[發(fā)明專利]一種熱子嵌入式空心陰極

在審

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• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111997854A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 于海波
• 申請（專利權）人: 成都創(chuàng)元電子有限公司
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;H01J1/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發(fā)明公開了一種熱子嵌入式空心陰極，包括外層表面開設有凹槽的發(fā)射體，表面涂覆有絕緣層的熱子鋪設在發(fā)射體外層表面的凹槽中，凹槽的深度大于表面涂覆有絕緣層的熱子的直徑。取消傳統(tǒng)的陰極管作為熱傳導物，將現(xiàn)有空心陰極包裹于發(fā)射體外圍的絕緣層縮小為僅包裹熱子外壁的薄層，省略中間熱傳導物，將熱子直接鋪設于發(fā)射體表面，從而實現(xiàn)熱子直接傳熱給發(fā)射體，大大提高了熱傳遞效率，提高空心陰極的壽命。發(fā)射體的末端裝配部底端裝有外徑與支撐筒的內徑相同的瓷環(huán)，所述瓷環(huán)在與發(fā)射體接觸方向設有中空凹槽，減少接觸面積從而減少傳導熱量，對陰極起到很好的隔熱效果。

技術領域

本發(fā)明涉及航天技術推進領域，具體涉及一種熱子嵌入式空心陰極的結構。

背景技術

空心陰極廣泛應用于離子注入、離子鍍膜、空間推進等設備中。在軍事上，陰極是各類微波電子器件、微光夜視器件、紅外成像器件和紫外成像器件的心臟。同時，在工業(yè)和醫(yī)療等設備中，利用陰極作為發(fā)射源的X光管、像增強器、加速管和顯示器起到了非常重要的作用。在科學研究中，各類分析儀器、電子束加工、電子束曝光、電子束蒸發(fā)等設備中，陰極也是不可或缺的關鍵部件。

特別是在空間應用中，空心陰極作為電推進系統(tǒng)的核心部件之一，其各項性能均是限制推力器性能的重要指標。由于空心陰極承受著推力器中最高的等離子體密度、最大的電流密度以及最高的溫度，因而對其性能參數(shù)、可靠性以及壽命均提出了很高的要求。陰極工作時需要在高溫下進行，所以在滿足陰極工作條件的情況下，需要盡可能大幅度降低設備功耗，提高陰極的壽命和效率。現(xiàn)有的陰極存在加熱效率不高，熱子壽命不長等問題，空心陰極的性能尚有繼續(xù)提升的空間。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有的陰極存在加熱效率不高，熱子壽命不長的問題，本發(fā)明提供了一種熱子嵌入式空心陰極。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種熱子嵌入式空心陰極，包括外層表面開設有凹槽的發(fā)射體，表面涂覆有絕緣層的熱子鋪設在發(fā)射體外層表面的凹槽中，凹槽的深度大于表面涂覆有絕緣層的熱子的直徑。取消傳統(tǒng)的陰極管作為熱傳導物，將現(xiàn)有空心陰極包裹于發(fā)射體外圍的絕緣層縮小為僅包裹熱子外壁的薄層，省略中間熱傳導物，將熱子直接鋪設于發(fā)射體表面，從而實現(xiàn)熱子直接傳熱給發(fā)射體，大大提高了熱傳遞效率，提高空心陰極的壽命。

發(fā)射體為鋇鎢陰極而不選用常用的六硼化鑭陰極，因為制造外表面開槽的鋇鎢陰極比在六硼化鑭晶體表面開槽易于實現(xiàn)。

發(fā)射體末端裝配部卡槽與支撐筒相配合，支撐筒與發(fā)射體末端裝配部焊接。

為了減少陰極熱量向發(fā)射體下端傳導和熱輻射的損耗，所述發(fā)射體的末端裝配部底端裝有瓷環(huán)，所述瓷環(huán)的外徑與支撐筒的內徑相同，瓷環(huán)下端設置有一金屬材質卡環(huán)，卡環(huán)固定環(huán)焊接在支撐筒內壁，將瓷環(huán)抵緊，對其進行軸向限位，所述瓷環(huán)在與發(fā)射體接觸方向設有中空凹槽，減少接觸面積從而減少傳導熱量，對陰極起到很好的隔熱效果。

還包括陰極頂、隔熱體、套筒和隔熱體支撐環(huán)；所述陰極頂設置于發(fā)射體頂部，隔熱體套在發(fā)射體的外部，套筒套裝在隔熱體的外部，套筒頂端與陰極頂焊接，對隔熱體進行軸向限位和徑向限位，隔熱體支撐環(huán)裝配在支撐筒外部，對隔熱體進行支撐并對其進行軸向限位，隔熱體支撐環(huán)與套筒和支撐筒連接處均為焊接連接，進而將隔熱體卡緊固定。

優(yōu)選地，隔熱體和套筒之間還設置有保溫層，保溫層與隔熱體和套筒均緊密配合，進一步減少陰極的橫向熱量散失。

隔熱體在熱子引出位置開槽，開槽寬度大于熱子直徑，隔熱體開槽末端，在熱子轉向引出的位置開圓孔，圓孔直徑略大于絕緣管的外徑,熱子的一端與發(fā)射體連通并焊接,另一端從發(fā)射體底部繞出,穿過隔熱體溝槽引出,引出的熱子外部套有絕緣管,所述絕緣管一端插入套筒內部隔熱體對應的圓孔中,通過金屬環(huán)固定在隔熱體支撐環(huán)上。