CN105021405A - 一种离子推力器地面试验用束流靶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子推力器地面试验用束流靶。使用本发明能够有效减小离子推力器地面点火试验时产生的溅射沉积物污染，且该束流靶上的溅射沉积物易清除，使用方便。本发明包括测温元件、高纯石墨靶面、吸热靶体、绝缘支撑柱、反射屏和加热体；其中，吸热靶体内表面为弧形面，高纯石墨靶面由若干块长方形高纯石墨块拼接组成，长方形高纯石墨块平铺在吸热靶体内表面上；吸热靶体为管翅结构，内通导热介质；吸热靶体和反射屏分别安装子绝缘支撑柱的两端；加热体安装在绝缘支撑柱上。本发明能有效减少高能电子溅射产生的溅射物，且靶面的弧面结构使得溅射物沉积在束流靶附近，进而减少返回到离子推力器表面的沉积物，提高离子推力器寿命。

Description

一种离子推力器地面试验用束流靶
技术领域
本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种离子推力器地面试验用束流靶。
背景技术
离子推力器地面寿命试验需在真空舱内进行，离子推力器束流离子的能量较高(keV以上)，这些高能离子碰撞于真空舱壁后产生溅射，即使只有很少量的溅射物运动到推力器附近并沉积于推力器，长时间的积累沉积也会对推力器工作寿命产生不能忽视的影响。离子推力器工作寿命一般要求长达上万小时，在地面验证时，需要解决的技术难题之一是如何有效降低推力器表面的背溅射沉积，降低背溅射沉积影响，同时所采用防溅射材料还要适用于高真空环境。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器地面试验用束流靶，能够有效减小离子推力器地面点火试验时产生的溅射沉积物污染，且该束流靶上的溅射沉积物易清除，使用方便。
本发明的离子推力器地面试验用束流靶，包括测温元件、高纯石墨靶面、吸热靶体、绝缘支撑柱、反射屏和加热体；其中，吸热靶体内表面为弧形面，高纯石墨靶面由若干块长方形高纯石墨块拼接组成，长方形高纯石墨块平铺在吸热靶体内表面上，并通过导热胶粘结在吸热靶体上；测温元件安装在高纯石墨靶面的表面；吸热靶体为管翅结构，内通导热介质；吸热靶体和反射屏分别安装子绝缘支撑柱的两端；加热体安装在绝缘支撑柱上。
进一步地，所述长方形高纯石墨块的四周为楔形。
有益效果：
(1)本发明采用高纯石墨(含碳量＞99.99％)靶面能够有效减少高能电子溅射产生的溅射物，且其弧面结构使得溅射物沉积在束流靶附近，进而减少返回到离子推力器表面的沉积物，提高离子推力器寿命。若干块长方形高纯石墨块拼接成球面的方式能够解决大面积薄壁高纯石墨球面加工的困难，且方形高纯石墨块四周加成成楔形能够消除各块之间的安装缝隙，且便于某一块长方形高纯石墨块的损坏更换，能够有效降低加工难度及试验成本。
(2)本发明采用吸热靶体将高纯石墨靶面2因高能离子碰撞所产生的热量吸收并带走，从而可有效降低高纯石墨靶面2的温度，能够用于大功率离子推力器地面点火试验。
(3)本发明采用加热体对高纯石墨靶面进行加热，加速高纯石墨靶面的出气，降低试验过程中因石墨出气对真空度带来的影响。
附图说明
图1为本发明离子推力器地面试验束流靶的结构侧视图。
图2为本发明高纯石墨靶面结构正视图。
图3为本发明束流靶截面结构局部放大图。
图4为长方形高纯石墨块拼接方式示意图。
其中，1-测温元件，2-高纯石墨靶面，3-吸热靶体，4-绝缘支撑柱，5-反射屏，6-加热体。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种离子推力器地面试验用束流靶，包括测温元件1、高纯石墨靶面2、吸热靶体3、绝缘支撑柱4、反射屏5和加热体6，其中，所述吸热靶体3是离子推力器地面试验用束流靶的主体骨架，放置在地面试验舱中离子推力器的对端；吸热靶体3内表面为一弧形面；高纯石墨靶面2由若干块长方形高纯石墨块拼接而成，长方形高纯石墨块厚度选用3～5mm，且长方形高纯石墨块的四周加工成楔形，将长方形高纯石墨块铺满吸热靶体3内表面，并通过导热胶粘结在吸热靶体3的内表面上，用于吸收离子推力器产生的高能离子。采用的高纯石墨靶面溅射率相对较低，能够有效减少高能电子溅射产生的溅射物，且高纯石墨靶面的被拼接成弧形面后，能够使溅射物沉积在束流靶附近，进而使得返回到离子推力器表面的沉积物减少，提高离子推力器寿命；同时，采用若干个长方形高纯石墨块进行拼接的方式能够解决大面积薄壁高纯石墨球面加工的困难，且每块长四周为楔形的方形高纯石墨块在安装时能够消除块与块之间的安装缝隙，并便于更换。
测温元件1安装在高纯石墨靶面2的表面，用来测量高纯石墨靶面的温度；吸热靶体3为管翅结构，吸热靶体3的管内通导热介质，高纯石墨靶面2因高能离子碰撞所产生的热量经吸热靶体内的导热介质吸收并带走，降低高纯石墨靶面2的温度，因此能够支持大功率离子推力器地面点火试验。
考虑到高纯石墨在高真空环境中出气量过大，给试验的真空实现带来麻烦，采用加热体6用来加热高纯石墨靶面，加速高纯石墨靶面的出气。本发明在吸热靶体3上均布设有若干个绝缘支撑柱4，将加热体6分别安装在绝缘支撑柱4，反射屏5安装在绝缘支撑柱4上，且加热体位于高纯石墨靶面与反射屏之间，反射屏5将加热体6的热辐射反射至高纯石墨靶面上。
上述方案的原理是：离子推力器试验所产生的束流高速向离子束流靶喷射，离子束流靶表面，当碰到球面束流靶后，背溅射沉积物返回符合余弦定理，且被聚焦，本发明所采用高纯石墨靶面溅射率相对较低。石墨靶面所产生的热量由吸热靶体通过导热介质带走。但高纯石墨在高真空环境中，出气量过大，给试验的真空实现带来麻烦，本发明采用加热体用来加热高纯石墨靶面，起到出气作用，测温传感器用来测量靶面的温度。
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 (2)

1.一种离子推力器地面试验用束流靶，其特征在于，包括：测温元件(1)、高纯石墨靶面(2)、吸热靶体(3)、绝缘支撑柱(4)、反射屏(5)和加热体(6)；其中，吸热靶体(3)内表面为弧形面，高纯石墨靶面(2)由若干块长方形高纯石墨块拼接组成，长方形高纯石墨块平铺在吸热靶体(3)内表面上，并通过导热胶粘结在吸热靶体(3)上；测温元件(1)安装在高纯石墨靶面(2)的表面；吸热靶体(3)为管翅结构，内通导热介质；吸热靶体(3)和反射屏(5)分别安装子绝缘支撑柱(4)的两端；加热体(6)安装在绝缘支撑柱(4)上。
2.如权利要求1所述的离子推力器地面试验用束流靶，其特征在于，所述长方形高纯石墨块的四周为楔形。
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