发射针浸润方法及其自动浸润装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种电推进领域的技术，具体是一种发射针浸润方法及其自动浸润装置。
【背景技术】
[0002]针型场发射电推力器是一种基于液态金属离子源技术的电推力器，液态金属推进剂沿着发射针表面的微细凹槽输运至发射针尖，在强电场作用下被离子化并加速喷出产生推力。为了提高推进剂在发射针表面的流动性，需要去除发射针表面的氧化膜并将发射针在液态金属中进行浸润，然而，在真空环境中实现发射针的浸润是比较困难的。
[0003]目前，发射针的浸润装置主要有如下四种:一、上海交通大学段君毅的博士论文《场致发射电推力器工作性能及其发射机理研究》提到的，将钨针尖直接置于熔融的液态金属铟中，共同加热并持续一段时间后取出，这种浸润装置简单直接，但发射针表面的氧化膜需要提前进行化学腐蚀清洗，清洗后的发射针在大气中进行浸润过程中再次氧化无法避免，导致发射针和液态金属的浸润效果较差；二、中国科学院电工研究所马向国的博士论文《纳米聚焦离子束系统液态金属离子源的研制》提到的，把钨发射尖放到真空系统中的液态镓储备槽中，同时给储备槽加热，加热到一定温度并经过一段时间完成浸润，该装置的不足是即使加热温度高于氧化膜的蒸发温度，但由于钨发射尖直接和液态镓接触，影响氧化膜的去除效果；三、王大文《真空科学与技术》一书中提到的，将钨发射尖与另一根钨丝搭接，在其中通电流，使钨丝发热达到高温，这种加热去除发射针表面氧化膜的装置虽然简单，但两钨丝搭接不易牢靠，易造成加热回路断开；四、清华大学董桂芳的《镓液态金属离子源的制备》提到的，在真空系统中，将一对螺旋钨丝通电加热来发射电子，对钨发射尖进行轰击而达到高温，通过传动装置控制钨针上下运动，使钨尖浸入液镓中，该浸润装置可以较好地去除发射针表面的氧化膜，并实现自动浸润，但需要将螺旋钨丝加热到很高温度才能发射电子，加热效率低、结构复杂。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种发射针浸润方法及其自动浸润装置，能够实现电推力器发射针的自动浸润，并具有高效、简单可靠、重复率高的优点。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，
[0006]本发明涉及一种发射针浸润方法，通过分别对发射针和推进剂进行屏蔽加热，标定发射针氧化膜的蒸发温度及推进剂的熔化温度；在标定温度下持续屏蔽加热至发射针氧化膜完全蒸发及推进剂完全熔化；将发射针浸润到熔化的推进剂中完成浸润。
[0007]本发明涉及一种基于上述方法控制发射针自动浸润的装置，包括:机架、发射针热屏蔽加热单元、推进剂热屏蔽加热单元、运动单元、真空舱和控制单元，其中:发射针热屏蔽加热单元与推进剂热屏蔽加热单元上下对应设置，推进剂热屏蔽加热单元固定于机架上，运动单元与机架相连并与发射针热屏蔽加热单元相对设置，机架设置于真空舱内；
[0008]所述的控制单元分别与发射针热屏蔽加热单元和推进剂热屏蔽加热单元相连并传输发射针加热控制信息和推进剂加热控制信息，控制单元与运动单元相连并传输运动控制信息。
[0009]所述的推进剂热屏蔽加热单元包括:散热台、坩祸架、钽坩祸、铠装加热线圈和金属屏蔽层，其中:散热台固定于机架上，坩祸架设置于散热台上，钽坩祸缠绕有铠装加热线圈并设置于坩祸架上，铠装加热线圈外层包裹着金属屏蔽层。
[0010]所述的发射针热屏蔽加热单元包括:加热线圈固定支架、金属屏蔽层和铠装加热线圈，其中:加热线圈固定支架设有热屏蔽加热孔并与散热台相连，铠装加热线圈外层包裹着金属屏蔽层并固定于热屏蔽加热孔内。
技术效果
[0011 ]与现有技术相比，本发明采用热辐射和热屏蔽的技术方案能够简单高效的去除发射针表面的氧化膜，且发射针和推进剂分开加热，避免了推进剂在较高温度下蒸发，提高了浸润的可靠性；而通过标定不同材料的蒸发温度和熔点，本发明还能适用于多种发射针的浸润。
【附图说明】
[0012]图1为本发明加热系统与运动系统结构示意图；
[0013]图2为本发明总体结构示意图；
[0014]图中:机架1、推进剂热屏蔽加热单元2、散热台3、坩祸架4、铠装加热线圈5、金属屏蔽层6、钽坩祸7、发射针热屏蔽加热单元8、加热线圈固定支架9、金属屏蔽层10、铠装加热线圈11、发射针12、连杆13、发射针装夹杆14、滑台15、滚珠丝杠16、导向杆17、滚珠丝杠基座18、步进电机19、滚珠丝杠支架20、运动单元21、真空舱22、控制单元23。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0016]本实施例涉及发射针浸润的方法:分别对发射针12和推进剂进行屏蔽加热，标定氧化膜的蒸发温度及推进剂的熔化温度；在标定温度下持续屏蔽加热至氧化膜完全蒸发及推进剂完全熔化；将发射针12浸润到熔化的推进剂中完成浸润。
[0017]如图1和图2所示，本发明涉及运用上述方法控制发射针自动浸润的装置，包括:机架1、推进剂热屏蔽加热单元2、发射针热屏蔽加热单元8、运动单元21、真空舱22和控制单元23，其中:发射针热屏蔽加热单元8与推进剂热屏蔽加热单元2上下对应设置，推进剂热屏蔽加热单元2固定于机架1上，运动单元21与机架相连并与发射针热屏蔽加热单元相对设置，机架1设置于真空舱22内；
[0018]所述的控制单元23分别与推进剂热屏蔽加热单元2和发射针热屏蔽加热单元8相连并传输推进剂加热控制信息和发射针加热控制信息，控制单元23与运动单元21相连并传输运动控制信息。
[0019]所述的推进剂热屏蔽加热单元2包括:散热台3、坩祸架4、铠装加热线圈5、金属屏蔽层6和钽坩祸7，其中:散热台3固定于机架1上，坩祸架4设置于散热台3上，钽坩祸7缠绕有铠装加热线圈5并设置于坩祸架4上，铠装加热线圈5外层包裹着金属屏蔽层6。
[0020]所述的发射针热屏蔽加热单元8包括:加热线圈固定支架9、金属屏蔽层10和铠装加热线圈11，其中:加热线圈固定支架9设有热屏蔽加热孔并与散热台3相连，铠装加热线圈11的外层包裹着金属屏蔽层10并固定于热屏蔽加热孔内。
[0021]所述的运动单元21包括:连杆13、发射针装夹杆14、滑台15、滚珠丝杠16、导向杆17、滚珠丝杠基座18、步进电机19和滚珠丝杠支架20，其中:滚珠丝杠支架20设置于机架1上，步进电机19设置于滚珠丝杠支架20上并与滚珠丝杠基座18相连，滚珠丝杠基座18设有导向杆17、滚珠丝