[发明专利]一种用于空间探测仪器的阴极及其制备方法

说明书

本发明涉及空间探测仪器技术领域，具体地涉及一种用于空间探测仪器的阴极及其制备方法，所述阴极的原材料包括：阴极基金属和氧化物薄膜，其中，氧化物薄膜涂覆在阴极基金属表面，氧化物薄膜的厚度不超过阴极基金属的直径；制备方法，包括以下步骤：1)阴极涂覆；2)阴极加热；3)阴极激活。本发明用于空间探测仪器的的阴极可用于空间电离规、压力计和其它类型的离子源，具有功耗低、可靠性高、体积小、发射能力强等特点。

技术领域

本发明涉及空间探测仪器技术领域，具体地涉及一种用于空间探测仪器的阴极及其制备方法。

背景技术

地球热层大气是空间环境的重要组成部分，受太阳活动、地磁扰动、经度纬度高度等因素影响，热层大气变化十分剧烈，国内外均正在开展相关探测，而电离规、离子源和压力计等是常用的探测仪器。在上述仪器中均用到了阴极，阴极是传感器的部组件，用于发射一定能量的电子，用电子轰击中性气体，使中性气体电离，产生离子和电子，产生的离子与中性气体成正比，从而获得压力数据。因此阴极是该类型仪器的重要部件。

而现有阴极为纯金属阴极，存在如下特点：直径较大，一般都在500um以上，发射同样数量的电子所需要功率较大，高达数十瓦，需要卫星提供较大的功率；结构脆弱，比如螺旋状和“Z”字型，不利于在振动环境下使用，导致过早失效；纯金属逸出功较高，蒸发率大，寿命很短。现有阴极无法适用于星载空间探测仪器，存在功耗大、寿命短以及可靠性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种用于空间探测仪器的阴极及其制备方法。通过阴极材料的选择，以及选用合理阴极制作工艺，使所制作的阴极具有功耗低、可靠性高、体积小、发射能力强等特点，非常适合卫星载荷使用。

为达到上述目的，本发明的阴极是一种热阴极，提供一种用于空间探测仪器的阴极，所述阴极的原材料包括：阴极基金属和氧化物薄膜，其中，氧化物薄膜涂覆在阴极基金属表面，氧化物薄膜的厚度不超过阴极基金属的直径，氧化物薄膜的长度不超过阴极基金属的长度。

作为优选，所述阴极基金属的材料包括钨、铼钨、铱或钡中的一种。

作为优选，所述阴极基金属的直径为Φ20um-300um，阴极基金属的长度为：2-80mm。

作为优选，所述氧化物薄膜包括氧化钍、氧化钇或氧化钡中的一种。

作为优选，所述氧化物薄膜的厚度为2um-50um。

本发明提供一种用于空间探测仪器的阴极的制备方法，包括以下步骤：

1)阴极涂覆：将阴极基金属清洗后，将氧化物薄膜涂覆在阴极基金属表面；

2)阴极加热：将氧化物薄膜涂覆在阴极基金属上后，放入圆形恒温真空加热腔体中进行加热并除气，采用真空恒温法使薄膜四周加热温度偏差控制在1℃之内，使氧化物薄膜受热均匀，牢固地吸附在阴极基金属四周，形成良好的抗振动性能；

3)阴极激活：阴极加热后，将组件放入真空腔体内，在阴极基金属上施加电流进行加热，电流偏差控制在10mA，使氧化物中的金属原子在恒定加热电流控制下，持续不断地析出到表面，形成了表面金属原子层，降低阴极的整体逸出功，使其工作功率降低，蒸发率减小，提高了寿命和可靠性，最终得到用于空间探测仪器的阴极。

作为优选，步骤2)中加热为：在温度为200-400℃，真空度不高于1E-4Pa下加热2-4小时；

步骤2)的加热腔体为本领域公知的烘烤装置的加热腔体。

作为优选，步骤3)中加热为：在温度为900-1300℃，真空度不高于1E-4Pa下加热1-2小时。

作为优选，步骤3)中电流大小为500-600mA。

步骤3)的真空腔体为本领域公知的真空装置的真空腔体。