[发明专利]一种空心阴极用防金属蒸汽沉积结构

说明书

本发明一种空心阴极用防金属蒸汽沉积结构，包括触持极壳筒、第一半圆筒、第二半圆筒、第一金属条、第二金属条、安装法兰、陶瓷环；所述触持极壳筒与所述陶瓷环同轴设置，通过端面固定；陶瓷环与所述安装法兰同轴设置，通过端面固定；第一半圆筒与所述触持极壳筒同轴设置，通过端面连接；第二半圆筒与所述触持极壳筒同轴设置，通过端面固定；第一半圆筒与所述第二半圆筒相对于所述触持极壳筒，位于同一轴向位置；所述第一金属条与所述第一半圆筒同轴设置，通过端面固定；所述第二金属条与所述第一半圆筒同轴设置，通过端面固定；所述第一金属条和第二金属条相对于所述触持极壳筒，位于同一轴向位置；所述第一金属条和所述第二金属条在周向上均匀分布。

技术领域

本发明涉及一种空心阴极用防金属蒸汽沉积结构，适用于空心阴极，属于电推力器空心阴极绝缘控制措施技术领域。

背景技术

目前航天器用电推力器的两大主流技术方向为霍尔推进和离子推进。无论是霍尔推力器还是离子推力器均需要空心阴极实现离子的电离和羽流中和。

空心阴极主要由阴极管、顶板、发射体、加热器和触持极等组成，为一种回旋式结构。空心阴极工作时，首先将加热器通入加热电流，直至把发射体加热到一定的发射温度；之后工质流入空心阴极管内，在空心阴极顶限流小孔的作用下，空心阴极管内的压力通常要比小孔外的压力高几个数量级，当发射体缓慢加热到1500℃左右，在触持极对阴极加大约数百伏点火电压后，在发射体和触持极之间产生气体放电。当气体放电建立起来以后，在空心阴极管内产生高密度的等离子体，等离子体与壁面相互作用，在发射体表面产生等离子体鞘层，发射的初始电子双鞘层电位加速下在空心阴极筒内空间振荡，并与工质原子碰撞，以逐级电离的方式电离工质原子，使阴极筒内的等离子体得以维持；同时，等离子体不断轰击加热发射体，从而维持阴极发射体的温度。此时，关闭加热器电源，空心阴极处于自持放电状态。

根据以上结构和工作原理可以看出，在点火启动和工作的过程中，触持极为带电状态。点火时，触持极上需要施加数百伏的电压；阴极进入稳定工作时，触持极电位约在数十伏。而在实际应用中，安装法兰处不得带电，因此通过外壳组件实现电位的绝缘，外壳组件可由两部分组成，其一为安装法兰，其二为绝缘陶瓷。

在实际的工作过程中，空心阴极前端工作温度较高，接近1000℃，如此高温下空心阴极前部的金属(例如钨)会发生蒸发，产生金属蒸汽。金属蒸汽扩散在空心阴极的低温端(外壳组件陶瓷表面)会产生沉积。当沉积到一定量后，会导致陶瓷的绝缘性能下降，引起空心阴极短路，引起空心阴极寿命失效。

现有技术中，可以通过增加空心阴极的轴向长度，或者增加绝缘陶瓷的面积，来延长金属蒸汽到达绝缘陶瓷的距离，以此来延缓甚至避免金属蒸汽沉积引发的绝缘下降，以满足寿命使用要求；，但是这会造成空心阴极的体积和重量增加。该问题在大功率推力器用空心阴极时显得并不严重，但是在小功率推力器中，要求各个部件的要进行高集成轻量化设计，因此该问题会显得尤为突出。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空心阴极用防金属蒸汽沉积结构，通过增加遮挡结构形成对金属蒸汽沉积路线的阻隔，实现对绝缘陶瓷的保护，克服目前常用的通过增加绝缘陶瓷表面积的方式实现绝缘。

本发明的技术解决方案是：一种空心阴极用防金属蒸汽沉积结构，包括触持极壳筒、第一半圆筒、第二半圆筒、第一金属条、第二金属条、安装法兰、陶瓷环；所述第二半圆筒与第一半圆筒结构完全相同；所述第二金属条与第一金属条，结构完全相同；所述触持极壳筒与所述陶瓷环同轴设置，通过端面固定；所述陶瓷环与所述安装法兰同轴设置，通过端面固定；所述第一半圆筒与所述触持极壳筒同轴设置，通过端面连接；所述第二半圆筒与所述触持极壳筒同轴设置，通过端面固定；所述第一半圆筒与所述第二半圆筒相对于所述触持极壳筒，位于同一轴向位置；所述第一金属条与所述第一半圆筒同轴设置，通过端面固定；所述第二金属条与所述第一半圆筒同轴设置，通过端面固定；所述第一金属条和第二金属条相对于所述触持极壳筒，位于同一轴向位置；所述第一金属条和所述第二金属条在周向上均匀分布。