利用空心阴极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钨顶孔腐蚀特性的监测技术。
【背景技术】
[0002] 自持空心阴极是电推进器如霍尔推力器、离子推力器等的关键部件，也可用于空 间站作电位控制用，具有高可靠性、寿命长、发射电流大、电流发射效率高、体积小、重量轻、 结构紧凑和抗振动能力强等特点。空心阴极作为电子源使用，是电推力器的单点失效部件， 具有很高的重要性，也有很高的寿命要求，一般要达到上万小时。
[0003] 钨顶的顶部有一个毫米级别的小孔，即钨顶孔，发射体的等离子体均要经过钨顶 孔进行羽流区。由于这里的空心尺寸小，电流密度大，粒子密度也高，造成等离子体和壁面 相互作用剧烈，从而造成严重的腐蚀。随着阴极寿命的增长，钨顶孔孔径越来越大，其节流 能力随之减弱，这可能会造成两方面影响：1、点火时点火时间增长或点火电压增高，因为扩 孔后发射体去气体压强降低，需要更高的电场强度或发射体温度才能满足点火条件，当气 压降低到足够低的时候，阴极将因无法点火而失效；2、阴极工作时振荡加大，因为扩孔后阴 极稳定工作所需的供气流量也要增加，较弱的节流能力导致了较低的气压值，因此振荡加 大，导致电推进系统工作不稳定甚至熄火。因此，孔区的腐蚀过程对阴极或者说电推进系统 起着重要的作用。
[0004] 但是，由于电推进空心阴极的特殊性，目前主流的试验检测方法很难对钨顶孔内 部进行检测，一方面是因为钨顶孔孔径过小（一般小于1毫米），常规的检测仪器和设备很 难使用；另一方面，工作时孔区温度极高，等离子体干扰也非常大。这给电推进空心阴极钨 顶孔腐蚀过程的监测带来了非常大的困难。目前主要的检测方法有两种，一种是破坏性检 测方法，即采用线切割的方法将腐蚀后的钨顶孔从轴线处切割成两半，观察截面形状，但该 方法只能得到小孔最终的形貌，腐蚀期间的变化规律则无从得知。另一种方法是光学成像 系统，即观察钨顶上表面孔径变化，这种方法无法观测孔区内部立体形貌，两种方法均不宜 用于评估阴极孔的腐蚀过程。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决现有技术中破坏性检测方法需要破坏阴极，而且得不到腐蚀期 间钨顶孔的变化情况，光学成像方法观测不到钨顶孔内部的形貌变化的问题，从而提供两 种利用空心阴极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法。
[0006] 本发明所述的第一种利用空心阴极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法，该 方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、在阴极供气管的管口处设置测压管道，该测压管道的一端与供气管连通， 在测压管道的另一端放置压力传感器；
[0008] 步骤二、利用压力传感器监测阴极管的稳态放电气压；
[0009] 步骤三、根据放电气压变化情况评估出钨顶孔孔径的变化情况，得到钨顶孔腐蚀 特性。
[0010] 上述压力传感器与钨顶孔沿钨顶孔轴线方向的距离为200mm，测压管道的长度为 120mm〇
[0011] 上述压力传感器为ZDM-I-20-LED电容真空计。
[0012] 上述根据放电气压变化情况评估出钨顶孔孔径的变化情况，得到钨顶孔腐蚀特性 的方法为：如果气压没有变化则说明钨顶孔孔径没有变化，钨顶孔没有被腐蚀，如果气压下 降则说明钨顶孔孔径变大，气压降得越低说明孔径变化越大，钨顶孔被腐蚀得越严重。
[0013] 本方法测量结果受外界环境影响小，能够准确反映放电时阴极的性能衰减过程， 能够通过程序实现自动连续采集，数据量大，不引入无关失效机制，该方法可以用于监测加 速退化实验中的性能特征参数，这将大大减少钨顶孔寿命评估的时间，为空心阴极的寿命 评估打下了基础。
[0014] 第二种利用空心阴极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法，该方法包括以下 步骤：
[0015] 步骤一、在阴极供气管的管口处设置测压管道，该测压管道的一端与供气管连通， 在测压管道的另一端放置压力传感器；
[0016] 步骤二、利用压力传感器监测阴极管冷却到室温时阴极管内部的气压值；
[0017] 步骤三、根据气压的变化情况评估出钨顶孔孔径的变化情况，得到钨顶孔腐蚀特 性。
[0018] 上述压力传感器与钨顶孔沿钨顶孔轴线方向的距离为200mm，测压管道的长度为 120mm〇
[0019] 上述压力传感器为ZDM-I-20-LED电容真空计。
[0020] 上述根据放电气压变化情况评估出钨顶孔孔径的变化情况，得到钨顶孔腐蚀特性 的方法为：如果气压没有变化则说明钨顶孔孔径没有变化，钨顶孔没有被腐蚀，如果气压下 降则说明钨顶孔孔径变大，气压降得越低说明孔径变化越大，钨顶孔被腐蚀得越严重。
[0021] 本方法能够较为真实地反应孔径的变化，气压值不受等离子体放电震荡的影响， 无明显波动。
[0022] 本发明利用空心阴极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法，通过检测空心阴 极内部气压值这一直观易测量量来评估空心阴极钨顶孔的腐蚀过程及腐蚀程度。本发明 不需要破坏阴极，就能够方便的评估出腐蚀期间钨顶孔的变化情况，进而得到钨顶孔及钨 顶孔内部形貌的变化情况，该方法简单易行，易于通过程序实现自动采集。
[0023] 本发明可用于监测钨顶孔腐蚀特性，适用霍尔推力器、离子推力器或其他设备中。
【附图说明】
[0024] 图1是【背景技术】中空心阴极结构简图，1代表钨顶孔。
[0025] 图2是【背景技术】中采用破坏性检测方法8200小时测试后阴极钨顶小孔截面的腐 蚀情况，2为钨顶孔腐蚀前的截面形状，3为钨顶孔腐蚀后的截面形状。
[0026] 图3是【具体实施方式】一和五中压力传感器放置位置的示意图。
[0027] 图4是【具体实施方式】九中得到的阴极管内气压值随时间的变化曲线。
[0028] 图5是【具体实施方式】九中得到的冷却结束时气压值随循环次数的变化曲线。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0029] 一：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的利用空心阴 极内部气压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法，该方法包括以下步骤：
[0030] 步骤一、在阴极供气管的管口处设置测压管道，该测压管道的一端与供气管连通， 在测压管道的另一端放置压力传感器；
[0031] 步骤二、利用压力传感器监测阴极管的稳态放电气压；
[0032] 步骤三、根据放电气压变化情况评估出钨顶孔孔径的变化情况，得到钨顶孔腐蚀 特性。
[0033] 钨顶孔作为整个气路通道里边尺寸最小的结构，对阴极的节流能力起着决定性作 用，一旦钨顶孔的孔径发生了变化，则会直接体现在其节流能力上，最终通过放电气压表现 出来，因此如果能够连续监测阴极的放电气压则可以方便的评估出钨顶孔的变化情况。
[0034] 图3中4为放置压力传感器的位置，5为测压管道，6为供气管，7为阴极管，1为钨 顶孔。
【具体实施方式】 [0035] 二：本实施方式是对一所述的旁利用空心阴极内部气 压变化监测钨顶孔腐蚀特性的方法作进一步说明，本实施方式中，压力传感器与钨顶孔沿 钨顶孔轴线方向的距离为200mm，测压管道的长度为120mm。
【具体实施方式】 [0036