發汗即出汗。發汗冷卻材料就是材料處在高溫環境下工作時，通過自身“出汗”以降低材料本身的溫度，進而達到材料冷卻的目的。 一 種特殊的散熱材料，用於製造耐高溫的太空飛行器器件和電器開關觸點。這種材料用高熔點金屬構成多孔的基體，孔隙中滲入低熔點金屬；在高溫下工作時，低熔點金屬蒸發吸熱，藉以冷卻材料的表面。這是依據人體蒸發汗液吸熱降低體溫的原理設計成的，因而得名。
基本介紹
- 中文名：發汗冷卻材料
- 環境：高溫環境下
- 目的：降低材料本身的溫度
- 用途：製造耐高溫的太空飛行器器件
技術的由來,基本原理,材料,材料的組成,工藝流程,
技術的由來
我們知道，動物在炎熱的夏天或作激烈運動時，渾身大汗淋漓。人的正常體溫在36—37℃之間，當體溫超過這個範圍時就是病態。如果體溫超過42℃或低於32℃時將危及人的生命。然而人類生存的環境卻遠遠超出這個範圍。在±50℃的環境溫度範圍內人們仍能照常生活、工作和勞動。其原因就是人們除採取一些降溫或保溫措施以外，能自身通過出汗和毛孔收縮來達到調節體溫的目的，以確保人類的生存和正常活動。
發汗冷卻材料，是一種能“出汗”的金屬材料，這種金屬材料在使用於超高溫工作環境下仍具有良好的機械性能和物理化學性能，以滿足高溫工作部件的使用要求。
第二次世界大戰以後，隨著航空航天技術的發展，對所需材料——尤其高溫工作部件的材料的各種性能的要求越來越高，在航空領域高溫工作部件所使用的材料，工作環境溫度已接近材料的軟化點。在航天領域有些材料的工作溫度遠遠超過材料的熔點（近3000℃），要求其有關性能仍然保持在一定的水平。這種工作部件，一般常規下的材料是不能滿足要求。材料科學研究工作者為了解決國家對材料的急需，除研製新型高溫特殊材料外，從上世紀六十年代初，對材料採用相應冷卻技術進行了研究，以提高材料的使用溫度。如對流冷卻，氣膜冷卻，雖然能大大提高材料的使用溫度，但遠遠不能滿足航天技術對用材的需要。而發汗冷卻技術經過近20年的研製，於上世紀70年代末比較滿意地解決了航天對用材的需求。
基本原理
發汗冷卻技術是一種仿生技術，它是利用生物為了生存，對所處環境（溫度）進行自身調節的一種本能。
發汗冷卻，有自發汗冷卻和強迫發汗冷卻。自發汗冷卻多見於粉末冶金材料製品。是通過加入基材內的低熔點金屬粉末顆粒，在高溫下氣化蒸髮帶走基材熱量以達到材料降溫的目的。而強迫發汗冷卻，是一種複合冷卻技術。由發汗冷卻和氣膜冷卻兩種冷卻技術形式組成。首先把材料製成多孔材料部件。在工作過程中液體料在高壓下從部件材料的“汗孔”滲出蒸發以帶走部件基體的熱量使部件降溫，同時由於部件“汗孔”滲出的液體燃料在高溫高速燃氣流動力的作用下，在部件表面形成薄薄的一層冷氣膜，這層冷氣膜把高溫燃燒的火焰與部件材料表面隔開。這就達到了部件材料的冷卻降溫和保證部件不被高溫燃燒的火焰燒蝕的目的。確保了航天領域的用材需求。經過實踐套用，經受住了考核，比較成功地完成了遠程飛彈和衛星運載工具的發射工作。
從這種發汗材料的研製和推廣使用過程中，擴展使用在石化領域的環保用材，如過濾、除塵部件的用材，核工業的溶鹽反應堆的試樣的提取；利用液體浸潤的物理性能，在宇航領域的太空飛行器上作太陽能電池上的氣水分離器。太陽能電池為化學電池，此電池在工作過程中產生大量的氣體，其中含有一定量水份。若不把水分分離出去，工作一定時間電池將會淹死。另外太空人在空間工作的飲水也是個問題。氣水分離器把汽體裡的水分離出來，即保證了化學電池的正常工作，還可以提供給太空人的部分飲水需要。
材料
金屬發汗材料出現於20世紀30年代，最先獲得套用的是用粉末冶金工藝製成的鎢銀“假合金”(pseudoal-loy)和鎢銅“假合金”；兩種金屬各以獨立、均勻的相存在，不形成合金相，所以被稱為假合金。它們是以鎢為基體，含有約20～50%的銀或銅，用作高電壓、大功率的電器開關的觸點。在假合金中，存在於鎢基毛細孔中的銀或銅在高壓電弧所產生的高溫下液化蒸發，吸收了大量的電弧的能量，降低了電弧區溫度，因而這種假合金的燒損量不僅大大低於低熔點金屬銀、銅觸點的燒損量，而且低於熔點最高的金屬(鎢)的燒損量。當時未用“金屬發汗材料”的名稱，而稱為“假合金”。50年代末，固體燃料火箭的發展，理論燃氣溫度和壓強分別達到3593℃和0.703kgf/mm2，原來用的純鎢的噴管已不能滿足這樣的使用條件，當時的其他材料也無法滿足要求。60年代初,馬特(R.E.Matt)和戈策爾(G.Goetzel)等人根據“發汗冷卻”的概念重新研究了鎢銀“假合金”，詳細研究了製取工藝對材料性能的影響，以及發汗冷卻、抗熱震等機理。60年代中期，美國研製出鎢銀髮汗材料（W-10Ag）火箭噴管，裝備於“北極星”潛艇的飛彈中（見圖）。其他一些火箭有用鎢銅噴管的。某些在溫度稍低的條件下使用的部件，也採用了鉬銅和鉬
材料的組成
金屬發汗材料必須由具有一定強度和耐高溫性能的高熔點金屬與具有較大熔化、蒸發潛熱的低熔點金屬組成。兩種金屬應該既不互相固溶，又不形成金屬間化合物，而組成各自獨立的均勻兩相結構。高熔點金屬構成多孔骨架，它的毛細孔是均勻分布和連通的，以便充填低熔點金屬。因此，金屬發汗材料的性質決定於：兩種金屬的特性，原始粉末的粒度和形狀，骨架的密度和強度，毛細孔的形狀、大小和分布狀況，毛細孔的體積百分比和低熔點金屬含量諸因素。常用的高熔點金屬有鎢、鉬；還可用釷鎢(thoriated tungsten)和碳化鎢(WC)代替鎢作為高熔點組分。低熔點金屬除銀和銅外，還曾用過銀銅合金、錫、鉛、鋅、鎂、Ag-15Μn等。典型的鎢銀髮汗材料(W-10Ag)的性能如下：密度17.1g/cm3;20℃和1093℃溫度下的抗拉強度分別為56和21kgf/mm2,0.2%屈服強度分別為42和 16kgf/mm2；室溫下的彈性模量為29400kgf/mm2；並具有良好的抗高溫燒蝕性、抗熱震性和可切削加工性。W-10Cu的性能與此類似。
工藝流程
金屬發汗材料只能用粉末冶金法製取。主要的工藝流程是：高熔點金屬粉末─→壓型─→燒結─→熔滲低熔點金屬─→切削加工。粉末冶金工藝與旋壓純鎢噴管工藝相比,程式簡單,材料收得率高。少數高銀(或高銅)電觸頭材料的工藝流程為：兩種金屬粉末─→混合─→壓型─→燒結─→精整或加工
