CN106050473B - 一种卧式自密封微推进器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卧式自密封微推进器及其制备方法,用于纳、皮卫星的位置保持、姿态控制和轨道调整等,属于微推进技术和微机电系统(MEMS)领域。该推进器的燃烧室密封在硅基上燃烧室、隔离层和玻璃片之间,燃烧室形状可控,推进剂存储量大,点火器接触面积大,有效的避免了外界环境对于火药的影响,使火药不易受潮、泄露,有效的提高了点火速度和可靠性,提高了出射时的能量密度、出射速度并且能够提高推进方向的精度。本发明提出的制备工艺目前已经很成熟,易于实现批量加工。
Description
技术领域:
本发明涉及了一种卧式自密封微推进器及其制备方法,用于纳、皮卫星的位置保持、姿态控制和轨道调整等,属于微推进技术和微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)领域。
背景技术:
推进器是航天技术中一种重要的致动器,工作时以很高的速度将工作物质(气体或离子)喷出喷管,通过喷射物对推进器及其载体的反冲量提供推进力;除发射用的运载火箭以外,航天器上通常也配有推进器作为位置和姿态控制系统。小型化是目前航天器发展的重要趋势,特别是出现了纳、皮级别的微小卫星,因此迫切需求适合于微型卫星的高可靠性、微推力、低功耗、微冲量的微型推进系统。
基于MEMS技术的微型固体推进器在结构上对传统的推进器进行了改进,在工艺上结合了微细加工技术,具有固体推进剂量大且可控,点火器接触好接触面积大,易实现集成化、小型化、低功耗等优点,因此成为微推进系统的重要研究方向。目前大部分的微推进器均采用阵列式推进器,固体推进剂容量受到硅片高度较小的限制,推力不会很大,推进方向垂直于推进器表面,能量密度较小,导致难以实现非常精确的推进方向控制。
发明内容:
本发明的目的是:提出一种用硅材料形成的卧式自密封微推进器。
如图所示,本发明所采用的技术方案是:卧式自密封微推进器,主要包括位于硅基上的燃烧室部分1、隔离层2、喷嘴部分3和玻璃片5以及玻璃片上的点火器6。
所述燃烧室部分1和喷嘴部分3是由刻蚀硅片形成的图形化凹槽与玻璃片5通过粘接或者键合形成,两者之间通过隔离层2分隔,使得燃烧室部分1形成一密闭空腔,其内填充火药,喷嘴部分3则与外界连通;
所属隔离层2为刻蚀燃烧室部分1与喷嘴部分3时由于图形间隔形成的硅材料结构层;
所述点火器6由焊盘8和点火电阻7组成,所述的点火电阻7由一根或者多根电阻构成,所述的点火电阻7和焊盘8的材料为金属。
进一步的,所述燃烧室部分的深度根据实际推力大小的需要进行调整;
进一步的,所述燃烧室形状可以为圆形、矩形或者需要的任意图形;所述喷嘴部分形状为倒梯形;
工作时,我们通过外部电路利用焊盘8给点火电阻7通电,点火器开始工作,当燃烧室1中的热量聚集达到固体推进剂的点燃温度后,固体推进剂被点燃,燃烧室1 内的气体膨胀,压强增大,达到隔离层2的屈服极限,隔离层破裂,气体通过喷嘴3 喷出,产生冲量,达到推进效果。
该硅基自密封式微推进器的制作流程为:
第一步,图4(a)所示,对硅片进行清洗,去除有机杂质和原生氧化层;
第二步,图4(b)所示,在硅片表面图形化光刻胶,再对硅基底进行刻蚀将设计的图形转移到硅片上,得到需要的燃烧室、喷嘴、隔离层的形状;
第三步,图4(c)所示,待燃烧室1填好推进剂后,将玻璃片通过静电键合、粘接等方式连接到硅基底4的上表面上,点火电阻7位于燃烧室1的顶部,保证玻璃片长度与硅基底相同,宽度大于硅基底,使得两焊盘露在外面。
本发明的有益效果是:将燃烧室1密封在燃烧室1、隔离层2和玻璃片5之间,有效防止其受潮、推进剂脱落或者其他外界影响,提高了点火的成功率。目前较多出现的阵列式推进器燃烧室收到硅片的高度限制,固体推进剂容量不会很大,与其相比之下,本发明在硅片尺寸很大的长度方向上制作燃烧室,提高了其固体推进剂存储量,燃烧室的形状也可以根据需要进行设计。目前大部分阵列式推进器的点火电阻与固体推进剂接触面积很小,而本发明由于燃烧室1和玻璃片5接触面积很大,因此玻璃片上的点火电阻7与燃烧室1中火要接触面积大,提高点火成功率和效率,实现更快更可靠地点火。同时由于隔离层2在点火时的起到的提高极限压力的作用,提高了其出射速度,而与传统微推进器相比又提高了出射的能量密度、实现了较精确的推进方向控制。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明:
图1是本发明中的卧式自密封微推进器硅基底;
图2是本发明中的卧式自密封微推进器玻璃片及其电极;
图3是卧式自密封微推进器工艺透视图;
图4是卧式自密封微推进器制备流程。
图中,1-燃烧室,2-隔离层,3-喷嘴,4-硅基底,5-玻璃片,,6-点火器,7-点火电阻,8-焊盘。
具体实施方式:
参阅图1、图2,本实施例中的卧式自密封微推进器,包括燃烧室1、隔离层2、喷嘴3、硅基底4、玻璃片5、点火器6、点火电阻7、焊盘8、;所属推进器中的燃烧室1、隔离层2和喷嘴3是在硅片上经过干法刻蚀形成的,燃烧室1和喷嘴3的形状和大小是可以改变的,可以根据需要的固体推进剂用量和其他需求对形状和大小进行设计,隔离层的厚度也可以根据推力要求和喷射速度进行计算得到,一般约为5-10 微米;燃烧室1里填充固体推进剂;所属推进器中的玻璃片5的表面溅射有点火电阻 7和焊盘8形成点火器6;点火电阻7由一根蛇形折叠状金薄膜电阻构成,点火电阻7 也可以为了增大接触面积而设计成多跟蛇形折叠状金薄膜电阻,点火器6位于燃烧室 1的顶部,点火电阻7直接与固体推进剂接触,通过焊盘8给点火电阻7供电。
工作时,外部电路通过焊盘8给点火电阻7通电,点火电阻7温度升高,燃烧室 1热量聚集达到固体推进剂的点燃温度,固体推进剂点燃后,燃烧室内的气体膨胀,压强增大,达到隔离层2的屈服极限,隔离层2破裂,气体通过喷嘴3喷出,产生推进效果。
该实施例中硅基自密封式微推进器的制作流程为:
第一步,图4(a)所示,对硅片进行清洗;
第二步,图4(b)所示,在硅片表面图形化光刻胶,再对硅基底进行刻蚀将设计的图形转移到硅片上,得到需要的燃烧室、喷嘴、隔离层的形状;
第三步,图4(c)所示,待燃烧室1填好推进剂后,将玻璃片通过静电键合、粘接等方式连接到硅基底4的上表面上,燃烧室1与点火电阻7的位置相对应。由于玻璃片长度与硅基底相同,宽度大于硅基底,因此可保证两焊盘露在外面。
Claims (1)
1.一种硅基自密封式微推进器的制备方法,所述硅基自密封式微推进器主要包括位于硅基上的燃烧室部分(1)、隔离层(2)、喷嘴部分(3)和玻璃片(5)以及玻璃片上的点火器(6);所述燃烧室部分(1)和喷嘴部分(3)是由刻蚀硅片形成的图形化凹槽与玻璃片(5)通过粘接或者键合形成,两者之间通过隔离层(2)分隔,使得燃烧室部分(1)形成一密闭空腔,其内填充火药,喷嘴部分(3)则与外界连通;所属隔离层(2)为刻蚀燃烧室部分(1)与喷嘴部分(3)时由于图形间隔形成的硅材料结构层;所述点火器(6)由焊盘(8)和点火电阻(7)组成,所述的点火电阻(7)由一根或者多根电阻构成,
其特征在于,包括如下步骤为:
第一步,对硅片进行清洗,去除有机杂质和原生氧化层;
第二步,在硅片表面图形化光刻胶,再对硅基底进行刻蚀将设计的图形转移到硅片上,得到需要的燃烧室、喷嘴、隔离层的形状;
第三步,待燃烧室(1)填好推进剂后,将玻璃片通过静电键合或粘接方式连接到硅基底(4)的上表面上,点火电阻(7)位于燃烧室(1)的顶部,保证玻璃片长度与硅基底相同,宽度大于硅基底,使得两焊盘露在外面。
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