本发明涉及的是一种热电双物理场的防护装置，本发明也涉及一种热电双物理场的防护装置的制备方法。
背景技术：
在实际生产生活中，由于机器零部件、电子元器件等组成材质与周围基座之间有所区别，这种材质上的区别会扰乱基座中的温度场和电场的分布，这种扰动体现在热流或者电流的集中和发散两方面。对于机器零部件，局部热流集中或者发散将会引起局部热应力急剧变化从而影响机器零部件以及附近其它零部件的工作环境，具体表现为降低零部件的有效工作时间，使其远低于理论寿命；对于电子元器件而言，不仅其本身热导率差异能够引起热流的集中，而且其电导率差异引起的电流集中也会产生大量的焦耳热，这些热量的聚集不仅能够烧毁该电子元器件而且对周围电子器件以及电路板也会产生一定影响。
针对上述问题，目前很少有相关装置对机械零部件和电子元器件同时进行热电双物理场的防护的公开报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可以同时针对温度场和直流电场进行热和电防护，并且不受材料限制的基于等效介质法的热电防护装置。本发明的目的还在于提供一种基于等效介质法的热电防护装置的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的基于等效介质法的热电防护装置包括复合区域和复合基体区域，所述的复合区域由工件区域和工件区域外的涂层组成，复合基体区域中均匀排布圆柱形孔洞。
本发明的基于等效介质法的热电防护装置还可以包括：
1.所述的复合区域位于复合基体区域的中部。
2.所述的工件区域为圆柱形，所述的涂层为圆环。
3.复合基体由正方形胞元堆叠而成，所述的正方形胞元由圆柱形孔洞和基体材料组成。
4.圆柱形孔洞位于所在正方形胞元的几何形心。
5.圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料。
6.工件区域所占复合区域的体积分数
本发明的基于等效介质法的热电防护装置的制备方法为：
工件区域和涂层的半径分别为r1和r2、热导率分别为k1和k2、电导率分别为σ1和σ2，复合基体中圆形孔洞的半径为r0、热导率和电导率与工件区域相同，基体材料的热导率和电导率分别为k0和σ0，在以上参数中除基体中的圆柱形孔洞半径r0和涂层半径r2之外，其余参数根据实际工况进行确定；
根据工程需要选取涂层半径r2，令工件区域所占复合区域的体积分数
本发明的基于等效介质法的热电防护装置的制备方法还可以包括：
在圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料。
本发明立足于中性夹杂思想，把有效性能等于基体性能的夹杂放入基体中，使基体的均匀场不会受到扰动，提出了一种等效方法并在该方法的基础上设计制作针对热电双物理场的防护装置，保护机械零部件和电子元器件本身及其周围工作的相关零件。
本发明为机械零件和电子元器件在工作过程中受到热流或者电流集中引起的部件损毁问题提供了一种防护装置，可以同时针对温度场和直流电场进行热和电防护，并且该装置不受材料限制。
本发明装置以中性夹杂思想为基础，根据等效介质的思想设计热电双场防护装置。中性夹杂的定义为：当把有效性能等于基体性能的夹杂放入基体中时，基体的均匀场不会受到扰动，这种夹杂就称为中性夹杂。首先根据该思想当工件区域与涂层区域组成的复合区域的等效物理属性(热导率和电导率)与基体材料相等时，基体中受到扰动(热流和电流聚集或发散)的温度场和直流电场重新恢复均匀；其次在工程应用中这种方法受到材料的限制，因此本发明结合等效介质的思想通过在基体中钻孔的方式改变基体的等效物理属性形成复合基体；最后令基体与工件区所在的复合区域的等效物理属性相等即可消除工件区引起的热流和电流集中或发散现象，从而实现防护的目标。
本发明能够消除工件区域(电子器件、机械零件等)引起的基体中热流和电流的集中或者发散现象，避免热流和电流集中引起电子器件和机械工件的损坏，为工程问题提供一种防护手段。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：机械零部件和电子元器件在基体工作时将会引起基体中的热流和电流的集中或者发散现象，导致其周围热应力和电流高度集中的现象从而影响该机械零件和电子元器件以及其周围其它零件，导致其有效工作寿命远低于理论值。将本装置作用于该零件后将会消除其对对基体中温度场和电场的影响，从而消除局部热应力和电流的分布不均引起的零件损坏。经过试验证明：根据本发明中的等效方法设计的热电双物理场防护装置不经能够在温度场下工作，同时也能在直流电场下工作，可以同时消除零部件引起的基体中热流和电流的聚集或者发散现象。实验结果详见附图4和5，其中图4和5分别为裸露的零件引起的基体中温度场和直流电场的扰动以及经过本发明装置的作用成功消除这种影响使温度场和直流电场重新恢复均匀。
附图说明
图1为本发明的防护装置结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为基体中单个正方形胞元图。
图4为无防护装置时基体中的温度和电势分布情况。
图5为根据本发明方法设计的防护装置工作效果图。
具体实施方式
面结合附图距离对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明的基于等效介质法的热电防护装置的第一种实施方式由以下两部分组成：复合工件区域和复合基体3，其中复合工件区域由工件区域1和涂层2组成，复合基体由正方形胞元(图3)堆叠而成，正方形胞元由圆柱形孔洞4和基体材料5组成。
本发明的第二种实施方式是在第一种实施方式的基础上，将复合区域设置于复合基体区域的中部。复合基体中的圆柱形孔洞位于所在正方形胞元的几何形心方能保证该装置的热电防护性能(见附图3)。
本发明的第三种实施方式是在第一或二种实施方式的基础上，工件区域设计为圆柱形，涂层为圆环。
本发明的第四种实施方式是在上述任何一种实施方式的基础上，将圆柱形孔洞设置于所在正方形胞元的几何形心。
本发明的第五种实施方式是在上述任何一种实施方式的基础上，圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料。为保证复合基体中圆柱形孔洞的材料属性与工件区域一致只需将圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料即可。
本发明的第六种实施方式是在上述任何一种实施方式的基础上，工件区域所占复合区域的体积分数
应用该方法设计的防护装置由复合区域和复合基体区域两部分组成，其中复合区域由工件区域和涂层组成，工件区域为圆柱形，涂层为圆环，复合基体区域中均匀排布圆柱形孔洞。工件区域和涂层的半径分别为r1和r2(见附图1)，热导率分别为k1和k2，电导率分别为σ1和σ2，其中复合基体中圆形孔洞的半径为r0，热导率和电导率与工件区域相同。基体材料的热导率和电导率分别为k0和σ0。在以上参数中仅基体中的圆柱形孔洞半径r0和涂层半径r2未知，其余参数可根据实际工况进行确定。
涂层半径r2可以根据工程需要任意选取，只需根据本发明中的方法确定圆柱形孔洞半径r0即可完成热电双场防护装置的制作，其确定方法为：令工件区域所占复合区域的体积分数
在以上过程中需要注意：为保证复合基体中圆柱形孔洞的材料属性与工件区域一致只需将圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料即可；复合基体中的圆柱形孔洞须位于所在正方形胞元的几何形心方能保证该装置的热电防护性能(见附图3)；由以上涉及过程可见本发明中的热电双场防护装置并不局限于工件区域和基体二者的具体材料，具有普适性。
参见图4、图5，按照本发明方法设计的防护装置装配完成后在热电双物理场中自动工作，无需手动操作。其工作过程以及效果为：复合基体中温度场(直流电场)的等温线(等势线)相互平行且均匀分布，当基体中包含电子器件和机械零件等工件区域1时，均匀的温度场和直流电场将受到扰动，导致热流或者电流局部集中或者发散(等温线发散或者集中)，参见图4中等温线(等势线)分布情况；当工作区域外部被涂层覆盖、基体钻孔形成复合基体后，即构成防护装置时，工件区域引起的热流集中或者发散(等温线发散或者集中)现象得以消除，受到扰动的温度场和直流电场重新恢复均匀，参见图4、5中的等温线(等势线)6，从而保护处于工件区域中的热敏元件、电子器件以及机械零件等。
以上内容仅为本发明的较佳实施案例，对于本技术领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均可有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
1.一种基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：包括复合区域和复合基体区域，所述的复合区域由工件区域和工件区域外的涂层组成，复合基体区域中均匀排布圆柱形孔洞。
2.根据权利要求1所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：所述的复合区域位于复合基体区域的中部。
3.根据权利要求2所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：所述的工件区域为圆柱形，所述的涂层为圆环。
4.根据权利要求3所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：复合基体由正方形胞元堆叠而成，所述的正方形胞元由圆柱形孔洞和基体材料组成。
5.根据权利要求4所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：圆柱形孔洞位于所在正方形胞元的几何形心。
6.根据权利要求5所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料。
7.根据权利要求6所述的基于等效介质法的热电防护装置，其特征是：工件区域所占复合区域的体积分数
8.一种如权利要求5所述的基于等效介质法的热电防护装置的制备方法，其特征是：工件区域和涂层的半径分别为r1和r2、热导率分别为k1和k2、电导率分别为σ1和σ2，复合基体中圆形孔洞的半径为r0、热导率和电导率与工件区域相同，基体材料的热导率和电导率分别为k0和σ0，在以上参数中除基体中的圆柱形孔洞半径r0和涂层半径r2之外，其余参数根据实际工况进行确定；
根据工程需要选取涂层半径r2，令工件区域所占复合区域的体积分数
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征是包括：在圆柱形孔洞中填充与工件区域相同的材料。
技术总结