[发明专利]铁电微等离子体推进器

说明书

技术领域

本发明属于微航天应用技术领域，应用于微型化的卫星系统方向，具体涉及一种铁电微等离子体推进器。

背景技术

上世纪末伴随着技术的发展微型化卫星系统被提出。微型化的卫星系统以其体积小、质量轻、成本低、效率高、精度高和研制周期短等特点被广泛提倡应用，甚至与有学者认为这将代表了航天器微型化发的方向是未来的重要发展趋势。微航天器可以单独的或者应用于舰队来完成外太空或地表任务。与大型推进器相比，这种推进器可以实现成本的重大节约并且减少风险。微推进器是微航天器的一项技术。FEPT是其中一种微推进器。

目前，已经有好几种成熟的技术给微航天器提供推力，其中三种是场发射推进器、胶体推进器和脉冲等离子体推进器。场发射推进器具有高比冲和高推力的准确性，但是相对较高的功率和电压是它的潜在劣势。胶体推进器操作功率比较低但需要比较大的功率去调节单元而且实现比较复杂。脉冲等离子体推进器实现简单，有足够小的冲量，但有较高的功率推力比和推进剂引入的污染问题。相对于其他微推进器，FEPT推进器产生等离子体和加速离子采用单电源，这不仅是其他推进器所不具备的优势同时也大大减少了电源加工单位的重量和复杂性。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种铁电微等离子体推进器，通过微喷管键合在铁电体放电器上，微喷管和铁电体放电器中设有微通道，微喷管上设有出气的喷嘴，铁电体放电器内设有铁电阴极放电区，推进剂气体由微通道的进气口进入铁电阴极放电区，经过微喷管的喷嘴喷出。本发明相比于其他推进器，此推进器采用单一电源就可以实现等离子体的产生和加速，结构简单，比较容易实现，有较高的功率推力比的优点。同时，我们加上一个类似拉瓦尔喷管形式的喷嘴，对产生的等离子体和喷出气体有加速作用，从而放大了推力器产生的推力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铁电微等离子体推进器，所述铁电微等离子体推进器包括微喷管和铁电放电器，微喷管键合在铁电放电器上，微喷管和铁电放电器之间的固定剂采用环氧树脂，微喷管和铁电放电器中设有微通道，微喷管上设有出气的喷嘴，铁电放电器内设有铁电阴极放电区，推进剂气体由微通道的进气口进入铁电阴极放电区，经过微喷管的喷嘴喷出，喷嘴上设有内进气口和外出气口，内进气口和外出气口成倒金字塔形状。

上述推进器中，所述微喷管采用硅材料制备，微喷管的外表面设有二氧化硅掩膜，铁电放电器的表面设有电极膜。所述内进气口在微喷管上的接触面大于外出气口在微喷管上的接触面。所述微通道设置在微喷管和铁电放电器之间形成水平进气结构或微通道安装在铁电放电器上形成垂直进气结构。所述水平进气结构中，微喷管和铁电放电器之间设有两个接触端，一个接触端是环氧树脂，另一个接触端是微通道。所述垂直进气结构中，微喷管和铁电放电器之间设有两个接触端，两个接触端都采用环氧树脂固定，铁电放电器上设置通孔为微通道。

一种铁电微等离子体推进器的加工方法，所述加工方法包括：

步骤①.微喷管选用硅片材质，硅片清洗后在1100℃的高温氧化炉内双面氧化；

步骤②.在硅片正面涂覆光刻胶以此为掩膜，利用RIE方法刻蚀SiO₂薄膜使其图形化；

步骤③.在硅片背面涂覆光刻胶为掩膜在RIE中刻蚀SiO₂薄膜使其图形化；

步骤④.以SiO₂为保护掩膜，正反两面同时刻蚀锥形金字塔空腔直至释放出喷管喉颈；

步骤⑤.去除SiO₂掩膜后重新在氧化炉内的双面氧化；

步骤⑥.铁电放电器选用铁电体，利用薄膜沉积工艺在铁电体正面沉积电极膜并光刻后图形化，利用薄膜沉积工艺在铁电体背面沉积电极膜；在微喷管和铁电体上制成微通道；

步骤⑦.使用键合技术把微喷管和铁电阴极放电器键合一起构成具有水平进气结构的微推进器。

所述步骤⑥中的微通道是水平进气结构，水平进气结构的加工方法为：对步骤⑤处理后的微喷管再次以光刻胶为掩膜在释放喷管处刻蚀出水平通气流道，去除SiO₂掩膜后重新在氧化扩散炉内双面氧化。所述步骤⑥中的微通道是垂直进气结构，垂直进气结构的加工方法为：在步骤⑥处理后的铁电体上制作通孔作为微通道。