[發(fā)明專利]一種電阻浸入式微推進器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-06-02
• 公開（公告）號: CN106089491B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 謝建兵;袁建平;周金秋;郝永存;陳磊
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95;B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發(fā)明涉及微推進技術和微機電系統(tǒng)領域，特別是涉及一種電阻浸入式微推進器及其制備方法。

背景技術

微推進器是一種基于MEMS(Micro electro-mechanical system，微機電系統(tǒng))技術的推進器，由于采用集成設計，冗余設計和微型精密制造技術等先進思想和技術，微推進器具有小型化，集成化，低功耗的特點。隨著航天市場對航天任務低成本，短周期，高性能需求的提高，使得航天器小型化和微型化成為航天技術的發(fā)展趨勢，而傳統(tǒng)的衛(wèi)星推進系統(tǒng)一般體積大，質量常占衛(wèi)星總質量的30％-50％，遠不能勝任微型航天器任務的需求，因此，研究適合微型航天器軌道保持和姿態(tài)控制的高集成度，小沖量，低功耗的微型推進器，減少控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件數(shù)量，成為迫切需要解決的問題。

通常，MEMS推進器由眾多獨立的推進單元陣列組成，為三層類三明治結構，分別是點火器層，燃燒室層和噴嘴層，固體推進劑被澆注到燃燒室腔中。工作時，點火器點燃推進劑，復合推進劑各組分發(fā)生氧化還原反應形成高溫高壓燃氣，燃氣通過噴嘴排出，產生推力。在實際點火試驗中發(fā)現(xiàn)，由于點火器層與推進劑接觸不充分，以及與點火器層固連的襯底結構層會散失部分熱量，導致推進器單元無法點燃，從而導致微推進器失效，這對于微型航天器工作軌道及姿態(tài)的精確控制是致命的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是，為了克服目前微推進器技術因推進劑與點火器接觸不充分導致的推進單元點燃失效問題，本發(fā)明提供了一種主要利用硅材料形成的電 阻浸入式微推進器。如圖1，圖2所示，本發(fā)明所采用的技術方案是：電阻浸入式微推進器，依次包括燃燒室陣列部分、點火器層、以及噴嘴陣列部分；所述燃燒室陣列部分由刻蝕SOI硅片形成的多個貫通燃燒室單元組成；所述點火器層由與各燃燒室單元對應的點火電阻2單元組成，所述點火電阻2單元置于所述燃燒室單元器件層部分預留的焊盤支架上，各個點火電阻2之間通過點火導線3聯(lián)通，并經焊盤4引出電信號；噴嘴陣列為硅片表面多個貫通的空腔單元組成，所述各空腔單元與各燃燒室單元、各點火電阻2單元對應；火藥將各燃燒室單元填滿并部分填充所述噴嘴陣列的空腔單元，使得各點火電阻2單元完全浸入在火藥中。

更進一步的，所述點火器層材料為金。

工作時，通過焊盤4、點火導線3、給各點火電阻2通電，點火電阻2溫度升高，再將熱量傳遞至相應燃燒室內的燃料，熱量達到燃料的點燃溫度后，燃料點燃，燃燒室內壓強增大，氣體通過噴嘴噴出，產生推進效果。

參考圖3，上述電阻浸入式微推進器，采用MEMS工藝制作，其制備過程包括如下步驟：

第一步，圖3(a)所示，對SOI硅片5進行清洗；在SOI硅片5的下表面濺射鋁6，再在鋁6的表面涂光刻膠7；

第二步，圖3(b)所示，光刻，顯影，濕法腐蝕金屬鋁6；

第三步，圖3(c)所示，干法刻蝕SOI硅片5襯底層，刻穿襯底層后停止；

第四步，圖3(d)所示，去除SOI硅片5下表面的鋁6，濕法腐蝕SOI硅片5埋氧層，濕法腐蝕刻透埋氧層后停止；

第五步，圖3(e)所示，對SOI硅片5進行清洗；在SOI硅片5的上表面涂光刻膠7；

第六步，圖3(f)所示，光刻，顯影；

第七步，圖3(g)所示，在涂有光刻膠7的SOI硅片5上表面濺射金屬薄膜，金屬薄膜應具有良好的導電性能，如金屬銅，鉑，金等；金屬剝離,去除光刻膠7，形成點火電阻2，點火導線3，以及焊盤4；

第八步，圖3(h)所示，在SOI硅片5上表面涂光刻膠7，光刻，顯影；

第九步，圖3(i)所示,干法刻蝕SOI硅片5器件層，刻穿器件層后停止；

第十步，圖3(j)所示，去除光刻膠7，得到點火器層及燃燒室層；

第十一步，圖3(k)所示，將SOI硅片5倒置放在平整的基片如玻璃9上并夾緊，向燃燒室內填充糊狀火藥10；

第十二步，圖3(l)所示，待火藥10干燥凝固成型后撤去基片，并在SOI硅片5下表面用膠粘或鍵合的方法連接一玻璃基底9；

第十三步，圖3(m)所示，取一硅片11清洗，分別在上下表面制備二氧化硅掩膜；

第十四步，圖3(n)所示，圖形化二氧化硅掩膜，濕法腐蝕硅片11，在硅片11上得到噴嘴1陣列結構；

第十五步，圖3(o)所示，去除硅片11上的二氧化硅掩膜，然后通過膠粘或鍵合的方法將硅片11連接到SOI硅片5上表面，再向噴嘴層中填充糊狀火藥10，待火藥10干燥凝固成型后最終得到電阻浸入式微推進器。