CN102431660A - 一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，属于真空技术应用领域。所述装置包括加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头、真空法兰、放电极夹具、钨丝、加速极连接杆、抽真空系统、出气盖、加热台、固定架、真空室、加速极支撑台；加速极；紧固螺钉；陶瓷件；加速极栅网；电缆紧固螺钉，以及外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源。所述方法如下：将样品装入样品容器固定后，对真空室抽真空，通过钨丝发射电子使电子与样品的出气气体产物相互作用，形成带电污染物。利用本方法可得到真空条件下，不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物。

Description

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，属于真空技术应用领域。

背景技术

在中高轨道，等离子体非常稀薄，航天器表面电场的作用距离从数米延伸至数百米。这会改变航天器周围带电污染物的传输路径，使污染物在航天器表面再分布并沉积在航天器上的任何位置。污染物的重新分布使航天器整体污染程度加重，并对位于低污染区的敏感系统造成更加严重的危害。航天器表面带电形成的电场能够吸附周围空间原本不会沉积到表面的带电污染物，增大敏感表面污染物的沉积量，在短期内就可能达到污染水平的控制上限，缩短卫星有效载荷的使用寿命。例如卫星大功率射频系统中，污染物从非关键部位转移到关键部位，大大降低系统的放电阀值，使系统更容易产生放电现象而烧毁器件；同时还能导致光学镜片的防尘罩失效，影响光学系统的成像质量。

据报道，国外地球同步轨道的卫星中有31％的污染沉积效应与带电环境对污染的加速效应有关，且航天器的表面污染程度由于带电效应增强了27％。我国中高轨道卫星处于易发生卫星充放电事件的恶劣环境(电子能量高、通量大)中，卫星表面带电产生的污染增强效应对长寿命卫星高可靠运行带来的危害将变得日益严重，因此需要一种有效的真空中获得带电污染物的装置及方法，得到不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物，对星用材料的性能进行评价。

发明内容

针对现有技术中没有在真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，本发明的目的是提供一种利用场致发射方法在真空下产生电子，并利用加速极将电子加速到一定能量，与材料受热出气产物进行相互作用产生带电污染物的装置和方法。利用本方法可得到真空条件下，不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，所述装置包括加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头、真空法兰、放电极夹具、钨丝、加速极连接杆、抽真空系统、出气盖、加热台、固定架、真空室、加速极支撑台、加速极、陶瓷件、加速极栅网、电缆紧固螺钉，以及外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源；

其中，将真空法兰作为真空室顶部，加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头分别安装于真空法兰上；钨丝底端插入放电极夹具，并将放电极夹具固定到放电极真空过壁上；放电极夹具和钨丝在真空室内部；钨丝顶端为尖端；

在真空室内部设有固定架；

在真空室内部，加速极为中间有凹槽的圆盘形，加速极底部中心开有通孔，通孔上表面固定有加速极栅网；在加速极边缘凸起上部固定有陶瓷件；电缆紧固螺钉位于加速极侧壁；

在真空室内部，加速极安放在加速极支撑台上，加速极支撑台通过加速极连接杆固定在固定架上，在加速极支撑台与加速极栅网正对的位置开有一个通孔，钨丝位于加速极上方，且钨丝的尖端与加速极的通孔正对；

在真空室内部，加热台位于加速极支撑台下方，加热台朝向钨丝的一面安有出气盖，加热台固定在固定架上；

抽真空系统在真空室外通过管道与真空室连接；

外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源均位于真空室外部；温控系统通过导线穿入真空插头与加热台连接；放电极电源通过导线穿入放电极真空过壁与钨丝底端连接；加速极电源通过导线穿入加速极真空过壁与电缆紧固螺钉连接；

其中，所述钨丝的尖端部分直径＜10μm；

其中，优选加热台的出气盖到真空法兰底部的垂直距离≥120mm，出气盖到真空室底部的垂直距离＞200mm；

优选加速极底部到真空法兰底部的垂直距离为50～60mm；加速极底部到出气盖的垂直距离为50mm～150mm；

优选钨丝尖端到出气盖的水平距离为20mm～150mm；

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的方法，采用本发明所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，所述方法具体步骤如下：

步骤一、将样品放入样品容器中，将样品容器装入加热台，盖上出气盖，连接装置；

步骤二、开启抽真空系统对真空室抽真空，至真空室内压强≤7×10^-3Pa；

步骤三、开启温控系统，设定样品加热温度为室温～125℃，形成出气产物；

步骤四、开启放电极电源，设置偏置电压为-3000～12000V，使钨丝发射电子；

步骤五、开启加速极电源，设置加速极偏压为+1000～+60000V，通过加速极栅网定向加速电子，使电子与样品的出气产物相互作用30～60min，形成带电污染物。

然后，依次关闭放电极电源、加速极电源、温控系统后，对加速极真空过壁和放电极真空过壁用接线棒接触，进行放电处理；打开真空室，取出样品，结束试验。

其中，步骤一所述样品为航天器外部用非金属材料；样品容器为金属或玻璃敞口容器。

有益效果：

本发明提供了一种在真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，所述装置结构简单，可对多种航天器外部用非金属材料出气产物进相互作用；利用本方法可得到真空条件下，不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物，以评价不同星用材料的性能。

附图说明

图1为本发明所述真空中采用场致发射制造带电污染物装置的结构示意图；

图2为A的局部放大图；

其中：1-加速极真空过壁；2-放电极真空过壁；3-真空插头；4-真空法兰；5-放电极夹具；6-钨丝；7-加速极连接杆；8-抽真空系统；9-出气盖；10-加热台；11-固定架；12-真空室；13-加速极支撑台；14-加速极；15-紧固螺钉；16-陶瓷件；17-加速极栅网；18-电缆紧固螺钉。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，包括加速极真空过壁1、放电极真空过壁2、真空插头3、真空法兰4、放电极夹具5、钨丝6、加速极连接杆7、抽真空系统8、出气盖9、加热台10、固定架11、真空室12、加速极支撑台13；加速极14；紧固螺钉15；陶瓷件16；加速极栅网17；电缆紧固螺钉18，以及外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源；

其中，将真空法兰4作为真空室顶部，在真空法兰4上开有3个通孔，加速极真空过壁1、放电极真空过壁2、真空插头3分别安装于真空法兰4上的通孔中；钨丝6底端插入放电极夹具5用螺钉固定，并将放电极夹具5插入到放电极真空过壁2上进行固定；放电极夹具5和钨丝6在真空室12内部；钨丝6顶端为尖端；

在真空室12内部设有固定架11；

在真空室12内部，加速极14为中间有凹槽的圆盘形，加速极14凹槽底部中心开有通孔，通孔上表面固定有加速极栅网17；在加速极14边缘凸起上部通过紧固螺钉15固定有陶瓷件16；电缆紧固螺钉18位于加速极14侧壁；

在真空室12内部，加速极14安放在加速极支撑台13上，加速极支撑台13通过加速极连接杆7横向固定在固定架11上，在加速极支撑台13与加速极栅网17正对的位置开有一个通孔，钨丝6位于加速极14上方，且钨丝6的尖端与加速极14的通孔正对；加速极14底部到真空法兰4底部的垂直距离为50～60mm；

在真空室12内部，加热台10位于加速极支撑台13下方，加热台10朝向钨丝6的一面安有出气盖9，加热台10通过螺钉固定在固定架11上；

其中，加热台10的出气盖9到真空法兰4底部的垂直距离≥120mm，出气盖9到真空室12底部的垂直距离＞200mm；加速极14底部到出气盖9的垂直距离为50mm～150mm；

钨丝6尖端到出气盖9的水平距离为20mm～150mm；

抽真空系统8在真空室12外通过管道与真空室12连接；

外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源均位于真空室12外部；温控系统通过导线穿入真空插头3与加热台10连接；放电极电源通过导线穿入放电极真空过壁2与钨丝6底端连接；加速极电源通过导线穿入加速极真空过壁1与电缆紧固螺钉18连接；

其中，所述钨丝6的尖端部分直径＜10μm；

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的方法，采用本发明所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，所述方法具体步骤如下：

步骤一、取RTV胶10克，50℃下固化48小时后，用中性清洗剂和去离子水清洗并干燥后，切成边长为2mm的小块作为样品放入样品容器中，将样品容器装入加热台10，盖上出气盖9，连接装置；

步骤二、开启抽真空系统8对真空室12抽真空，至真空室12内压强为7×10^-3Pa；

步骤三、开启温控系统，控制将样品加热至125℃，形成出气产物；

步骤四、开启放电极电源，设置偏置电压为-7500V，使钨丝6发射电子；

步骤五、开启加速极电源，设置加速极偏压为+4000V，通过加速极栅网17定向加速电子，使电子与样品的出气产物相互作用45min，形成带电污染物。

步骤六、依次关闭放电极电源、加速极电源、温控系统后，对加速极真空过壁1和放电极真空过壁2用接线棒接触，进行放电处理；

步骤七、打开真空室12，取出样品，结束试验。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，其特征在于：所述装置包括加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头(3)、真空法兰(4)、放电极夹具(5)、钨丝(6)、加速极连接杆(7)、抽真空系统(8)、出气盖(9)、加热台(10)、固定架(11)、真空室(12)、加速极支撑台(13)、加速极(14)、陶瓷件(16)、加速极栅网(17)、电缆紧固螺钉(18)，以及外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源；

其中，将真空法兰(4)作为真空室顶部，加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头(3)分别安装于真空法兰(4)上；钨丝(6)底端插入放电极夹具(5)，并将放电极夹具(5)固定到放电极真空过壁上；放电极夹具(5)和钨丝(6)在真空室(12)内部；钨丝(6)顶端为尖端；

在真空室(12)内部设有固定架(11)；

在真空室(12)内部，加速极(14)为中间有凹槽的圆盘形，加速极(14)底部中心开有通孔，通孔上表面固定有加速极栅网(17)；在加速极(14)边缘凸起上部固定有陶瓷件(16)；电缆紧固螺钉(18)位于加速极(14)侧壁；

在真空室(12)内部，加速极(14)安放在加速极支撑台(13)上，加速极支撑台(13)通过加速极连接杆(7)固定在固定架(11)上，在加速极支撑台(13)与加速极栅网(17)正对的位置开有一个通孔，钨丝(6)位于加速极(14)上方，且钨丝(6)的尖端与加速极(14)的通孔正对；

在真空室(12)内部，加热台(10)位于加速极支撑台(13)下方，加热台(10)朝向钨丝(6)的一面安有出气盖(9)，加热台(10)固定在固定架(11)上；

抽真空系统(8)在真空室(12)外通过管道与真空室(12)连接；

外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源均位于真空室(12)外部；温控系统通过导线穿入真空插头(3)与加热台(10)连接；放电极电源通过导线穿入放电极真空过壁与钨丝(6)底端连接；加速极电源通过导线穿入加速极真空过壁与电缆紧固螺钉(18)连接；

其中，所述钨丝(6)的尖端部分直径＜10μm。

2.如权利要求1所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，其特征在于：加热台(10)的出气盖(9)到真空法兰(4)底部的垂直距离≥120mm；出气盖(9)到真空室(12)底部的垂直距离＞200mm。

3.如权利要求1所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，其特征在于：加速极(14)底部到真空法兰(4)底部的垂直距离为50～60mm；加速极(14)底部到出气盖(9)中心线的垂直距离为50mm～150mm。

4.如权利要求1所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，其特征在于：钨丝(6)尖端到出气盖(9)的水平距离为20mm～150mm。

5.一种真空中采用场致发射制造带电污染物的方法，采用如权利要求1所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

步骤一、将样品放入样品容器中，将样品容器装入加热台(10)，盖上出气盖(9)，连接装置；

步骤二、开启抽真空系统(8)对真空室(12)抽真空，至真空室(12)内压强≤7×10^-3Pa；

步骤三、开启温控系统，设定样品加热温度为室温～125℃；

步骤四、开启放电极电源，设置偏置电压为-3000～12000V；

步骤五、开启加速极电源，设置加速极偏压为+1000～+60000V，通过加速极栅网(17)定向加速电子，使电子与样品的出气产物相互作用30～60min，形成带电污染物；

其中，步骤一所述样品为航天器外部用非金属材料；样品容器为金属或玻璃敞口容器。

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