一种气路绝缘器及其制造方法与流程

1.本发明涉及气体放电技术领域，尤其涉及一种气路绝缘器及其制造方法。


背景技术：

2.航天器电推进系统燃烧惰性气体工质产生推力，储存惰性气体工质的储箱和推力单元往往不在同一电位上，这就需要在供给推力单元一定流率气体的同时也要保证推力单元和储箱之间的电气绝缘。通常，推力单元和储箱之间有高达几百伏到数千伏的电位差，即使采用不导电的气体管道如塑料管、陶瓷管，管道内的气体也会在高电压作用下发生气体击穿放电现象。一旦发生管道内气体击穿，管道内产生高密度的等离子体，推力单元和储箱之间实质上处于短路或半短路状态，造成推力单元不能正常工作甚至整个航天器瘫痪。气路绝缘器的作用是在保证气体供给的同时，防止气体击穿放电，发挥电气绝缘的作用。国内外的电推力器均采用了不同结构的气路电绝缘器实现气路电隔离。如美国的xips
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25和nstar
‑
30离子推力器采用了多级分割结构的气路电绝缘器，美国的next计划的40cm离子推力器采用了微小球形氧化铝陶瓷颗粒填充的多孔结构气路绝缘器。但是，现有的气路绝缘器在保证推力器给定工作电压、气体流率等条件下容易发生结构失效。


技术实现要素：

3.基于现有技术的不足，本发明公开了一种结构牢固、便于制造的气路绝缘器，既能保证推力器在给定工作电压、气体流率等条件下即不发生结构失效，又能可靠抑制气体击穿放电。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种气路绝缘器，包括由陶瓷制成的主绝缘体、交替设置于主绝缘体内部的a陶瓷管塞和b陶瓷管塞，所述主绝缘体上下端分别设置有紧压a陶瓷管塞和b陶瓷管塞在主绝缘体内的上、下端盖。
5.作为上述技术方案的进一步描述：
6.所述上端盖和下端盖分别与主绝缘体采用陶瓷
‑
金属封接技术，以实现气密连接，并将a陶瓷管塞和b陶瓷管塞叠层紧压在主绝缘体内。
7.作为上述技术方案的进一步描述：
8.所述上端盖和下端盖另一端根据使用需要设有适当的管道接头，以用于与气路的管道连接。
9.作为上述技术方案的进一步描述：
10.所述上端盖和下端盖均为金属材料。
11.作为上述技术方案的进一步描述：
12.所述a陶瓷管塞和b陶瓷管塞均为陶瓷材料。
13.作为上述技术方案的进一步描述：
14.所述a陶瓷管塞和b陶瓷管塞的一面雕刻有沟道，其另一面为平面。
15.作为上述技术方案的进一步描述：
16.所述a陶瓷管塞的沟道面与b陶瓷管塞的平面接触，以及所述b陶瓷管塞的沟道面与a陶瓷管塞的平面接触。
17.作为上述技术方案的进一步描述：
18.所述a陶瓷管塞的中心设有第一通气孔。
19.作为上述技术方案的进一步描述：
20.所述b陶瓷管塞的边缘设有第二通气孔。
21.作为上述技术方案的进一步描述：
22.所述a陶瓷管塞和b陶瓷管塞按照
…
ababa
…
的顺序交替叠合，叠合后，其中任一个陶瓷管塞的沟道面与另一个陶瓷管塞的平面贴合，形成气体通道。叠合层数视工作电压确定。当所述a陶瓷管塞和b陶瓷管塞交替叠合后，第一通气孔、第二通气孔和沟道以及主绝缘体内壁共同构成细长曲折气体通道。
23.一种上述所述的气路绝缘器的制造方法，包括如下步骤：
24.(1)将主绝缘陶瓷管1经研磨加工成所需要的尺寸后进行陶瓷金属化处理；
25.(2)将a陶瓷管塞和b陶瓷管塞上下两面和侧面研磨抛光后，并分别在中心和边缘打第一通气孔和第二通气孔，然后将a陶瓷管塞和b陶瓷管塞的沟道在陶瓷毛坯压制时由模具压制成型；
26.(3)将上下端盖、主绝缘体和管塞组合到一起，并在封接部位放置焊料后固定到钎焊工装夹具中，按照钎焊工艺完成钎焊。
27.本发明具有如下有益效果：
28.当气路绝缘器两端施加给定电压时，曲折的气体通道降低了单位长度上气体上的电压，同时，由于通道细长弯曲，电子运动很短的距离即会与通道壁发生碰撞，不能够获得足够的能量使气体分子电离；以上两个因素的共同作用下，本发明的气路绝缘器既能保证气体的流通，又能发挥电气绝缘的作用。
29.从制造的角度来看，本发明的气路绝缘器可采用成熟的陶瓷材料及陶瓷
‑
金属封接技术，工艺难度低、强度高，能够经受航天器应用所要求的热冲击和力冲击。
附图说明
30.图1为本发明公开的一种气路绝缘器的结构示意图；
31.图2为a陶瓷管塞的结构示意图；
32.图3为b陶瓷管塞的结构示意图；
33.图4为本发明公开的一个实例结构示意图；
34.图5为本发明公开的a陶瓷管塞的一个实例结构示意图；
35.图6为本发明公开的b陶瓷管塞的一个实例结构示意图。
36.附图标记：
[0037]1‑
主绝缘陶瓷管；2
‑
a陶瓷管塞；3
‑
b陶瓷管塞；4
‑
上端盖；5
‑
下端盖；6
‑
沟道；7
‑
第一通气孔；8
‑
第二通气孔。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0040]
参照图1
‑
3，一种气路绝缘器，包括由陶瓷制成的主绝缘体1、交替设置于主绝缘体内部的a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3，所述主绝缘体1上下端分别设置有紧压a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3在主绝缘体1内的上、下端盖；所述上端盖4和下端盖5分别与主绝缘体1采用陶瓷
‑
金属封接技术，以实现气密连接，并将a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3叠层紧压在主绝缘体1内；所述上端盖4和下端盖5另一端根据使用需要设有适当的管道接头，以用于与气路的管道连接；所述上端盖4和下端盖5均为金属材料；所述a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3均为陶瓷材料；所述a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3的一面雕刻有沟道，其另一面为平面；所述a陶瓷管塞2的沟道面与b陶瓷管塞3的平面接触，以及所述b陶瓷管塞3的沟道面与a陶瓷管塞2的平面接触；所述a陶瓷管塞2的中心设有第一通气孔7；所述b陶瓷管塞3的边缘设有第二通气孔8。
[0041]
在本实施例中，a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3按照
…
a2b3a2b3a2
…
的顺序交替叠合，叠合后，其中任一个陶瓷管塞的沟道面与另一个陶瓷管塞的平面贴合，形成气体通道。叠合层数视工作电压确定。当所述a陶瓷管塞2和b陶瓷管3塞交替叠合后，第一通气孔7、第二通气孔8和沟道6以及主绝缘体1内壁共同构成细长曲折气体通道。
[0042]
一种上述所述的气路绝缘器的制造方法，包括如下步骤：
[0043]
(1)将主绝缘陶瓷管1经研磨加工成所需要的尺寸后进行陶瓷金属化处理；
[0044]
(2)将a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3上下两面和侧面研磨抛光后，并分别在中心和边缘打第一通气孔7和第二通气孔8，然后将a陶瓷管塞2和b陶瓷管塞3的沟道在陶瓷毛坯压制时由模具压制成型；
[0045]
(3)将上下端盖、主绝缘体和管塞组合到一起，并在封接部位放置焊料后固定到钎焊工装夹具中，按照钎焊工艺完成钎焊。
[0046]
实施例
[0047]
如图4
‑
6所示，本实例的气路绝缘器由主绝缘陶瓷管1、2个a陶瓷管塞2、1个b陶瓷管塞3、上端盖4和下端盖5组成。具体结构为：所述的气路绝缘器由陶瓷制成的主绝缘体1和两个金属端盖4、5通过陶瓷
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金属封接技术形成两端留有气路连接接头的真空密封容器，内部2个a陶瓷管塞2和一个b陶瓷管塞3按照a陶瓷管塞
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b陶瓷管塞
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a陶瓷管塞的顺序被端盖压紧在主绝缘体1的内部。a陶瓷管塞2的第一通气孔7、沟道6、b陶瓷管塞3的第二通气孔8、a陶瓷管塞和b陶瓷管塞倒角与主绝缘体1内壁的间隙构成气体流通通道。
[0048]
本实例的制造过程如下：主绝缘陶瓷管1经研磨加工成所需要的尺寸后进行陶瓷金属化处理；a陶瓷管塞和b陶瓷管塞上下两面和侧面研磨抛光后分别在中心和边缘分别打第一通气孔7和第二通气孔8，a、b陶瓷管塞的沟道在陶瓷毛坯压制时由模具压制成型。按照图5所示将端盖、主绝缘体和管塞组合到一起，并在封接部位放置焊料后固定到钎焊工装夹具中，按照钎焊工艺完成钎焊。
[0049]
本实例气路绝缘器制造工艺简单，管塞与主绝缘体瓷管可选择成分和烧结工艺相同的陶瓷材料，具有相同的热膨胀系数，可以保证气路绝缘器良好的耐温度冲击性能。陶瓷
‑
金属封接工艺成熟、封接件机械强度高。因此，本实例的气路绝缘器满足电推力器使用要求。
[0050]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。