元推進(jìn)劑輸送裝置的內(nèi)表面粘合在一起。在上述單組元推進(jìn)劑系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中，單組元推進(jìn)劑罐的內(nèi)表面的孔隙度不同于單組元推進(jìn)劑輸送裝置的內(nèi)表面的孔隙度。本文還描述和列舉了其它實(shí)施方式。


圖1是具有多個(gè)姿態(tài)或遠(yuǎn)地點(diǎn)推進(jìn)器(apogee thruster)的軌道或航天器的透視示意圖，其中上述推進(jìn)器利用目前披露的回火制止裝置。圖IA是在軌道飛行器中利用根據(jù)目前披露的技術(shù)的回火制止裝置的典型單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)的放大示意截面圖。圖2示出用于推進(jìn)系統(tǒng)、工作流體生產(chǎn)系統(tǒng)、和/或動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)的利用爆震制止裝置的單組元推進(jìn)劑或雙組元推進(jìn)劑系統(tǒng)的典型流程圖。圖3示出具有圓盤(pán)狀分層孔隙回火抑制元件的爆震波制止器的典型實(shí)施方式。圖4示出具有錐狀分層孔隙回火抑制元件的回火制止器的一種可替換的實(shí)施方式。圖5示出具有半球形分層孔隙回火抑制元件的回火制止器的又一種可替換的實(shí)施方式。圖6示出具有杯狀分層孔隙回火抑制元件的回火制止器的又一種可替換的實(shí)施方式。圖7示出各種形狀的微流體多孔元件。圖8示出針對(duì)一氧化二氮混合燃料混合物產(chǎn)生的典型的可燃混合物淬熄曲線。圖9示出10微米多孔金屬介質(zhì)元件的典型的微流體多孔介質(zhì)壓降(壓力下降， pressure drop)相對(duì)于質(zhì)量流量(mass flow)數(shù)據(jù)。圖10示出用于分層孔隙微流體多孔介質(zhì)的制造工藝的一個(gè)實(shí)施例，其中混合金屬粉末和粘合劑。圖11示出用于鋪設(shè)(設(shè)置，laying up)非常薄的微流體多孔介質(zhì)膜的典型過(guò)程， 其中上述膜可以隨后被粘合于其它結(jié)構(gòu)上。圖12示出用于制造薄微流體多孔介質(zhì)元件或膜的另一個(gè)典型過(guò)程，其涉及從更大的塊體(block)放電加工(電火花加工，EDM)微流體多孔介質(zhì)片(薄片，slice)。圖13示出用于制造分層孔隙微流體多孔介質(zhì)的另一個(gè)典型過(guò)程，其涉及從預(yù)粘合至較低壓力下降的基質(zhì)(substrate)上的微流體多孔介質(zhì)EDM除去(線(wire)或浴(浸漬，plunge) EDM)材料。圖14示出用于制造微流體多孔介質(zhì)元件或膜的另一個(gè)典型過(guò)程，其涉及堆疊和旋轉(zhuǎn)具有預(yù)鉆孔(predrilled)微流體通道的箔。圖15示出用于制造由鋁金屬膜構(gòu)成的鋁微流體多孔介質(zhì)元件的一種典型過(guò)程， 其中上述鋁金屬膜在惰性氣氛下被擴(kuò)散結(jié)合(diffusion bond)在一起之前首先經(jīng)受氧化還原過(guò)程。圖16示出用于增加微流體多孔介質(zhì)元件的爆震波強(qiáng)度的等級(jí)的一種典型過(guò)程， 其通過(guò)在制作中將元件暴露于弱但逐步提高強(qiáng)度的爆震波中。圖17示出分層孔隙微流體多孔介質(zhì)，其結(jié)合有嵌入更大多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的多個(gè)小孔隙微流體多孔薄元件，以為嵌入在單結(jié)構(gòu)中的回火提供冗余(redundancy)。圖18是示出用于產(chǎn)生具有可變孔隙度的多孔介質(zhì)元件的過(guò)程的流程圖。圖19示出利用在激光蝕刻方面的一些進(jìn)展的方法，但這里用來(lái)制作精確燒蝕的多孔片或箔。圖20示出將處理箔粘合在一起以形成分層孔隙回火壓制構(gòu)件的小平均孔徑的區(qū)域。
具體實(shí)施例方式在下面描述中，為便于解釋?zhuān)U述了許多具體的細(xì)節(jié)，以透徹理解本發(fā)明。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些的情況下來(lái)實(shí)施本發(fā)明。例如，雖然各種特征歸于特定的實(shí)施方式，但應(yīng)當(dāng)明了，相對(duì)于一種實(shí)施方式描述的特征也可以并入其它實(shí)施方式。然而，同樣地，不應(yīng)認(rèn)為任何所描述的實(shí)施方式的單一特征或多個(gè)特征對(duì)于本發(fā)明是必不可少的，因?yàn)楸景l(fā)明的其它實(shí)施方式可以省略此類(lèi)特征。以下方程1涵蓋氣體和液體，它使用移動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量流量而不是流體速度， 因?yàn)楫?dāng)使用“流體速度”時(shí)就所指的速度而言不會(huì)出現(xiàn)歧義。所有燃燒反應(yīng)(從其可以產(chǎn)生爆轟)最通常是基于成分的質(zhì)量或摩爾流量(molar flow rate)而不是流體速度。
dP C ... 2 /Li . ft——=--m--m
ds ρpK式中，dP/ds-沿移動(dòng)通過(guò)元件的流體流線的壓力變化，K-微流體多孔介質(zhì)滲透系數(shù)，C-微流體多孔介質(zhì)形狀系數(shù)(micro-fluidic porous mediaForm coefficient)，μ-流體動(dòng)態(tài)粘度，P -流體密度，流體移動(dòng)通過(guò)微流體多孔介質(zhì)元件的質(zhì)量流量。以下方程2是針對(duì)流經(jīng)厚度L的結(jié)構(gòu)的理想氣體進(jìn)一步推導(dǎo)的特例(此方程與我們的圖2數(shù)據(jù)是一致的)(P12-P22)= (2R T L)(c){m")2 + (2R T 丄)(//(去)(冶〃)其中P1-微流體多孔介質(zhì)元件的緊接(immediately)上游的壓力，P2-微流體多孔介質(zhì)元件的緊接下游的壓力，L-微流體多孔介質(zhì)元件厚度，K-微流體多孔介質(zhì)滲透系數(shù)， C-微流體多孔介質(zhì)形狀系數(shù)，R-氣體常數(shù)，T-在微流體多孔介質(zhì)元件中的氣體溫度，μ -流體動(dòng)態(tài)粘度，P -流體密度，勸〃-流體移動(dòng)通過(guò)微流體多孔介質(zhì)元件的質(zhì)量流量。圖1是具有多個(gè)姿態(tài)或遠(yuǎn)地點(diǎn)推進(jìn)器的軌道或宇宙飛船100的透視示意圖，其中上述推進(jìn)器利用本文披露的回火制止裝置。推進(jìn)器110可以使用單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng) 110，其詳細(xì)描述在圖IA中。圖IA是剖視圖，其示出典型的單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110，其可以使用根據(jù)目前披露的技術(shù)的回火制止裝置102、104、106。典型的單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110包括單組元推進(jìn)劑罐112。點(diǎn)火接口 106位于火箭體110和燃燒室114之間，其送入膨脹噴嘴(膨脹噴管)116。在此圖中，將從左至右推進(jìn)火箭。經(jīng)由單組元推進(jìn)劑管線118，將來(lái)自單組元推進(jìn)劑罐112的推進(jìn)劑輸送到燃燒室 114。在發(fā)生回火的情況下，回火制止截止閥102可以切斷燃料?；鼗鹬浦蛊?04使由回火引起的能量轉(zhuǎn)向，而遠(yuǎn)離管線118和罐112?；鼗鹬浦裹c(diǎn)火接口 106可以包含燒結(jié)金屬或其它耐熱材料的微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。另外，截止閥102和/或回火制止器104也可以包含微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。請(qǐng)注意，雖然在圖1中相對(duì)于火箭披露了回火制止裝置102、104、106， 但這樣的裝置也可以用于其它推進(jìn)劑和/或動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(powergeneration systems)。在航天器100的一種實(shí)施方式中，單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)(monopropellant propulsion system) 110的基本上或所有的部件可以由本文披露的鋁多孔介質(zhì)制成。具體地，在這樣的實(shí)施方式中，單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的各種部件，如單組元推進(jìn)劑罐112、管線118、燃燒室114、噴嘴116等，可以由本文披露的鋁多孔介質(zhì)制成。在一種實(shí)施方式中，鋁多孔介質(zhì)可以由可變密度制成并且在單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的每個(gè)部件中鋁多孔介質(zhì)的密度可以不同于在其它部件中的密度。此外，在單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的不同部件中，鋁多孔介質(zhì)的密度的梯度也可以是不同的。因此，在單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的一種實(shí)施方式中，各種部件，如單組元推進(jìn)劑罐112、管線118、燃燒室114、噴嘴116等，可以以一定方式由鋁多孔介質(zhì)制成，以致在單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的各種部件之間在不同材料之間不存在過(guò)渡接頭(transition joints)ο由于鋁是非常輕質(zhì)的材料，所以在單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的一個(gè)或多個(gè)部件中使用鋁多孔介質(zhì)可以降低單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的總重量。類(lèi)似地，鋁多孔介質(zhì)還可以用于其它發(fā)動(dòng)機(jī)，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。在一種實(shí)施方式中，可以基于可影響上述部件的一種或多種的溫度的梯度，來(lái)確定在飛行器(Vehicle)IOO的各種部件、或其它發(fā)動(dòng)機(jī)的部件中所使用的鋁多孔介質(zhì)的孔隙度的梯度。在又一種實(shí)施方式中，可以使用鋁的再生冷卻的微流體多孔陣列來(lái)構(gòu)造單組元推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)110的一種或多種部件、或其它發(fā)動(dòng)機(jī)的部件。它們可以包括動(dòng)力裝置熱交換器、發(fā)生器、以及活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(其需要散熱)。此外，這些部件的一個(gè)或多個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是一個(gè)或多個(gè)分層孔隙回火抑制元件，其利用下文將詳細(xì)描述的方法并由下文將詳細(xì)描述的材料制成。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，雖然優(yōu)選將上述分層孔隙元件加入閥結(jié)構(gòu)、射流導(dǎo)流槽(blast deflector)結(jié)構(gòu)等，但在一些情況下以及對(duì)于一些單組元推進(jìn)劑或預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑， 可以或甚至期望將上述元件單獨(dú)插入推進(jìn)劑流路中。圖2示出用于單組元推進(jìn)劑或雙組元推進(jìn)劑系統(tǒng)的典型的流程圖200，其中使用回火制止裝置用于推進(jìn)系統(tǒng)(例如，推進(jìn)器220)、工作流體生產(chǎn)系統(tǒng)(例如，氣體發(fā)生器 222)、和/或動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(例如，動(dòng)力裝置224)的回火保護(hù)。在第一描述的實(shí)施方式中， 單組元推進(jìn)劑罐2 是用于動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)220、222、或2M的燃料/氧化劑源?；鼗痖y228、 回火制止器236、和/或調(diào)節(jié)器232包含如本發(fā)明披露的回火制止技術(shù)。該回火制止技術(shù)可以防止或停止爆震波向上游傳播以及防止或停止在單組元推進(jìn)劑供給管線和/或單組元推進(jìn)劑罐226中引起災(zāi)難性系統(tǒng)故障。另外，目前披露的回火制止技術(shù)(例如，回火制止器 236)還可以使爆震波的能量轉(zhuǎn)向而遠(yuǎn)離供給管線和/或單組元推進(jìn)劑罐226。在第二描述的實(shí)施方式中，在注入動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)220、222、或2M之前，預(yù)混合雙組元推進(jìn)劑罐(即，燃料罐2 和氧化劑罐230)。用于上述系統(tǒng)的典型的燃料包括但不限于天然氣、汽油、柴油、煤油、乙烷、乙烯、乙醇、甲醇、甲烷、乙炔、以及硝基甲烷。用于上述系統(tǒng)的典型的氧化劑包括但不限于空氣、氧氣/惰性氣體混合物、氧氣、一氧化二氮、以及過(guò)氧化氫?？梢砸栽S多不同比例來(lái)混合燃料組分和氧化組分，以獲得所期望的燃燒反應(yīng)?；鼗痖y234、回火制止器236、和/或調(diào)節(jié)器2 可以包含如本發(fā)明披露的回火制止或抑制技術(shù)。該回火制止技術(shù)可以防止或停止爆震波向上游朝著罐226、228、230傳播并防止或停止在預(yù)混合燃料和氧化劑處的下游的供給管中引起災(zāi)難性系統(tǒng)故障。另外，目前披露的回火制止技術(shù)(例如，回火制止器236)還可以包括爆震波制止器/轉(zhuǎn)向器以使爆震波的能量轉(zhuǎn)向而遠(yuǎn)離供給管線和/或燃料罐2 和氧化劑罐230。另外，圖2示出三種可替換的動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(例如，推進(jìn)器220、氣體發(fā)生器222、或動(dòng)力裝置224)，各自具有相應(yīng)的噴射頭(噴射器頭，injector head) 238。本文還設(shè)想其它動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)。例如，各種工作提取循環(huán)可以實(shí)施回火制止技術(shù)(例如，燃?xì)廨啓C(jī)(布雷頓)循環(huán)、奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、以及恒壓循環(huán))。噴射器238還可以裝備有上述回火制止技術(shù)，其可以防止或停止爆震波向噴射器238的上游傳播以及引起災(zāi)難性系統(tǒng)故障。圖 2所示的實(shí)施方式說(shuō)明回火制止器236可以實(shí)施用來(lái)保護(hù)單點(diǎn)火源，即，一個(gè)回火制止器用于保護(hù)罐226，以及一個(gè)回火制止器236用來(lái)保護(hù)罐228、230。然而，在一種可替換的實(shí)施方式中，單回火制止器可以實(shí)施用來(lái)保護(hù)多個(gè)可燃混合物源。此外，可以將回火制止器236 實(shí)施在點(diǎn)火源和可燃混合物的容器之間的任何點(diǎn)。在流程圖200所示的部件的一種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)部件可以由本文披露的鋁多孔介質(zhì)制成。例如，在一種實(shí)施方式中，單組元推進(jìn)劑罐226、噴射器238、以及調(diào)節(jié)器 232和回火轉(zhuǎn)向器230的一個(gè)或多個(gè)部分可以由本文披露的鋁多孔介質(zhì)制成。在又一種可替換的實(shí)施方式中，每個(gè)這些部件可以由本文披露的具有彼此不同孔隙度的鋁多孔介質(zhì)制成。圖3示出回火制止器組件300的一種實(shí)施方式的部件的組合體(組件，assembly) 的典型的幾何形狀和構(gòu)成?；鼗鹬浦蛊鹘M件300可以包括爆震波轉(zhuǎn)向器302、頂蓋(帽， cap) 304、阻火器結(jié)構(gòu)(flame arrestor structure) 306、破裂膜(burst membrane) 308、 / ^ ^ (bottom compressionf itting) 310> l^^TS^Pfli^^^ (top compression fitting) 3120若干螺釘或其它機(jī)構(gòu)可以將回火制止器組件300保持在一起。例如，在所示實(shí)施方式中，頂蓋304和阻火器結(jié)構(gòu)306具有用于螺釘?shù)穆菁y320，其將在頂蓋304和阻火器結(jié)構(gòu)306之間的爆震波轉(zhuǎn)向器302和破裂膜308保持在一起。頂蓋304具有沿其中心軸的開(kāi)口 322并且阻火器結(jié)構(gòu)306具有沿其中心軸的開(kāi)口 324。在一種可替換的實(shí)施方式中， 開(kāi)口 322和3 各自可以位于垂直于頂蓋304和阻火器結(jié)構(gòu)306的中心軸的方向、或任何其它方向。在回火制止器300的典型的實(shí)施方式中，經(jīng)由開(kāi)口 324，底部壓合接頭310連接于阻火器結(jié)構(gòu)306，以及經(jīng)由開(kāi)口 322，頂部壓合接頭312連接于頂蓋304。底部壓合接頭310和頂部壓合接頭312各自通過(guò)在它們(主)體中的空腔來(lái)提供用于推進(jìn)劑流體(氣體、液體、或它們的組合)的通路?？梢栽O(shè)計(jì)底部壓合接頭310，以致可以將它連接于管道、導(dǎo)管或其它機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)用于從罐226、228、230向底部壓合接頭310 輸送上述流體。類(lèi)似地，可以設(shè)計(jì)頂部壓合接頭312，以致可以將它連接于管道、導(dǎo)管或其它機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)用于輸送流體遠(yuǎn)離底部壓合接頭312并向著噴射器238?？梢栽O(shè)計(jì)阻火器結(jié)構(gòu)306以在它的一個(gè)表面上并入接收器(rec印tor) 326，從而保持分層孔隙元件330。請(qǐng)注意，雖然在圖3所示的實(shí)施方式中，所示出的接收器3 具有扁平結(jié)構(gòu)，但如下面將討論的， 接收器3 可以具有各種可替換的幾何結(jié)構(gòu)。在這樣的可替換的實(shí)施方式中，多孔介質(zhì)元件330還可以具有不是扁平的幾何結(jié)構(gòu)。下文詳細(xì)說(shuō)明回火制止器組件300的各種部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)?；鼗鹬浦蛊鹘M件300被構(gòu)造成位于從流體容器如罐2沈、2觀、230至噴射器238的流體通路中。因此，來(lái)自罐的流體可以行進(jìn)通過(guò)連接導(dǎo)管、管道、或其它機(jī)構(gòu)移向底部壓合接頭310。以一定方式將底部壓合接頭310連接于阻火器結(jié)構(gòu)306，以致來(lái)自底部壓合接頭 310的流體移向包含多孔介質(zhì)元件330的接收器326。如上面所討論的，多孔介質(zhì)元件330 允許流體通過(guò)它，但構(gòu)造成阻擋火焰鋒面前進(jìn)通過(guò)它，如下文將詳細(xì)描述的。另外，流體還可以在接收器326的表面的方向行進(jìn)，因而，垂直于流體通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)。在圖3中， 方向箭頭332表示沿著接收器326的表面的流體的通路，而方向箭頭334則表示通過(guò)多孔介質(zhì)330的流體通路。設(shè)計(jì)爆震波轉(zhuǎn)向器302的底部表面，以致它偏轉(zhuǎn)流體，使其通過(guò)多孔介質(zhì)元件330 移向爆震波轉(zhuǎn)向器302的周邊。此外，以一定方式設(shè)計(jì)爆震波轉(zhuǎn)向器302的側(cè)表面，以致當(dāng)將破裂膜308安裝在爆震波轉(zhuǎn)向器302的周?chē)鷷r(shí)，沿著爆震波轉(zhuǎn)向器302的側(cè)表面形成若干流路。來(lái)自多孔介質(zhì)元件330的流體和沿著接收器3 的表面行進(jìn)的流體可以朝著頂蓋 304行進(jìn)通過(guò)在爆震波轉(zhuǎn)向器302和破裂膜308之間形成的上述流路。方向箭頭336表示在爆震波轉(zhuǎn)向器302和破裂膜308之間的這樣的流體流動(dòng)的通路。設(shè)計(jì)成相鄰于頂蓋304的爆震波轉(zhuǎn)向器302的外表面也可以一定方式加以設(shè)計(jì)， 以致在爆震波轉(zhuǎn)向器302和頂蓋304之間形成若干流路338。在爆震波轉(zhuǎn)向器302和破裂膜308之間沿著通路336行進(jìn)的流體可以通過(guò)通路338流向在頂蓋304體中的中心開(kāi)口。 隨后，流體可以通過(guò)在頂蓋304中的開(kāi)口流向頂部壓合接頭312并從那里流向?qū)Ч堋⒐艿馈?或其它機(jī)構(gòu)，其將頂部壓合接頭連接于噴射器238。在一種可替換的實(shí)施方式中，可以單獨(dú)或在如上所述的制止器組件中，將分層孔隙回火抑制元件并入截止閥中。例如，可以相鄰于接收器3 放置截止閥并連接于破裂膜 308，以致在回火的情況下，截止閥關(guān)閉流體從罐2沈、2觀、230至噴射器238的流動(dòng)。如下面所討論的，可以一定方式將上述截止閥連接于破裂膜308，以在破裂膜308發(fā)生破裂的情況下觸發(fā)截止(shut-off)。一種可替換的實(shí)施方式可以提供在發(fā)生回火的情況下用于隔離推進(jìn)劑源的推進(jìn)劑截止組件，其中推進(jìn)劑截止組件可以包括破裂膜，其被造成在有回火的情況下失效；以及偏壓關(guān)閉(biased closed)截止閥，其連接于破裂膜?？梢酝ㄟ^(guò)破裂膜使上述截止閥保持打開(kāi)，同時(shí)破裂構(gòu)件完好無(wú)損。又一種實(shí)施方式可以提供在發(fā)生回火的情況下隔離推進(jìn)劑源的方法。在這樣的實(shí)施方式中，當(dāng)推進(jìn)劑在推進(jìn)劑流動(dòng)方向移動(dòng)通過(guò)推進(jìn)劑截止組件時(shí)， 推進(jìn)劑截止組件可以經(jīng)歷回火。因此，由于回火，可以使推進(jìn)劑截止組件內(nèi)的破裂膜破裂， 從而失效。破裂膜的上述失效引起推進(jìn)劑截止組件關(guān)閉和隔離來(lái)自推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)(由于回火，其已失效)的任何部件的推進(jìn)劑源。在意外造成回火的情況下，多孔元件330像熱海綿(thermal sponge) —樣發(fā)揮作用，其以比爆震波可釋放燃燒能量的速率更快的速率吸收燃燒能。因此，多孔介質(zhì)元件330 提供爆轟淬熄。然而，由于在正常操作中，多孔介質(zhì)元件330還提供用于可燃流體的通路， 所以對(duì)于每種特定應(yīng)用，基于可燃流體的質(zhì)量流速要求和允許壓降，來(lái)策略性地選擇多孔介質(zhì)元件330的有效的微通道直徑的大小和表面積。雖然多孔介質(zhì)元件330的淬熄距離可以足以制止原(最初的，primary)爆震波，但是，通過(guò)機(jī)械故障和/或通過(guò)固體材料的熱傳輸，自管線回火的能量釋放可以引起二次點(diǎn)火。在直接接觸足以點(diǎn)燃回火制止器組件300 的上游的推進(jìn)劑的未燃燒的可燃流體時(shí)，這種傳導(dǎo)性熱傳輸可以產(chǎn)生熱點(diǎn)(hot spots)。然而，爆震波轉(zhuǎn)向器302連同破裂膜308—起可以對(duì)可燃流體源提供額外的保護(hù)， 使其免受由上述另外的爆震波引起的潛在危害。具體地，爆震波轉(zhuǎn)向器302，連同破裂膜 308 一起，允許爆轟產(chǎn)物在它們到達(dá)多孔介質(zhì)元件330或至少緊鄰多孔介質(zhì)元件330之前， 從在頂部壓合接頭312中的被通風(fēng)的開(kāi)口行進(jìn)。此外，爆震波轉(zhuǎn)向器302，當(dāng)被燃燒波擊中時(shí)，會(huì)驅(qū)散沖擊波，使其遠(yuǎn)離多孔介質(zhì)元件330。具體地，爆震波轉(zhuǎn)向器302將沖擊波能量引向破裂膜308。圖4示出回火制止器組件400以及其各種部件的一種可替換的實(shí)施方式。具體地，回火制止器組件400顯示為具有爆震波轉(zhuǎn)向器402和阻火器結(jié)構(gòu)404。爆震波轉(zhuǎn)向器 402的底部表面設(shè)計(jì)成具有錐形。錐形底部表面408可以包括若干圓形阻流板(阻流臺(tái)， steps)410以及若干槽412，其從爆震波轉(zhuǎn)向器402的中心向外擴(kuò)展。類(lèi)似地，阻火器結(jié)構(gòu) 404可以具有錐形凸出表面414和在錐形凸出表面414上并圍繞其中心軸的若干圓形阻流板。以錐形成形的多孔介質(zhì)元件406可以位于爆震波轉(zhuǎn)向器402的錐形底部表面和阻火器結(jié)構(gòu)404的錐形凸出表面414之間。圖5示出回火制止器組件500以及其各種部件的一種可替換的實(shí)施方式。具體地， 回火制止器組件500顯示為具有爆震波轉(zhuǎn)向器502和阻火器結(jié)構(gòu)504。爆震波轉(zhuǎn)向器502 的底部表面設(shè)計(jì)成具有半球形。半球形底部表面508可以包括若干圓形阻流板510以及若干槽512，其從爆震波轉(zhuǎn)向器502的中心向外擴(kuò)展。類(lèi)似地，阻火器結(jié)構(gòu)504可以具有半球形凸出表面514以及在半球形凸出表面514上并圍繞其中心軸的若干圓形阻流板。以半球的形式成形的多孔介質(zhì)元件506可以位于爆震波轉(zhuǎn)向器502的半球形底部表面和阻火器結(jié)構(gòu)504的半球形凸出表面514之間。圖6示出回火制止器組件600以及其各種部件的一種可替換的實(shí)施方式。具體地， 回火制止器組件600顯示為具有爆震波轉(zhuǎn)向器602和阻火器結(jié)構(gòu)604。爆震波轉(zhuǎn)向器602 的底部表面設(shè)計(jì)成具有倒杯形狀。類(lèi)似地，阻火器結(jié)構(gòu)604可以具有凸出表面606。以杯形成形的多孔介質(zhì)元件608可以位于爆震波轉(zhuǎn)向器602的杯形底部表面和阻火器結(jié)構(gòu)604的杯形凸出表面606之間?？梢蕴峁╉斏w608以適合在回火制止器組件600的頂部。圖7示出微流體多孔元件的各種形狀。例如，可以以下形狀來(lái)提供微流體多孔元件薄圓盤(pán)702、錐形704、半球形706、杯形708等。和其它形狀相比，每種形狀702-708提供一種或多種優(yōu)點(diǎn)，并且可以或多或少適合不同的應(yīng)用。此外，可能必須改變回火制止器組件300、400、500、600的其它部件，以便它們適當(dāng)?shù)睾托螤?02-708的微流體多孔元件一起發(fā)揮作用。圖8示出針對(duì)一氧化二氮混合燃料混合物產(chǎn)生的典型的可燃混合物淬熄曲線 800。通過(guò)微流體多孔介質(zhì)元件如鋁多孔介質(zhì)元件可以有效地淬熄產(chǎn)生自以可燃流體密度填充的容積的爆震波。微流體多孔介質(zhì)元件淬熄所述波的能力取決于通過(guò)結(jié)構(gòu)的最低阻流通路(lowest flow-resistantpath)。一般來(lái)說(shuō)，有效流動(dòng)通道直徑(對(duì)應(yīng)于在燒結(jié)顆粒元件中的孔徑)越小和/或通路越曲折，則爆震波將被淬熄的概率越高。良好微流體多孔介質(zhì)元件的設(shè)計(jì)將需要用于緩解爆震波的非常高的產(chǎn)品可靠性，對(duì)于給定推進(jìn)劑和推進(jìn)劑密度可以潛在地產(chǎn)生上述爆震波。因此，對(duì)于給定應(yīng)用，應(yīng)測(cè)試微流體多孔介質(zhì)并定等級(jí)。由于爆震波與復(fù)雜的微流體結(jié)構(gòu)的相互作用是本身固有的復(fù)雜過(guò)程，所以基于實(shí)驗(yàn)而不是分析可以更準(zhǔn)確地評(píng)估這種現(xiàn)象。為了在實(shí)驗(yàn)上探討此現(xiàn)象，可以用可燃混合物填充試驗(yàn)裝置(testfixture)并有意點(diǎn)燃在所包含容積內(nèi)的混合物。如果密封元件以致僅用于流體流動(dòng)的通路通過(guò)多孔元件，則可以探討通過(guò)所述元件的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象。在此實(shí)施方式中，至關(guān)重要的是，通過(guò)多孔元件來(lái)彼此完全“密封”容積。在點(diǎn)火期間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、或多孔元件的后檢查，可以表明火焰是否已傳播通過(guò)多孔元件。當(dāng)對(duì)各種多孔介質(zhì)元件和相同可燃混合物的流體密度重復(fù)此過(guò)程時(shí)，可以將曲線擬合于數(shù)據(jù)。這些曲線可用于針對(duì)特定用途的多孔元件的詳細(xì)說(shuō)明。如圖8的圖形800所示，當(dāng)推進(jìn)劑密度增加時(shí)，為防止回火所必要的淬熄距離以及因而相應(yīng)的孔徑會(huì)減小。在圖8中，通過(guò)點(diǎn)(pass points)802由菱形表示并且它們通常位于曲線800的左邊和下方。另一方面，失效點(diǎn)(fail point)804由圓圈表示。
圖9示出針對(duì)10微米多孔金屬介質(zhì)元件的微流體多孔介質(zhì)(氣體)流動(dòng)數(shù)據(jù)的典型的圖形900。除多孔元件的淬熄特性以外，流動(dòng)特性必須滿足預(yù)期應(yīng)用的要求。此數(shù)據(jù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)提取自微流體多孔介質(zhì)元件。然后可以后處理數(shù)據(jù)以準(zhǔn)確地確定用于預(yù)期應(yīng)用的質(zhì)量流速的微流體多孔介質(zhì)元件的表面積的尺寸。一般來(lái)說(shuō)，在多孔介質(zhì)中的孔徑越小，則借助于多孔介質(zhì)的流量系數(shù)的變化通過(guò)介質(zhì)的壓降越大(通常在方程1和方程2中更大的C和更小的K值)。對(duì)于理想的爆震波淬熄，微流體多孔介質(zhì)必須包含足夠小的流體通道直徑和/或曲折通路以有效地淬熄火焰鋒面的反向傳播。同時(shí)，微流體多孔介質(zhì)必須制成足夠薄以避免在正常操作期間的過(guò)度壓降(即，它允許推進(jìn)劑流入燃燒室)。為熄滅火焰，進(jìn)入介質(zhì)的典型的火焰?zhèn)鞑檫M(jìn)入介質(zhì)的淬熄直徑的1至100量級(jí)。例如，對(duì)于為熄滅火焰需要10微米孔的可燃流體，為熄滅火焰所必要的膜的厚度可以小至 100微米。然而，燃燒過(guò)程可以產(chǎn)生燃燒壓力，其促使優(yōu)選的膜厚度顯著更大以在燃燒事件中提供機(jī)械強(qiáng)度。如果微流體多孔介質(zhì)名義上設(shè)計(jì)用于較小淬熄距離和非常大的厚度以適應(yīng)燃燒壓力，那么當(dāng)可燃流體流經(jīng)微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生非常大的流體壓降，即，小孔徑的厚膜將干擾推進(jìn)劑正常流入燃燒室。因此，回火制止器的更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)是這樣一種設(shè)計(jì)，其中微流體多孔介質(zhì)的孔徑在微流體多孔介質(zhì)的整個(gè)厚度上會(huì)變化。在微流體多孔介質(zhì)的鋒面表面附近，此處燃燒事件可以被引發(fā)(例如，在回火制止器的燃燒室側(cè))，相比于位于下方(例如，在回火制止器的推進(jìn)劑罐側(cè))的厚得多的多孔結(jié)構(gòu)，有效孔徑應(yīng)小得多。這種微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移來(lái)自已發(fā)生燃燒事件的表面附近的機(jī)械負(fù)載并確保整體結(jié)構(gòu)不會(huì)機(jī)械上失效。因此，用于產(chǎn)生可變密度微流體多孔介質(zhì)的方法應(yīng)滿足以下要求防止回火，同時(shí)，相比于到處具有均勻孔結(jié)構(gòu)的微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，具有低得多的壓降。目的是提供多孔介質(zhì)元件，其防止回火，同時(shí)具有通過(guò)微流體多孔介質(zhì)的最小推進(jìn)劑流動(dòng)壓降。這種元件可以構(gòu)成自金屬或其它材料。在一種實(shí)施方式中，膜構(gòu)造自金屬或其它材料，其是有延性的、高度導(dǎo)熱的以散熱、以及可以執(zhí)行許多熱循環(huán)而沒(méi)有開(kāi)裂?？椎闹睆酱蠹s在10納米至100微米的范圍內(nèi)。用于提供上述特性并具有非常薄的微流體多孔介質(zhì)膜以最大程度減小通過(guò)膜的流體壓降的一種方法采用下文披露的一種或多種制造工藝。圖10示出用于可變密度或分層孔隙微流體元件的制造工藝的一個(gè)典型的系統(tǒng) 1000。在一種實(shí)施方式中，為了產(chǎn)生具有可重現(xiàn)厚度的非常薄的燒結(jié)金屬膜，使用了一種方法，其中以分批法混合粘合劑或其它流體介質(zhì)和金屬粉末。粘合劑(例如，基于石蠟的蠟的混合物)具有物理性能，以致在稍高溫度下，它將熔化并變成流體，因而便于和所選金屬粉末的常規(guī)混合以產(chǎn)生均勻的混合復(fù)合物。系統(tǒng)1000例示一種實(shí)施方式，其中可以通過(guò)機(jī)械混合裝置1006來(lái)混合粘合劑1002和粉末1004。在環(huán)境溫度或室溫下，粘合劑/金屬混合物將保持可塑性例如粘土樣(clay-like)狀態(tài)。在這個(gè)階段，混合物的可塑性提供放置在模塑表面或基質(zhì)上以形成復(fù)合材料至規(guī)定厚度和形狀的依從性(amenability)。利用這種方法可以重復(fù)制作非常薄的結(jié)構(gòu)。例如，在一種實(shí)施方式中，通過(guò)利用上述方法，可以制作厚度約0. 020英寸的結(jié)構(gòu)。隨后，可以在低于金屬燒結(jié)溫度的溫度下加熱混合物，以最初熔化粘合劑，從而留下具有規(guī)定厚度和形狀的多孔部分。然后可以使該部分經(jīng)受更高溫度以變成燒結(jié)結(jié)合。在燒結(jié)時(shí)還可以配置壓緊機(jī)構(gòu)(pressing mechanism)，其將對(duì)上述部分施加力，用于固結(jié)和加強(qiáng)。氧化還原可以通過(guò)另外的化學(xué)過(guò)程來(lái)處理由金屬如鋁制成的微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中氧化鋁薄層(綠銹，patina)被至少部分地還原回到鋁金屬。氧化物薄層會(huì)降低顆粒間粘結(jié)強(qiáng)度，其將危及微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在混合和/或燒結(jié)過(guò)程中還原劑可以用來(lái)還原氧化鋁薄層。在燒結(jié)之前，可以混合液體還原劑(即，氨和基于氨的化合物、草酸、鹽酸、甲酸、稀硝酸、鈉汞齊、包含汞齊的稀鹽酸)、金屬還原劑(即，鋅、錫、鎂)、氫化物還原劑(即，LiAlH、NaBH、BiH3)粉末或粉狀還原劑的懸浮液。可以使用脫模劑如烷基硬脂酸酯或硬脂酸，以對(duì)微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行脫模?？扇芙獾目紫墩加形?pore space occupiers)在圖10所示的均勻分批法中可以混合硅或二氧化硅珠粒，并隨后用蝕刻劑溶解，如KOH、NaOH, HF、或緩沖氧化物蝕刻劑 (BOE)。在已溶解硅或二氧化硅珠粒以后，微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和珠?？涨涣粝?。為了制造可變密度多孔噴射頭部件，塑性狀態(tài)模具工藝(PSMP，plastic state mould process)可以用來(lái)產(chǎn)生非常薄的元件，其可以被預(yù)燒結(jié)為薄膜并隨后在稱(chēng)作合并(merging)的過(guò)程中與其它預(yù)燒結(jié)元件合并。在圖11的步驟A-D中示出一種實(shí)施方式。合并是一種過(guò)程，借此，將由具有一種孔徑的材料制成的預(yù)模塑多孔元件壓到由第二種(不同的、以及經(jīng)常更小的孔徑)材料制成的另一種預(yù)模塑元件上。合并還可以包括將多于兩種的預(yù)模塑元件堆疊成具有不同密度的元件的多層。隨后加熱和加壓元件的堆疊體以在單個(gè)部件中產(chǎn)生可變多孔分層，如圖12的步驟D所示。燒結(jié)/加壓過(guò)程還可以包括一種方法，該方法用于在燒結(jié)溫度下從過(guò)程中抽空或移走氧氣以避免部件的氧化分解。還可以在固定約束(fixed constraint) (其膨脹并不和部件一樣大以致在整個(gè)部件中施加較大的內(nèi)部壓力)下通過(guò)加熱部件來(lái)完成加壓的等效操作。對(duì)于利用PSMP進(jìn)行的鋁制造，還原氧化還原劑用來(lái)減少顆粒的表面氧化并在惰性、非氧化性環(huán)境下進(jìn)行。圖11示出用于制造分層孔隙回火抑制元件的程序1100的一種實(shí)施方式。步驟A 1102示出橫截面視圖，其示出在模具內(nèi)“整平(消除，striking-off) ”塑性狀態(tài)模具工藝 (PSMP)產(chǎn)生的復(fù)合物的第一層1104的操作。步驟B 1106示出被放置在第一(層)1104的頂部的第二模具1108。步驟C 1110示出在第一層1104的表面上的材料的第二層1108的整平。步驟D 1112示出燒結(jié)熱和力如何用來(lái)將上述層固結(jié)成具有分層孔徑的單可變密度元件。雖然圖11示出扁平或圓盤(pán)形元件，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，利用這種過(guò)程可以制作具有分層孔隙的其它形狀。當(dāng)?shù)谝粚?104和第二層1104由鋁多孔介質(zhì)制成時(shí)，圖11所述的過(guò)程則是特別重要的。由于鋁多孔介質(zhì)易受氧化還原，所以它將被在其表面上的薄層(綠銹)所覆蓋。這樣的薄層使得鋁多孔介質(zhì)的一層難以產(chǎn)生與鋁多孔介質(zhì)的另一層形成粘合。在模壓第二層 1104之前，整平來(lái)自第一層1104的薄層允許在兩層之間產(chǎn)生更好和更加堅(jiān)固的粘合。圖12示出用于制造分層孔隙回火抑制元件的裝置1200的一種實(shí)施方式，其中利用放電加工(EDM)。具體地，在使用裝置1200中，EDM線1202用來(lái)切割預(yù)成形微流體多孔介質(zhì)塊(塞，plug) 1204以產(chǎn)生微流體多孔介質(zhì)元件的非常薄的片。例如，在一種實(shí)施方式中，利用裝置1200，可以產(chǎn)生厚度小于0. 030英寸的片。以這種方式產(chǎn)生的小孔結(jié)構(gòu)可以經(jīng)受氧化還原過(guò)程(根據(jù)需要)和合并過(guò)程以將以這種方式產(chǎn)生的薄切微流體多孔介質(zhì)元件結(jié)合于另一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，其提供足夠的機(jī)械支持和潤(rùn)濕在薄元件的上游(推進(jìn)劑側(cè))的流體。圖13示出用于制造分層孔隙回火抑制元件的程序1300的一種實(shí)施方式，其中利用對(duì)預(yù)粘合元件的放電加工(EDM)。在此過(guò)程中，利用例如氧化還原過(guò)程(根據(jù)需要)和合并過(guò)程，來(lái)擴(kuò)散結(jié)合微流體多孔介質(zhì)元件。例如，1302示出具有更高孔隙度的微流體多孔介質(zhì)元件。隨后，1304示出具有中等孔隙度的微流體多孔介質(zhì)元件，其被擴(kuò)散結(jié)合于具有更高孔隙度的微流體多孔介質(zhì)元件的頂部。類(lèi)似地，1306示出具有更低孔隙度的微流體多孔介質(zhì)元件，其被擴(kuò)散結(jié)合于具有中等孔隙度的微流體多孔介質(zhì)元件的頂部。EDM線或浴(浸漬，plunge)EDM 1310用來(lái)除去多余的微流體多孔介質(zhì)材料，直到僅非常薄的部分仍然預(yù)粘合于低壓降多孔介質(zhì)。圖14示出制造曲折通路微流體多孔介質(zhì)的方法1400的一種可替換的典型的實(shí)施方式。具體地，方法1400包括利用集成電路加工方法來(lái)形成鋁微流體多孔介質(zhì)。這使用標(biāo)準(zhǔn)的掩蔽過(guò)程。用光致抗蝕劑涂層涂覆薄鋁薄膜。用掩膜覆蓋經(jīng)涂覆的薄膜并暴露于UV 或其它電磁能/光以顯影掩膜。隨后，酸蝕薄膜。除去掩膜，并將晶片或薄膜釋放為薄層。 在單個(gè)較大鋁箔或薄膜上可以制造若干微流體多孔介質(zhì)元件?？梢栽俅窝诒挝⒘黧w多孔介質(zhì)元件，并從晶片結(jié)構(gòu)蝕刻掉或借助于更加常規(guī)的機(jī)械剪切過(guò)程切割掉，從而留下分開(kāi)的微流體多孔介質(zhì)元件。然后利用一種方法如陽(yáng)極粘合、退火或熔合、或類(lèi)似方法，來(lái)粘合單個(gè)片。在粘合期間，標(biāo)示每個(gè)片，其為這樣一種過(guò)程，通過(guò)其將一個(gè)片放置在另一個(gè)的頂部， 其中通過(guò)對(duì)齊在薄膜中的在蝕刻過(guò)程中預(yù)先產(chǎn)生的關(guān)鍵參考點(diǎn)，并在制造過(guò)程中放置。標(biāo)示(registering)每個(gè)片的過(guò)程示于圖14。附圖1400示出使用一個(gè)元件片相對(duì)于另一個(gè)元件片的旋轉(zhuǎn)如何可以限定較小的、可限定尺寸的通路。在適當(dāng)制造的情況下， 通路的尺寸將從完全打開(kāi)連續(xù)變化到亞微米尺寸，其取決于每個(gè)微流體多孔介質(zhì)片的旋轉(zhuǎn)度。這種對(duì)齊允許使用不同的孔徑，而不一定需要對(duì)于所期望的每種孔徑使用新的掩膜和處理。這種過(guò)程還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平緩彎曲的或鋸齒狀通路，其取決于所期望的曲度。例如，在一種實(shí)施方式中，從圍繞它的中心軸，以預(yù)定量旋轉(zhuǎn)每個(gè)微流體多孔介質(zhì)片，以提供具有所期望的曲度的平緩彎曲的通路。具體地，圖14是利用集成電路加工方法來(lái)產(chǎn)生微流體多孔結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施方式的自頂向下視圖，其中上述微流體多孔結(jié)構(gòu)包括三個(gè)堆疊的微流體多孔介質(zhì)元件。該視圖示出標(biāo)示為A的每個(gè)層相對(duì)于B、相對(duì)于C的重疊。圖15示出鋁箔組裝過(guò)程1500。對(duì)于具有簡(jiǎn)單或復(fù)雜的微流體孔的鋁結(jié)構(gòu)，可以將集成電路(IC)過(guò)程施加于箔1502以產(chǎn)生幾何孔配置，然而，在擴(kuò)散粘合過(guò)程之前，必須減小每個(gè)箔的氧化物層。在IC過(guò)程以后，可以通過(guò)在8-10% HCl (鹽酸)溶液1504中浸浴上述箔來(lái)還原在每個(gè)箔1502上的氧化物薄層，接著將每個(gè)箔1502暴露于氬或氦射流1506以吹掉過(guò)多溶液，然后以預(yù)先安排的順序和方向1508堆疊箔。必須在非氧化性環(huán)境下進(jìn)行整個(gè)過(guò)程，其中借助于手套箱或類(lèi)似外殼(具有氬或氦的正壓吹掃)。對(duì)現(xiàn)有多孔元件的機(jī)械改動(dòng)(mechanical alteration)可以最大限度地減少流動(dòng)改動(dòng)(flow alteration)，同時(shí)增加元件的耐回火性。若干后制造過(guò)程可以有效地實(shí)現(xiàn)減小平均孔徑的相同效果。這些后制造過(guò)程可以包括但不限于第一孔隙介質(zhì)的冷壓、水淬 (water hammering)、球錘(ballpeening)、或爆轟“預(yù)燒(burn in) ”以形成具有第二、優(yōu)選更小孔隙度的層。在一種實(shí)施方式中，爆轟預(yù)燒的方法已產(chǎn)生所期望的結(jié)果。在此過(guò)程中， 在固定裝置內(nèi)加載可爆轟流體至低于多孔元件的預(yù)測(cè)回火破壞點(diǎn)的密度并有意爆轟流體。 如果用逐步更高的可燃流體密度重復(fù)此過(guò)程，可以進(jìn)行尤其在多孔元件的燃燒側(cè)上的表面結(jié)構(gòu)附近的機(jī)械改動(dòng)，以有效減小在上述表面附近的膜的孔徑。除結(jié)構(gòu)的機(jī)械改動(dòng)以外，這種過(guò)程還可以用來(lái)在用作回火制止裝置之前證實(shí)回火制止裝置的特性。圖16示出用于增加微流體多孔介質(zhì)元件對(duì)爆震波強(qiáng)度的等級(jí)的典型過(guò)程，其中在制作中通過(guò)將元件暴露于弱但逐步增加強(qiáng)度的爆震波。具體地，圖16示出圖形1600，其具有多孔元件的預(yù)燒變化的測(cè)試數(shù)據(jù)。示出未改變的元件的回火制止點(diǎn)以及回火破壞點(diǎn)(flashkick failur印oints)。在比未改變多孔元件高出多于 30%的密度下，典型的經(jīng)預(yù)燒的微流體多孔介質(zhì)重復(fù)失效，如圖形1600中的兩條虛線垂直線之間的距離所示。此測(cè)試數(shù)據(jù)表明，多孔元件的預(yù)燒變化可以增加所述元件的耐回火性。因此，在一種實(shí)施方式中，將微流體多孔介質(zhì)元件重復(fù)暴露于弱但逐步增加強(qiáng)度的爆震波。因而，例如，可以將微流體多孔介質(zhì)元件首先暴露于0.015g/cc爆震波的爆紅波下。如果暴露并不導(dǎo)致失效，則可以隨后將它暴露于0.016g/cc等的爆震波?；谖⒘黧w多孔介質(zhì)元件的特性，可以經(jīng)驗(yàn)性地確定什么(時(shí)間)點(diǎn)應(yīng)停止暴露于增加強(qiáng)度的爆震波。不僅微流體多孔介質(zhì)元件必須能夠通過(guò)在微流體結(jié)構(gòu)中以比化學(xué)釋放的速率更高的速率來(lái)散熱以淬熄爆震波，而且結(jié)構(gòu)必須加以設(shè)計(jì)以耐高瞬間燃燒波(例如，爆轟)壓力，其最終將入射到微流體多孔介質(zhì)元件上?？梢酝ㄟ^(guò)若干設(shè)計(jì)方式來(lái)滿足這種結(jié)構(gòu)要求， 上述設(shè)計(jì)方式包括但不限于使用這樣的幾何形狀，其最大程度減小微流體多孔介質(zhì)元件暴露于最大強(qiáng)度燃燒波，以及提供給定類(lèi)型的足夠材料以耗散燃燒波的能量而沒(méi)有引起材料失效或微流體結(jié)構(gòu)的改變。例如，可以簡(jiǎn)單地增加微流體多孔介質(zhì)元件的厚度以有效地耗散爆震波沖擊能而沒(méi)有機(jī)械失效。然而，這種方法還將增加通過(guò)微孔元件的壓降。如上面所討論的，任何設(shè)計(jì)必須平衡推進(jìn)劑到燃燒室的所期望的流量的需要和提供回火保護(hù)特性的能力。然而，如果可以克服壓降和元件規(guī)模的問(wèn)題，則存在用來(lái)增加微孔元件的機(jī)械強(qiáng)度的有效方法。為了達(dá)到這個(gè)目的，可以在關(guān)鍵位置放置機(jī)械支持增強(qiáng)物(mechanical backing reinforcement)以增加微流體多孔介質(zhì)元件(和支持結(jié)構(gòu))對(duì)沖擊能的耐受性而沒(méi)有機(jī)械上失效。在這種配置下，將淬熄燃燒波的非常薄的膜樣結(jié)構(gòu)粘合于更強(qiáng)的機(jī)械基質(zhì)，其是可滲透的和/或包含到更薄微流體多孔介質(zhì)元件的流體通道。這種支持結(jié)構(gòu)可以是，例如，更高滲透性的多孔介質(zhì)元件，其粘合于薄得多的微流體多孔介質(zhì)元件?？商鎿Q地，可以將微流體多孔介質(zhì)元件的滲透性設(shè)計(jì)成連續(xù)變化。在另一種配置中，可以將非常薄的膜和/或可變密度的微流體多孔介質(zhì)元件放置在固體支持結(jié)構(gòu)上，其允許高負(fù)荷轉(zhuǎn)移而沒(méi)有微流體多孔介質(zhì)元件失效并且同時(shí)包含流體通道以穿過(guò)微流體多孔介質(zhì)元件來(lái)分布流體。為了達(dá)到這個(gè)目的，應(yīng)在關(guān)鍵位置放置機(jī)械增強(qiáng)物以最小化內(nèi)部應(yīng)力，但是最大化多孔元件的流體通量。上述支持結(jié)構(gòu)顯示為整體形成在阻火器結(jié)構(gòu)306中(如上所述)。用于減輕機(jī)械故障的另一種方法是采用微流體多孔介質(zhì)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其可以處理高得多的壓縮壓力負(fù)荷。這樣的結(jié)構(gòu)可以包括但不限于幾何形狀如錐形或半球形。這些形狀的主體可以具有這樣的孔隙度，其具有相對(duì)較高的推進(jìn)劑流體流量，但可能不足以壓制在流體中的回火，同時(shí)已制作或處理上述形狀的第一或外表面，以具有必要的平均孔隙度來(lái)可靠地壓制上述回火。第一或外表面將面對(duì)“下游”，即，遠(yuǎn)離推進(jìn)劑貯存容器或多個(gè)容器并向著點(diǎn)火源，即，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體發(fā)生器或動(dòng)力裝置的燃燒室。圖17示出分層孔隙元件1700，其包括多個(gè)較小的孔隙薄元件1702、1704置于更大的多孔介質(zhì)區(qū)1706、1708，以為回火壓制提供冗余。具體地，圖17示出分層孔隙微流體多孔介質(zhì)1700，其結(jié)合嵌入在更大多孔介質(zhì)區(qū)1706、1708中的多個(gè)小孔隙微流體多孔薄元件 1702,1704,以為嵌入在單結(jié)構(gòu)分層孔隙微流體多孔介質(zhì)1700中的回火提供冗余。圖18示出流程圖1800，其未出用于產(chǎn)生可變孔隙度的多孔介質(zhì)元件的過(guò)程。具體地，流程圖1800示出用于產(chǎn)生可變孔隙度的鋁多孔介質(zhì)元件的一個(gè)或多個(gè)步驟。請(qǐng)注意， 雖然流程圖1800的步驟描述了特定次序，但在一種可替換的實(shí)施方式中，可以以不同次序來(lái)進(jìn)行這些步驟。此外，并不是在產(chǎn)生可變孔隙度的多孔介質(zhì)元件的每種實(shí)施方式中流程圖1800的所有步驟都是必要的。在步驟1802中，混合粘合劑如蠟與金屬粉末如鋁。這樣的混合進(jìn)一步詳細(xì)示于以上圖10中。在步驟1804中，加熱粘合劑和金屬粉末的混合物至低于金屬燒結(jié)溫度以從獲得的復(fù)合物除去所有粘合劑。在步驟1806中，加熱復(fù)合物至金屬燒結(jié)溫度以在金屬分子之間產(chǎn)生燒結(jié)鍵(燒結(jié)結(jié)合，sinter-bonds) 0隨后，在步驟1808中，加壓復(fù)合物以增強(qiáng)燒結(jié)鍵。在一種可替換的實(shí)施方式中，可以在步驟1804和1806中加熱混合物和復(fù)合物的同時(shí)加壓復(fù)合物。以上述方式產(chǎn)生的多孔介質(zhì)元件可以具有由于氧化還原而產(chǎn)生的表面薄層(綠銹)。在步驟1810中，可以處理多孔介質(zhì)元件以除去薄層表面。薄層的上述除去可以包括， 例如，用還原劑處理多孔介質(zhì)元件以在混合和/或燒結(jié)過(guò)程中還原氧化鋁薄層。再一次，可以和步驟1804-1808的一個(gè)步驟同時(shí)，用還原劑處理多孔介質(zhì)元件。隨后，在步驟1812中， EDM線或浴可以用來(lái)整平來(lái)自多孔介質(zhì)元件的一層材料。在步驟1814中，可以將多孔介質(zhì)元件的一個(gè)或多個(gè)薄膜合并在一起。這樣的合并進(jìn)一步詳細(xì)披露在以上圖11中。在流程圖1800的一種實(shí)施方式中，可以上文相對(duì)于圖15 所描述的方式將合并的多孔介質(zhì)元件暴露于一系列增加強(qiáng)度的弱爆震波。分層孔隙回火抑制元件可以粗略地看作是熱海綿，其以比爆震波可以釋放的更高的速率吸收燃燒能量。微流體多孔介質(zhì)元件的能量吸收率隨更小的流道有效直徑以及在一定程度上流體通路的曲度和幾何形狀而增加。應(yīng)該指出，考慮到與波速有關(guān)的顯著不同的熱釋放速率，超聲爆震波淬熄距離可以通常顯著小于亞音速突燃波淬熄距離。許多高能量密度推進(jìn)劑具有亞微米至100微米爆震波淬熄距離。通過(guò)燒結(jié)預(yù)分金屬介質(zhì)產(chǎn)生的所披露的元件可以有效地產(chǎn)生小至0. 1微米的流路并且可以令人信服地最終制作成小至納米規(guī)模。所描述的回火制止器產(chǎn)生足夠小的流路以淬熄高壓閉合管線爆轟，從而防止在所述回火制止器之后的點(diǎn)火。優(yōu)選地，于是，任何形狀的多孔元件可以制造自前體顆?；蚱牟⑶覒?yīng)具有這樣的材料，其是物理上堅(jiān)固的，具有較高的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率，并且可以被粘合以形成具有可控平均孔徑的多孔體。上述材料相對(duì)于流經(jīng)其的推進(jìn)劑還應(yīng)是化學(xué)惰性的?？商鎿Q地，通過(guò)用惰性涂層來(lái)隔離元件的表面，可以使一些活性或催化的但以其它方式可取的前體材料成為惰性的。非限制性地，可以施加用于特定推進(jìn)劑的惰性涂層(例如，Mg0、Al203、氧化釔) 以允許使用相對(duì)于推進(jìn)劑可以具催化性的材料。圖19示出方法1900，其利用(leverage)在激光蝕刻方面的一些進(jìn)展，但本文用來(lái)制作精確燒蝕多孔片或箔1902。將這些精密加工箔1902粘合在一起以形成圖20所示分層孔隙回火壓制構(gòu)件2002的較小平均孔徑的區(qū)域。參照?qǐng)D19，適當(dāng)功率和波長(zhǎng)的激光源1904 產(chǎn)生高度準(zhǔn)直光束1906，其穿過(guò)微透鏡陣列1908。此陣列在微電子行業(yè)中是已知類(lèi)型并產(chǎn)生緊密排列的、精確聚焦光束的精確陣列。激光源和透鏡陣列的組合可以消融材料層，優(yōu)選金屬箔1902，以形成微米大小的孔的相應(yīng)陣列(通過(guò)燒蝕箔1902)。通過(guò)利用發(fā)射自微透鏡陣列的聚焦光束的形狀，這些孔具有精確的、可重復(fù)的大小和形狀，優(yōu)選具有沙漏或雙錐形。重復(fù)激光燒蝕過(guò)程許多次以產(chǎn)生燒蝕箔。如圖20所示，隨后，以精確的、可重復(fù)的方式， 將這些箔粘合在一起，以形成微孔介質(zhì)，當(dāng)粘合于堅(jiān)固的多孔層時(shí)，其可以提供具有以上描述的所期望的流動(dòng)和火焰制止特性的分層多孔構(gòu)件2000。在一種實(shí)施方式中，可以將上文相對(duì)于圖15所描述的浸浴和粘合過(guò)程應(yīng)用于在圖19和20中所披露的箔1902的片。上述說(shuō)明、實(shí)施例、和數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明的典型實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的完整描述。因?yàn)榭梢詫?shí)施本發(fā)明的許多實(shí)施方式而不偏離本發(fā)明的精神和范圍，所以本發(fā)明由下文所附權(quán)利要求來(lái)限定。另外，在又一種實(shí)施方式中可以結(jié)合不同實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)特征而不偏離所述權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)燒結(jié)介質(zhì)元件的方法，所述方法包括 混合粘合劑與金屬粉末以產(chǎn)生第一混合物；加熱所述第一混合物至低于金屬燒結(jié)溫度以獲得所述金屬粉末的均質(zhì)復(fù)合物； 加熱所述均質(zhì)復(fù)合物至金屬燒結(jié)溫度以燒結(jié)結(jié)合所述金屬粉末，從而獲得第一孔隙度的多孔介質(zhì)；以及處理所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)以從所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)除去氧化物薄層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括，在加熱所述均質(zhì)復(fù)合物至所述金屬燒結(jié)溫度的同時(shí)，加壓所述均質(zhì)復(fù)合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬粉末是鋁粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，除去所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)的氧化物層進(jìn)一步包括在氧化物去除酸中浸浴所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括將所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)暴露于惰性氣體的噴射流中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述惰性氣體是氬和氦中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述氧化物去除酸是鹽酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將硅珠粒和二氧化硅珠粒中的至少一種加入所述混合物中；以及利用蝕刻劑來(lái)溶解所述硅珠粒和二氧化硅珠粒中的至少一種。
9.一種產(chǎn)生分層孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，產(chǎn)生所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，產(chǎn)生第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中所述第二孔隙度不同于所述第一孔隙度；以及合并所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述合并包括壓合所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)與所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括，在合并所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)與所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)之前，整平所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，整平所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一層進(jìn)一步包括，利用放電加工線來(lái)整平所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，整平所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一層進(jìn)一步包括，利用放電加工浴來(lái)整平所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一層。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述合并包括堆疊壓合所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)；以及加熱并壓合所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)抽空氧氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將所述第一孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和所述第二孔隙度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)暴露于弱的但提高強(qiáng)度的爆震波。
17.—種產(chǎn)生層狀微流體多孔介質(zhì)元件的方法，所述方法包括 制造多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片，包括用光致抗蝕劑涂層涂覆薄膜； 用掩膜覆蓋經(jīng)涂覆的所述薄膜； 將經(jīng)覆蓋的所述薄膜暴露于電磁能以顯影所述掩膜； 蝕刻經(jīng)暴露的所述薄膜；以及除去所述掩膜；標(biāo)示所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的每一個(gè)；以及粘合所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的一個(gè)或多個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，標(biāo)示所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的每一個(gè)進(jìn)一步包括將所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片放置在彼此的頂部； 使所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片與它們的基準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)齊； 以預(yù)定量旋轉(zhuǎn)所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的一個(gè)或多個(gè)；以及粘合所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，以預(yù)定量旋轉(zhuǎn)所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步包括，旋轉(zhuǎn)所述多個(gè)微流體多孔介質(zhì)片中的一個(gè)或多個(gè)，以致在兩個(gè)相鄰微流體多孔介質(zhì)片中的每個(gè)開(kāi)口彼此不完全對(duì)齊。
20.一種產(chǎn)生分層多孔介質(zhì)的方法，包括 產(chǎn)生具有微尺寸孔的陣列的多個(gè)金屬箔；以及粘合所述具有微尺寸孔的陣列的多個(gè)金屬箔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，產(chǎn)生所述多個(gè)金屬箔進(jìn)一步包括 使激光源通過(guò)微透鏡陣列；以及用通過(guò)所述微透鏡陣列的所述激光源燒蝕金屬箔。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括，在粘合所述多個(gè)金屬箔之前，從所述多個(gè)金屬箔中的每一個(gè)除去氧化物層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，除去所述金屬箔的氧化物層進(jìn)一步包括在氧化物去除酸中浸浴所述金屬箔。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括將所述金屬箔暴露于惰性氣體的噴射流中。
25.—種單組元推進(jìn)劑系統(tǒng)，包括具有由鋁多孔介質(zhì)元件制成的內(nèi)表面的單組元推進(jìn)劑罐； 具有由鋁多孔介質(zhì)元件制成的內(nèi)表面的單組元推進(jìn)劑輸送裝置；以及具有微流體多孔元件的回火制止裝置，其中所述微流體多孔元件適合于將所述單組元推進(jìn)劑輸送到點(diǎn)火裝置；其中所述單組元推進(jìn)劑罐的內(nèi)表面和所述單組元推進(jìn)劑輸送裝置的內(nèi)表面粘合在一起。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的單組元推進(jìn)劑系統(tǒng)，其中，所述單組元推進(jìn)劑罐的內(nèi)表面的孔隙度不同于所述單組元推進(jìn)劑輸送裝置的內(nèi)表面的孔隙度。
全文摘要
披露了燒結(jié)金屬或其它材料的可變密度或分層孔隙微流體多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的材料，以及它們的制備方法。一種實(shí)施方式披露了具有分層孔隙微流體介質(zhì)結(jié)構(gòu)的可變密度的鋁多孔介質(zhì)元件。本文披露的制作鋁多孔介質(zhì)元件的方法包括混合粘合劑與金屬粉末以產(chǎn)生第一混合物；加熱第一混合物至低于金屬燒結(jié)溫度以獲得金屬粉末的均質(zhì)復(fù)合物；以及加熱均質(zhì)復(fù)合物至金屬燒結(jié)溫度以燒結(jié)結(jié)合金屬粉末從而獲得第一孔隙度的多孔介質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102484048SQ201080039651
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者喬恩·A·史密斯, 格雷戈里·H·彼得斯, 格雷戈里·S·蒙加斯 申請(qǐng)人:火星工程有限公司