[發(fā)明專利]一種長壽命空心陰極的復合型陰極管及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711402797.8
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108231508A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊威;祁康成;郭寧;張?zhí)炱?/a>;賈艷輝;李娟;谷增杰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;H01J9/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種長壽命空心陰極的復合型陰極管，陰極管內(nèi)壁覆蓋隔離層；隔離層采用熔點和分解溫度均大于1800攝氏度、釋放氣體量小于10ppm的材料；隔離層設(shè)置有工作氣體通道，工作氣體流經(jīng)該通道到達發(fā)射體區(qū)域。本發(fā)明還提供了一種復合型陰極管的制造方法。使用本發(fā)明能夠抑制在空心陰極工作時雜質(zhì)氣體對陰極管的侵蝕，提高陰極管的工作壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間飛行器的推進系統(tǒng)，特別涉及空間飛行器電推力系統(tǒng)用空心陰極中的復合型陰極管及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著科學技術(shù)的進步與發(fā)展，人類對太空探索更加深入，電推進系統(tǒng)被稱為綠色推進技術(shù)，在空間技術(shù)中得到了越來越多的應(yīng)用，主要用于空間飛行器的軌道轉(zhuǎn)移、軌道保持、姿態(tài)控制、電位控制等方面，長壽命高可靠性是空間飛行器對電推進系統(tǒng)的基本要求。空心陰極作為電推進系統(tǒng)的核心部件，其壽命決定了電推進系統(tǒng)及空間飛行器的在軌工作壽命。因此，提高空心陰極的壽命和工作可靠性對空間飛行器的長期在軌運行具有十分重要的意義。

空心陰極工作時需通入一定流量的高純度氙氣或其他種類的惰性氣體作為工作氣體，工作時發(fā)射體處于高溫狀態(tài)，發(fā)射體安裝在陰極管中，同時又是工作氣體的通道，也處于高溫的狀態(tài)。因此，陰極管通常要用高熔點金屬或合金材料制造。鉭材料具有熔點高、加工性能好、易于焊接等優(yōu)點，常被選擇為陰極管材料。除鉭及其合金材料外，鎢及其合金材料、鉬及其合金材料也是常用的空心陰極的陰極管材料。在空心陰極的使用過程中，工作氣體直接與高溫的陰極管接觸，因此，對工作氣體的純度提出了極高的要求，這將提高空間飛行器的運行成本。

盡管目前空間用氙氣的純度已經(jīng)高達99.999％以上，但氣體中仍有少量的雜質(zhì)氣體，這些雜質(zhì)氣體成分包括氫氣、一氧化碳、氬氣、水蒸氣等。盡管含量只有ppm的濃度，但長期與高溫的陰極管接觸，仍然會造成陰極管的破壞，導致陰極管內(nèi)壁產(chǎn)生粉塵、陰極管強度大幅度降低甚至破裂等明顯的損害。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種長壽命空心陰極的復合陰極管結(jié)構(gòu)，抑制在空心陰極工作時雜質(zhì)氣體對陰極管的侵蝕，提高陰極管的工作壽命。

一種長壽命空心陰極的復合型陰極管，陰極管內(nèi)壁沒有被發(fā)射體所覆蓋的區(qū)域覆蓋隔離層；隔離層采用熔點和分解溫度均大于1800攝氏度、釋放氣體量小于10ppm的材料；隔離層設(shè)置有工作氣體通道，工作氣體流經(jīng)該通道到達發(fā)射體區(qū)域。

優(yōu)選地，隔離層(7)為筒狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，隔離層(7)的筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有肋筋。

優(yōu)選地，隔離層(7)通過高溫填料(8)與陰極管(1)內(nèi)壁連接。

優(yōu)選地，所述高溫填料(8)采用銀銅焊料、鉬釕焊料、碳化鉭或碳化鎢。

優(yōu)選地，所述陰極管(1)采用高熔點大于1800攝氏度的金屬或合金材料制造。

優(yōu)選地，陰極管(1)材料采用鉭、鉭合金、鎢、鎢合金、鉬或者鉬合金。

優(yōu)選地，隔離層(7)材料采用石墨、陶瓷或碳碳復合。

優(yōu)選地，所述陶瓷采用氧化鈹陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷或氮化硼陶瓷。

本發(fā)明還提供了一種長壽命空心陰極的復合型陰極管的制備方法，采用硝棉溶液將粉末狀的高溫填料調(diào)成糊狀，涂覆到陰極管內(nèi)壁和筒狀的隔離層外壁，然后將隔離層塞入陰極管；干燥后清除多余的高溫填料，再在真空中加熱到使高溫填料粉末燒結(jié)形成，實現(xiàn)隔離層與陰極管的牢固連接。

有益效果：

(1)本發(fā)明提出了一種復合型陰極管結(jié)構(gòu)，隔離工作氣體和陰極管金屬材料，達到保護陰極管免受雜質(zhì)氣體侵蝕的目的。

(2)隔離層與陰極管之間采用高溫填料固定，連接在高溫條件下不變形。