發(fā)射針浸潤方法及其自動(dòng)浸潤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種電推進(jìn)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種發(fā)射針浸潤方法及其自動(dòng)浸潤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]針型場發(fā)射電推力器是一種基于液態(tài)金屬離子源技術(shù)的電推力器，液態(tài)金屬推進(jìn)劑沿著發(fā)射針表面的微細(xì)凹槽輸運(yùn)至發(fā)射針尖，在強(qiáng)電場作用下被離子化并加速噴出產(chǎn)生推力。為了提高推進(jìn)劑在發(fā)射針表面的流動(dòng)性，需要去除發(fā)射針表面的氧化膜并將發(fā)射針在液態(tài)金屬中進(jìn)行浸潤，然而，在真空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)發(fā)射針的浸潤是比較困難的。
[0003]目前，發(fā)射針的浸潤裝置主要有如下四種:一、上海交通大學(xué)段君毅的博士論文《場致發(fā)射電推力器工作性能及其發(fā)射機(jī)理研究》提到的，將鎢針尖直接置于熔融的液態(tài)金屬銦中，共同加熱并持續(xù)一段時(shí)間后取出，這種浸潤裝置簡單直接，但發(fā)射針表面的氧化膜需要提前進(jìn)行化學(xué)腐蝕清洗，清洗后的發(fā)射針在大氣中進(jìn)行浸潤過程中再次氧化無法避免，導(dǎo)致發(fā)射針和液態(tài)金屬的浸潤效果較差；二、中國科學(xué)院電工研究所馬向國的博士論文《納米聚焦離子束系統(tǒng)液態(tài)金屬離子源的研制》提到的，把鎢發(fā)射尖放到真空系統(tǒng)中的液態(tài)鎵儲(chǔ)備槽中，同時(shí)給儲(chǔ)備槽加熱，加熱到一定溫度并經(jīng)過一段時(shí)間完成浸潤，該裝置的不足是即使加熱溫度高于氧化膜的蒸發(fā)溫度，但由于鎢發(fā)射尖直接和液態(tài)鎵接觸，影響氧化膜的去除效果；三、王大文《真空科學(xué)與技術(shù)》一書中提到的，將鎢發(fā)射尖與另一根鎢絲搭接，在其中通電流，使鎢絲發(fā)熱達(dá)到高溫，這種加熱去除發(fā)射針表面氧化膜的裝置雖然簡單，但兩鎢絲搭接不易牢靠，易造成加熱回路斷開；四、清華大學(xué)董桂芳的《鎵液態(tài)金屬離子源的制備》提到的，在真空系統(tǒng)中，將一對(duì)螺旋鎢絲通電加熱來發(fā)射電子，對(duì)鎢發(fā)射尖進(jìn)行轟擊而達(dá)到高溫，通過傳動(dòng)裝置控制鎢針上下運(yùn)動(dòng)，使鎢尖浸入液鎵中，該浸潤裝置可以較好地去除發(fā)射針表面的氧化膜，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)浸潤，但需要將螺旋鎢絲加熱到很高溫度才能發(fā)射電子，加熱效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種發(fā)射針浸潤方法及其自動(dòng)浸潤裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電推力器發(fā)射針的自動(dòng)浸潤，并具有高效、簡單可靠、重復(fù)率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，
[0006]本發(fā)明涉及一種發(fā)射針浸潤方法，通過分別對(duì)發(fā)射針和推進(jìn)劑進(jìn)行屏蔽加熱，標(biāo)定發(fā)射針氧化膜的蒸發(fā)溫度及推進(jìn)劑的熔化溫度；在標(biāo)定溫度下持續(xù)屏蔽加熱至發(fā)射針氧化膜完全蒸發(fā)及推進(jìn)劑完全熔化；將發(fā)射針浸潤到熔化的推進(jìn)劑中完成浸潤。
[0007]本發(fā)明涉及一種基于上述方法控制發(fā)射針自動(dòng)浸潤的裝置，包括:機(jī)架、發(fā)射針熱屏蔽加熱單元、推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元、運(yùn)動(dòng)單元、真空艙和控制單元，其中:發(fā)射針熱屏蔽加熱單元與推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元固定于機(jī)架上，運(yùn)動(dòng)單元與機(jī)架相連并與發(fā)射針熱屏蔽加熱單元相對(duì)設(shè)置，機(jī)架設(shè)置于真空艙內(nèi)；
[0008]所述的控制單元分別與發(fā)射針熱屏蔽加熱單元和推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元相連并傳輸發(fā)射針加熱控制信息和推進(jìn)劑加熱控制信息，控制單元與運(yùn)動(dòng)單元相連并傳輸運(yùn)動(dòng)控制信息。
[0009]所述的推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元包括:散熱臺(tái)、坩禍架、鉭坩禍、鎧裝加熱線圈和金屬屏蔽層，其中:散熱臺(tái)固定于機(jī)架上，坩禍架設(shè)置于散熱臺(tái)上，鉭坩禍纏繞有鎧裝加熱線圈并設(shè)置于坩禍架上，鎧裝加熱線圈外層包裹著金屬屏蔽層。
[0010]所述的發(fā)射針熱屏蔽加熱單元包括:加熱線圈固定支架、金屬屏蔽層和鎧裝加熱線圈，其中:加熱線圈固定支架設(shè)有熱屏蔽加熱孔并與散熱臺(tái)相連，鎧裝加熱線圈外層包裹著金屬屏蔽層并固定于熱屏蔽加熱孔內(nèi)。
技術(shù)效果
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用熱輻射和熱屏蔽的技術(shù)方案能夠簡單高效的去除發(fā)射針表面的氧化膜，且發(fā)射針和推進(jìn)劑分開加熱，避免了推進(jìn)劑在較高溫度下蒸發(fā)，提高了浸潤的可靠性；而通過標(biāo)定不同材料的蒸發(fā)溫度和熔點(diǎn)，本發(fā)明還能適用于多種發(fā)射針的浸潤。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明加熱系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖中:機(jī)架1、推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2、散熱臺(tái)3、坩禍架4、鎧裝加熱線圈5、金屬屏蔽層6、鉭坩禍7、發(fā)射針熱屏蔽加熱單元8、加熱線圈固定支架9、金屬屏蔽層10、鎧裝加熱線圈11、發(fā)射針12、連桿13、發(fā)射針裝夾桿14、滑臺(tái)15、滾珠絲杠16、導(dǎo)向桿17、滾珠絲杠基座18、步進(jìn)電機(jī)19、滾珠絲杠支架20、運(yùn)動(dòng)單元21、真空艙22、控制單元23。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0016]本實(shí)施例涉及發(fā)射針浸潤的方法:分別對(duì)發(fā)射針12和推進(jìn)劑進(jìn)行屏蔽加熱，標(biāo)定氧化膜的蒸發(fā)溫度及推進(jìn)劑的熔化溫度；在標(biāo)定溫度下持續(xù)屏蔽加熱至氧化膜完全蒸發(fā)及推進(jìn)劑完全熔化；將發(fā)射針12浸潤到熔化的推進(jìn)劑中完成浸潤。
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明涉及運(yùn)用上述方法控制發(fā)射針自動(dòng)浸潤的裝置，包括:機(jī)架1、推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2、發(fā)射針熱屏蔽加熱單元8、運(yùn)動(dòng)單元21、真空艙22和控制單元23，其中:發(fā)射針熱屏蔽加熱單元8與推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2固定于機(jī)架1上，運(yùn)動(dòng)單元21與機(jī)架相連并與發(fā)射針熱屏蔽加熱單元相對(duì)設(shè)置，機(jī)架1設(shè)置于真空艙22內(nèi)；
[0018]所述的控制單元23分別與推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2和發(fā)射針熱屏蔽加熱單元8相連并傳輸推進(jìn)劑加熱控制信息和發(fā)射針加熱控制信息，控制單元23與運(yùn)動(dòng)單元21相連并傳輸運(yùn)動(dòng)控制信息。
[0019]所述的推進(jìn)劑熱屏蔽加熱單元2包括:散熱臺(tái)3、坩禍架4、鎧裝加熱線圈5、金屬屏蔽層6和鉭坩禍7，其中:散熱臺(tái)3固定于機(jī)架1上，坩禍架4設(shè)置于散熱臺(tái)3上，鉭坩禍7纏繞有鎧裝加熱線圈5并設(shè)置于坩禍架4上，鎧裝加熱線圈5外層包裹著金屬屏蔽層6。
[0020]所述的發(fā)射針熱屏蔽加熱單元8包括:加熱線圈固定支架9、金屬屏蔽層10和鎧裝加熱線圈11，其中:加熱線圈固定支架9設(shè)有熱屏蔽加熱孔并與散熱臺(tái)3相連，鎧裝加熱線圈11的外層包裹著金屬屏蔽層10并固定于熱屏蔽加熱孔內(nèi)。
[0021]所述的運(yùn)動(dòng)單元21包括:連桿13、發(fā)射針裝夾桿14、滑臺(tái)15、滾珠絲杠16、導(dǎo)向桿17、滾珠絲杠基座18、步進(jìn)電機(jī)19和滾珠絲杠支架20，其中:滾珠絲杠支架20設(shè)置于機(jī)架1上，步進(jìn)電機(jī)19設(shè)置于滾珠絲杠支架20上并與滾珠絲杠基座18相連，滾珠絲杠基座18設(shè)有導(dǎo)向桿17、滾珠絲