[发明专利]一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法

说明书

一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，本发明涉及陶瓷材料抗溅射性能的评价方法。解决现有缺少对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的筛选与评价方法的问题。方法：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，得到试样；二、将试样置于靶台上，设定离子束流与试样法向夹角、离子源与试样的距离及靶台转速；三、抽真空，通入气体工质，调整气体工质；四、启动离子源，依次设定离子能量、阳极电压及加速电压，设定离子束流及电子束流，进行溅射试验，得到溅射后的试样；五、计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌。本发明用于针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料抗溅射性能的评价方法。

背景技术

霍尔电推进器是一类具有广阔应用前景的电推进装置，它利用电能将推进剂电离成等离子体，并在通道内进行放电过程中加速离子产生推力。该推进器已在各类卫星上得到应用，相关的需求也与日俱增。随着飞行器向长寿命及高功率的不断发展，霍尔电推进器的使用寿命有着更高的要求，而限制其服役寿命的最主要因素之一就是离子流对通道材料的溅射侵蚀。由于工作时离子流的发散特性，通道内等离子体会与通道壁面发生碰撞，导致通道材料发生溅射侵蚀。这不仅会造成通道构件的质量损失，甚至可将通道材料完全侵蚀掉，使磁极裸露在等离子体环境下，导致推进器失效。因此，通道材料的溅射侵蚀影响运行稳定性和制约服役寿命。针对霍尔推进器要求的长寿命服役特点，通道材料抗溅射性能的优劣是影响推进器服役寿命重要因素。对通道材料抗溅射性能进行评价，评定通道材料的抗溅射性能强弱，解决通道材料的抗溅射性能的筛选与评价问题。

发明内容

本发明要解决现有缺少对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的筛选与评价方法的问题，而提供一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法。

一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法是按以下步骤进行：

一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，然后抛光、超声清洗、烘干及称重，得到试样；

所述的试样表面粗糙度Ra≤0.5μm；

二、将试样置于靶台上，调整靶台对准离子源，使试样处于离子源工作中心区域，设定离子束流与试样法向夹角为0°～85°，离子源与试样的距离为100mm～500mm，设定靶台转速为0.1r/min～10r/min；

三、设定循环冷却水温度，启动制冷机，锁紧真空罐炉门与炉体，将各个阀门处于关闭状态，抽真空至真空度≤1×10^-3Pa，通入气体工质，气体工质流量为1sccm～20sccm，调整气体工质流量直至流量与真空度稳定；

四、启动离子源，依次设定离子能量为100eV～1700eV、阳极电压为60V～100V及加速电压为200V～400V，设定离子束流为1mA～90mA及电子束流为1.2倍的离子束流，调节阴极电压使离子源持续稳定工作，进行溅射试验，溅射试验结束后，进行超声清洗、烘干及称量，最后放入干燥箱保存，得到溅射后的试样；

五、利用溅射前后试样的质量差，计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌，即完成针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法；

所述的其中v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；m₀为溅射前试样质量，单位为g；m为溅射后的试样质量，单位为g；ρ为试样密度，单位为g/cm³；S为溅射面积，单位为cm²；t为溅射试验时间，单位为h；

所述的其中Y为溅射系数，单位为mm³/C；i为电流密度，单位为mA/mm²，v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；

所述的i＝I/πr²，其中I为离子束流，单位为mA；r为离子束流辐照半径，单位为mm。