一种电推进装置用栅极结构及其制造方法、电推进装置与流程

1.本发明涉及空间电推进技术领域，特别涉及一种电推进装置用栅极结构及其制造方法、电推进装置。


背景技术：

2.电推进装置是指场致发射电推进装置这一类具备正负电极结构的离子电推进装置。场致发射微电推进装置由于具有结构简单、效率高、比冲大等优点，是未来微纳小卫星平台理想的动力装置。这种推进装置在使用过程中通常依靠电极间的强电场将推进剂电离并在电场力的作用下喷射出去，形成推力作用于卫星平台。推进剂电离后离子运动轨迹主要由电极间的电势分布来决定。目前已有的电推进装置的栅极结构如图1所示，该栅极结构为一体化成型的宽幅窄槽结构，由于栅极的各格栅宽度较宽，存在离子束流在电场力作用下加速撞击到栅极上，进而导致推力损失、栅极溅射损坏和截获电流大等问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大幅度减小栅极格栅被离子束流溅射的概率，降低栅极截获电流，提高栅极使用寿命的电推进装置用栅极结构及其制造方法。
4.本发明的另一目的在于提供一种包括上述栅极结构的电推进装置。
5.为实现上述目的，本发明第一方面提供一种电推进装置用栅极结构，包括安装框架和钼丝栅条，所述安装框架中部具有供离子束流通过的缺口，所述钼丝栅条等间距的定位在所述缺口处形成栅极格栅。
6.进一步，所述安装框架的缺口两侧设置有多个定位孔组，所述定位孔组包括设置在所述缺口两侧并沿第一方向对齐的第一定位孔和第二定位孔，所述多个定位孔组沿第二方向等间距布置，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述钼丝栅条沿第一方向跨越所述缺口，并且多条钼丝栅条的两端分别通过所述第一定位孔和所述第二定位孔等间距的固定在所述安装框架上。
7.进一步，所述钼丝栅条两端分别穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔固定。
8.进一步，所述钼丝栅条两端分别焊接在所述第一定位孔和所述第二定位孔固定。
9.进一步，所述安装框架的材料为钼。
10.进一步，所述钼丝栅条的直径为0.1～0.5mm。
11.本发明第二方面提供一种电推进装置用栅极结构的制造方法，包括如下步骤：
12.1)加工安装框架；
13.2)打磨钼丝栅条，去除所述钼丝栅条的表面氧化层；
14.3)将钼丝栅条等间距固定在所述安装框架上。
15.进一步，加工安装框架包括：
16.在钼板中部加工缺口；
17.在缺口两侧加工多个定位孔组，所述定位孔组包括设置在所述缺口两侧并沿第一方向对齐的第一定位孔和第二定位孔，所述多个定位孔组沿第二方向等间距布置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
18.进一步，将钼丝栅条等间距固定在所述安装框架上包括：
19.将钼丝栅条顺序穿过多个定位孔组的第一定位孔和第二定位孔，将钼丝栅条的一端固定在第一组定位孔组的第一定位孔，将钼丝栅条的另一端固定在最后一组定位孔组的第二定位孔，以形成栅极格栅。
20.本发明第三方面提供一种电推进装置，包括正极电极和栅极结构，所述栅极结构通过所述安装框架安装在电推进装置上，使所述正极电极与相邻钼丝栅条的中心轴线的垂直投影重合。
21.本发明采用金属钼丝作为电推进装置栅极结构的格栅，降低了栅极格栅的宽幅条结构，大幅度减小了栅极格栅被离子束流溅射的概率，降低了栅极截获电流，提高了栅极使用寿命。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有常规栅极结构的示意图；
25.图2为本发明一实施例电推进装置的栅极结构示意图；
26.图3a、图3b为本发明一实施例栅极结构在电推进装置上装配示意图；
27.图4为本发明一实施例栅极结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
28.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
29.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”、“左右方向”、“上下方向”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
31.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一
个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
33.如图2所示，本发明的电推进装置用栅极结构，包括安装框架1和钼丝栅条2，所述安装框架1中部具有供离子束流通过的缺口11，所述钼丝栅条2等间距的定位在所述缺口11处形成栅极格栅。在本实施例中安装框架1为正方形，安装框架1中部的缺口11也为正方形，然而本发明并不以此为限制，其可以根据在电推进装置上的实际装配需要做适应性改变。
34.本发明栅极结构采用金属钼丝作为栅极结构的格栅替代常规栅极的宽幅条结构，大幅度减小了栅极格栅被离子束流溅射的概率，降低了栅极截获电流，提高了栅极使用寿命。
35.在本发明一实施例中，所述安装框架1的缺口11两侧设置有多个定位孔组，所述定位孔组包括设置在所述缺口11两侧并沿第一方向对齐的第一定位孔12和第二定位孔13，所述多个定位孔组沿第二方向等间距布置，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述钼丝栅条2沿第一方向跨越所述缺口11，并且钼丝栅条2的两端分别通过所述第一定位孔12和所述第二定位孔13等间距的固定在所述安装框架1上。安装框架1上设置的定位孔组可以方便地对钼丝栅条2在安装框架上的安装位置进行精准定位，确保钼丝栅条2在安装框架1上等间距定位固定。其中，钼丝栅条2可以选择一根长栅条依序穿过缠绕多个定位孔组的第一定位孔12和第二定位孔13形成栅极格栅，也可以选择多根短栅条两端分别定位固定在对应的第一定位孔12和第二定位孔13形成栅极格栅。
36.在本发明一实施例中，所述钼丝栅条2两端分别穿过所述第一定位孔12和所述第二定位孔13，通过在钼丝栅条2两端处打结固定。
37.在本发明一实施例中，所述钼丝栅条2两端分别焊接在所述第一定位孔12和所述第二定位孔13固定。
38.在本发明一实施例中，所述钼丝栅条2的直径为0.1～0.5mm。
39.如图3a和3b所示，本发明的电推进装置，包括正极电极3和图2所述的栅极结构，所述栅极结构通过所述安装框架1安装在电推进装置上，使所述正极电极3与相邻钼丝栅条2的中心轴线的垂直投影重合。安装框架1四角处设置四个安装孔，通过4个螺钉将栅极结构固定在电推进装置的支撑结构上，由于安装框架1上钼丝栅条2等间距设置，可以确保栅极结构在安装在电推进装置上后正极电极3与相邻钼丝栅条2的中心轴线的垂直投影重合，进而保证栅极和正极电极之间形成电场的方向性，确保离子束可以沿垂直方向喷出。
40.如图4所示，本发明的电推进装置用栅极结构的制造方法，包括如下步骤：
41.步骤s410：加工安装框架；
42.步骤s420：打磨钼丝栅条，去除所述钼丝栅条的表面氧化层；
43.步骤s430：将钼丝栅条等间距固定在所述安装框架上。
44.其中，步骤s410加工安装框架包括：
45.在钼板中部加工缺口；
46.在缺口两侧加工多个定位孔组，所述定位孔组包括设置在所述缺口两侧并沿第一方向对齐的第一定位孔和第二定位孔，所述多个定位孔组沿第二方向等间距布置，所述第
二方向垂直于所述第一方向。其中，安装框架采用纯钼材料，按尺寸加工后需要进行表面抛光打磨和清洗，确保表面光滑无异物，对电极放电不造成影响。
47.步骤s430将多条钼丝栅条等间距固定在所述安装框架上包括：
48.将钼丝栅条顺序穿过多个定位孔组的第一定位孔和第二定位孔；
49.将钼丝栅条的一端固定在第一组定位孔组的第一定位孔，将钼丝栅条的另一端固定在最后一组定位孔组的第二定位孔，以形成栅极格栅。其中，金属钼丝在使用前需进行砂纸打磨，去除表面氧化层，防止电极间放电时与氧化物起反应影响电推进装置的正常工作。金属钼丝安装过程中需确保钼丝处于张紧状态保持笔直，且钼丝两端采用接头固定。金属钼丝可以选择一根长栅条依序穿过缠绕多个定位孔组的第一定位孔和第二定位孔形成栅极格栅，也可以选择多根短钼丝两端分别定位固定在对应的第一定位孔和第二定位孔形成栅极格栅。
50.本发明栅极结构的制造方法对机加工过程进行了简化，省略了常规加工过程中对格栅边缘部分的倒角工艺，降低了格栅处因“尖角”所造成的电场集中问题。采用金属钼丝缠绕加工形成新型栅极结构替代常规金属钼片机加成型，最大程度的减小了栅极格栅暴露在离子束流中的面积，大幅度减小了栅极格栅被离子束流溅射的概率，降低了栅极截获电流，提高了栅极使用寿命。
51.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
52.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。