专利名称：微型固体化学推进器的制作方法
微型固体化学推进器所属领域本发明涉及了一种微型固体化学推进器，用于微型空间飞行器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整等，属于微推进技术和微机电系统(MEMS)领域。
背景技术：
推进系统是大多数航天器的关键子系统，主要用于航天器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整等。随着微型航天器，如微卫星、纳卫星、皮卫星技术的不断成熟，若需要微型航天器完成某些特殊任务，如卫星编队飞行，则需要给这些微型航天器配备推进系统。由于传统的推进系统体积和质量都比较大，不能适用于微型航天器，因此迫切需求适合于微型卫星的高可靠性、低功耗、微推力、微冲量的微型推进系统。
基于MEMS技术的微型推进器在结构上对传统的推进器进行了改进，在工艺上结合了微纳米及微细加工技术，具有易实现小型化、集成化、低功耗等优点，因此成为微推进系统的重要研究方向。在Zhang K L等人报道的“Development of a solid propellantmicrothruster with chamber and nozzle etched on a wafer surface，， 以及“AMEMS-based solid propellant microthruster with Au/Ti igniter”，参见图 I 和图 2,提出一种采用DRIE工艺，利用硅和玻璃键合而成的微型推进器，微型推进器包括硅结构层和玻璃层，硅结构层有喷嘴3、燃烧室4和下导线槽5，上导线槽6 ;玻璃层上包括点火器9、上点火导线10，下点火导线11，该推进器采用DRIE工艺得到燃烧室4、喷嘴3和导线槽5，采用金属溅射及刻蚀工艺得到点火器9和点火导线10。这种推进器的点火槽在硅表面呈直角形式，在硅表面键合面积一定的情况下，点火槽表面积越大，玻璃和硅表面键合难度越大；喷嘴的喉部与进气口、出气口相交成尖角，导致喷出气体的边界层增大，难以产生更大的推力；而在玻璃板上的点火电阻采用单根的设计形式，单根设计形式的点火器通电后在点火器线宽最窄处发热温度最高，容易产生熔断现象，导致点火器不可逆失效，因此Zhang等人提出的推进器的点火槽结构存在硅玻键合难度大，气体边界层增大而无法增大推力，点火器可靠性低等问题。
发明内容
本发明的目的是为克服现有微型推进器技术中硅玻键合工艺难度大，气体边界层大而无法增大推力以及点火器可靠性低的缺点，本发明提出一种采用硅片和耐热玻璃通过键合工艺形成微型推进器。如图3所示，本发明所采用的技术方案是微型固体化学推进器，包括键合的上层硅片I和下层玻璃片7 ;所述上层硅片I表面2内凹形成燃烧室4和喷嘴3 ;燃烧室4和喷嘴3连通处的喉部为曲率半径为R的圆弧，喉宽r满足r=R ;燃烧室4相对两侧分别有直线形的下导线槽5和上导线槽6 ;下导线槽5和上导线槽6的深度小于燃烧室4和喷嘴3的深度；所述下层玻璃片7由耐热玻璃8和其上的点火电路结构组成，点火电路结构包括与燃烧室4相应位置处的点火器9，点火器9为多根并联点火器；点火器9两端分别连有位于下导线槽5内的上点火导线10和位于上点火槽6内的下点火导线11 ;上点火导线10和下点火导线11与上层硅片I相应区域外的上焊盘12和下焊盘13连接；上点火导线10和下点火导线11的厚度小于下点火槽5和上点火槽6的深度，使得上层硅片I与下层玻璃片7上的点火器9、上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13非接触。工作时，通过上焊盘12、下焊盘13、上点火导线10、下点火导线11给位于燃烧室4内的点火器9通电，点火器9温度升高达到燃烧室4内燃料的点燃温度，燃料点燃，燃烧室4内压强增大，气体通过喷嘴3喷出，产生推进效果。本发明的有益效果是点火槽在硅表面呈直线形式，在相同的点火槽宽度和键合面积下，直线型的点火槽使得硅玻键合难度降低；喉部加工成具有一定曲率半径的圆弧并使之与进气口、出气口的边界相切，减小气体边界层，提高器件的推力；采用多根电阻并联设计形式的点火器增大了与推进剂的接触面积，扩大加热区域，不因一根点火器的熔断致使整个器件功能失效，提高了点火器的可靠性下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图I是现有技术中MEMS推进器燃烧室和喷嘴结构示意图；图2是现有技术中MEMS推进器点火电路结构示意图；图3是本发明中的微型固体化学推进器结构示意图；图4是实施例中的上层硅片结构示意图；图5是实施例中的下层玻璃片结构示意图；图6是实施例中的点火器的结构放大示意图；图中，I-上层硅片，2-表面，3-喷嘴，4-燃烧室，5-下导线槽，6-上导线槽，7_下层玻璃片，8-耐热玻璃，9-点火器，10-上点火导线，11-下点火导线，12-上焊盘，13-下焊盘。
具体实施例方式实施例I :参阅图3-6，本实施例中的微型固体化学推进器，包括键合的上层硅片I和下层玻璃片7 ;所述上层硅片I表面2内凹500 ii m形成燃烧室4和喷嘴3 ;燃烧室4和喷嘴3连通处的喉部为曲率半径为500 u m的圆弧，喉宽r也为500 u m ;燃烧室4相对两侧分别有直线形的下导线槽5和上导线槽6 ;下导线槽5和上导线槽6的深度均为I y m ;所述下层玻璃片7由耐热玻璃8和其上的点火电路结构组成，本实施例中耐热玻璃8为Pyrex7740 ;点火电路结构包括与燃烧室4相应位置处的点火器9，点火器9为两根并联的蛇形折叠状金属铬薄膜电阻，厚度为200nm ;点火器9两端分别连有位于下导线槽5内的上点火导线10和位于上导线槽6内的下点火导线11 ;上点火导线10和下点火导线11与上层硅片I相应区域外的上焊盘12和下焊盘13连接；上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13的材料均为铜；上点火导线10和下点火导线11的厚度为200nm，使得上层硅片I与下层玻璃片7上的点火器9、上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13非接触；工作时，通过上焊盘12、下焊盘13、上点火导线10、下点火导线11给位于燃烧室4内的点火器9通电，点火器9温度升高达到燃烧室4内燃料HTPB/AP的点燃温度350°，燃料点燃，燃烧室4内压强增大，气体通过喷嘴3喷出 ，产生推进效果。
权利要求
1.微型固体化学推进器，包括键合的上层硅片(I)和下层玻璃片(7)，其特征在于所述上层硅片(I)表面(2)内凹形成燃烧室(4)和喷嘴(3);燃烧室(4)和喷嘴(3)连通处的喉部为曲率半径为R的圆弧，喉宽r满足r=R ;燃烧室(4)相对两侧分别有直线形的下导线槽(5)和上导线槽(6);下导线槽(5)和上导线槽(6)的深度小于燃烧室(4)和喷嘴(3)的深度；所述下层玻璃片(7)由耐热玻璃(8)和其上的点火电路结构组成，点火电路结构包括与燃烧室(4)相应位置处的点火器(9)，点火器(9)为多根并联点火器；点火器(9)两端分别连有位于下导线槽(5)内的上点火导线(10)和位于上点火槽(6)内的下点火导线(11);上点火导线(10)和下点火导线(11)与上层硅片(I)相应区域外的上焊盘(12)和下焊盘(13)连接；上点火导线(10)和下点火导线(11)的厚度小于下点火槽(5)和上点火槽(6)的深度，使得上层硅片(I)与下层玻璃片(7)上的点火器(9)、上点火导线(10)、下点火导线(11)、上焊盘(12)和下焊盘(13)非接触。
全文摘要
本发明公开了一种微型固体化学推进器，属于微推进技术和微机电系统(MEMS)领域。该采用硅片和耐热玻璃键合形成微型推进器，上层硅片1表面2内凹形成燃烧室4和喷嘴3；燃烧室4和喷嘴3连通处的喉部为曲率半径为R的圆弧；所述下层玻璃片7由耐热玻璃8和其上的点火电路结构组成。本发明的有益效果是点火槽在硅表面呈直线形式，在相同的点火槽宽度和键合面积下，直线型点火槽使得硅玻键合难度降低；喉部为具有一定曲率半径的圆弧并使之与进气口、出气口的边界相切，减小气体边界层，提高器件的推力；采用多根电阻并联设计形式的点火器增大了与推进剂的接触面积，扩大加热区域，不因一根点火器的熔断致使整个器件功能失效，提高了点火器的可靠性。
文档编号F02K7/00GK102705107SQ201210140138
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月6日 优先权日2012年5月6日
发明者常洪龙, 张和民, 李小平, 申强, 谢建兵 申请人:西北工业大学