[发明专利]一种MEMS电喷雾推力器阵列结构及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于电喷雾推力器制备领域，涉及一种MEMS电喷雾推力器阵列结构及实现方法。

背景技术

微纳卫星是未来卫星发展的一个重要方向，微纳卫星具有成本低、研制周期短、扩展能力强、发射方式灵活等优点，并且体积小，行动灵活；微纳卫星还能以多星组网或编队方式飞行，执行更加复杂的空间任务。今年来受到各航天大国的关注，发射数量逐年增多。但是随着微纳卫星执行任务复杂度提高及在轨设计寿命增长，必将需要相应的推进模块完成其姿态控制及轨道保持任务；另一方面，随着微纳卫星发射数量增多，相应的轨道空间资源必将变得紧张，微纳卫星完成任务后的主动离轨也将提上日程，采用推进模块主动降轨进入大气层将是最好的选择之一。

目前，现有电喷雾推进器通常采用常规的机械手段进行加工制造。然而由于常规的机械手段的操作精度较低，使得制造的设备体积重量较大，不易进行阵列扩展，且集成度较低不易模块化设计，进而导致其不能满足微纳卫星的应用需求。并且传统机械加工方法的加工精度受限，一般仅能达到亚微米量级，这将影响到推力器最终产生的推力精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种MEMS电喷雾推力器阵列结构及实现方法，解决了现有传统电喷雾推进技术体积重量较大、集成度较低且不易阵列扩展，而不能适用于微纳卫星应用的问题。

本发明的技术方案是：本发明提供一种MEMS电喷雾推力器阵列结构，包括：安装基座、发射极、定位及绝缘层、电极安装框架、抽取极、加速极、以及储箱；

所述发射极为由突起作为基本单元构成的阵列结构，所述发射极与所述安装基座键合连接；

所述定位及绝缘层，位于所述安装基座的四个角，与所述安装基座之间键合连接，电气隔离所述发射极与所述抽取极；

所述电极安装框架，与所述定位及绝缘层键合连接；

所述加速极和所述抽取极为由通孔作为基本单元构成的阵列结构，所述发射极阵列结构中的突起与所述加速极和所述抽取极阵列结构中的通孔一一对应，所述加速极和所述抽取极由上至下依次置于所述电极安装框架的固定槽内；

所述储箱，与所述发射极通过所述储箱上的凸台连接，所述储箱内存储推力器需要的推进剂。

进一步地，所述发射极阵列结构上相邻两排的突起错位排列，并且任意两个相邻突起之间的距离相同。

进一步地，所述抽取极和加速极之间的距离为100-300微米。

进一步地，所述发射极和所述储箱的材料为多孔材料，所述抽取极和加速极材料为表面镀金属的硅基材料。

进一步地，本发明提供一种MEMS电喷雾推力器阵列结构的制备方法，包括：

101、对硅片进行深硅刻蚀和湿法腐蚀得到安装基座；

102、对多孔材料采用电化学腐蚀得到发射极，所述发射极为由突起作为基本单元构成的阵列结构；

103、通过环氧树脂将所述发射极键合在所述安装基座上；

104、通过硅-玻璃-硅阳极键合及玻璃腐蚀、深硅刻蚀得到定位及绝缘层(3)；

105、通过环氧树脂将所述定位及绝缘层键合连接在所述安装基座的四个角；

106、对硅片进行深硅刻蚀和湿法腐蚀得到电极安装框架，并通过环氧树脂将所述电极安装框架与所述定位及绝缘层键合；

107、利用金属溅射及电镀在硅基材料表面淀积金属薄膜得到抽取极和加速极，并将所述加速极和所述抽取极由上至下依次置于所述电极安装框架的固定槽内，所述加速极和所述抽取极为由通孔作为基本单元构成的阵列结构，所述发射极阵列结构中的每一个突起与所述加速极和所述抽取极阵列结构中的每一个通孔相互对应；

108、通过储箱上的凸台，将存储推进剂的储箱与所述发射极连接。

进一步地，对多孔材料采用电化学腐蚀得到发射极的方法为：

通过有机无机溶剂对用于制备发射极的多孔材料进行清洗；

通过干膜光刻胶对清洗后的多孔材料进行光刻；

通过氯化氢溶液在腐蚀掩蔽的保护条件下按照光刻标记对多孔材料整片向下刻蚀，同时向刻蚀掩蔽的侧向刻蚀，形成突起；

去除腐蚀掩蔽，通过氯化氢溶液、氯化镍溶液对突起进行电化学腐蚀，在突起顶端获得喷嘴顶部圆角。

进一步地，通过硅-玻璃-硅阳极键合及玻璃腐蚀、深硅刻蚀得到定位及绝缘层的方法为：

对硅片进行深硅刻蚀，所述硅片的厚度为1-1.2mm；

将深硅刻蚀后的硅片与0.5mm厚的玻璃进行阳极键合后，刻蚀玻璃；

在刻蚀后的玻璃上采用阳极键合的方法键合0.5mm厚的硅片；