CN106442697A - 一种测量空心阴极腐蚀产物的方法 - Google Patents

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宁中喜
张海广
于达仁
王亚楠
韩星
刘晨光
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Abstract

一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，涉及空心阴极腐蚀产物的测量技术，为了解决现有测量空心阴极腐蚀产物的方法破坏性强，且不能实时检测空心阴极腐蚀产物的问题。空心阴极工作在所需研究的工况下；质谱仪收集空心阴极出射的物质，根据质谱仪得到的质谱图确定腐蚀产物的种类及腐蚀产物的物质的量。本发明适用于测量空心阴极腐蚀产物。

Description

一种测量空心阴极腐蚀产物的方法
技术领域
本发明涉及空心阴极腐蚀产物的测量技术。
背景技术
空心阴极是一种电子源，广泛应用于空间电推进技术、等离子体加工技术等领域。空心阴极一般使用惰性气体作为工质，通过电离工质气体在空心阴极内腔形成等离子体环境。当外界电势较高时，就可从空心阴极内部拉出电子。空心阴极在电推进系统中，提供电子进行工质电离和中和发动机喷出的羽流。由于采用的电子发射材料逸出功大，空心阴极工作温度在一千摄氏度以上。其关键部位如：发射体、节流孔和触持极等材料会在高温下蒸发损耗。而等离子体放电时产生的离子会轰击在材料表面，造成腐蚀。可以说，材料腐蚀是空心阴极寿命的重要因素。研究空心阴极的腐蚀规律意义重大。因此检测空心阴极腐蚀产物的方法是研究空心阴极的关键技术之一。
由于空心阴极尺寸小，关键部位只有毫米量级，而且还有气密性的要求。无法直接观测空心阴极内部形貌。空心阴极的腐蚀产物产量太小，常规的称重测量腐蚀方法不适用于空心阴极。现在的做法是在空心阴极累积工作数千小时后，把空心阴极拆开剖解，进行破坏性检测。分析结束后，空心阴极已无法继续试验。现有技术不能非接触式、实时检测空心阴极腐蚀产物，时间成本和经济成本太大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有测量空心阴极腐蚀产物的方法破坏性强，且不能实时检测空心阴极腐蚀产物的问题，从而提供一种测量空心阴极腐蚀产物的方法。
本发明所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，该方法包括以下步骤：
空心阴极工作在所需研究的工况下；
质谱仪收集空心阴极出射的物质，根据质谱仪得到的质谱图确定腐蚀产物的种类及腐蚀产物的物质的量。
优选的是，质谱仪的取样口位于空心阴极外部的羽流区。
优选的是，质谱仪为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子肼质谱仪或磁质谱仪。
优选的是，质谱仪的取样口与空心阴极的出口同轴，质谱仪的取样口与空心阴极的出口的距离为2mm。
优选的是，由质谱图的离子荷质比确定腐蚀产物的种类，根据标定元素的物质的量、及标定元素在质谱图的离子流强度和腐蚀产物的离子流强度，确定腐蚀产物的物质的量。
本发明把质谱技术引入到了空心阴极腐蚀产物的测量中。质谱检测一种非接触式、实时测量空心阴极腐蚀产物的技术。它利用相同加速电压下，不同荷质比的离子在质谱中飞行时间或距离的不同，来辨认不同的离子。利用收集到的离子流强度来获得各离子具体的物质的量。由于质谱法精度远高于常规质量称量技术。它可以测到极微量分腐蚀产物。直接把取样口放在阴极出口附近，不需要拆解阴极，就可以获得腐蚀信息。
本发明的有益效果为：本发明引入了一种非接触、实时测量空心阴极腐蚀产物的方法。该方法不需破坏阴极结构，可以迅速检测腐蚀信号。适用于测量空心阴极腐蚀产物。
附图说明
图1是具体实施方式一中的测量空心阴极腐蚀产物的系统的结构示意图；
1为空心阴极，2为质谱仪，3为离子轨迹，4为检测器，5为取样口；
图2是具体实施方式一所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、空心阴极工作在所需研究的工况下；
步骤二、质谱仪收集空心阴极出射的物质，根据质谱仪得到的质谱图确定腐蚀产物的种类及腐蚀产物的物质的量。
空心阴极和质谱仪均置于真空系统中，取样口与空心阴极出口的距离、角度可以按实际需求摆放，为避免工质信号对产物信号的干扰，可以选择适合的工质。阴极的工作状态可以是在一工况下持续工作，也可以是如点火过程这样的瞬态工况。在步骤一中，可以根据实际需求，变化阴极工况，如温度、震荡等。
图1中，检测器和取样口为质谱仪的一部分。空心阴极位于I区，I区气压为10-3Pa，取样口位于II区，II区气压小于10-3Pa且大于10-6Pa，质谱仪真空腔内的压为10-6Pa，即III区气压.。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法作进一步说明，本实施方式中，质谱仪的取样口位于空心阴极外部的羽流区。
在羽流区能够更多的收集空心阴极腐蚀产物，提高测量精度。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法作进一步说明，本实施方式中，质谱仪为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子肼质谱仪或磁质谱仪。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法作进一步说明，本实施方式中，质谱仪的取样口与空心阴极的出口同轴，质谱仪的取样口与空心阴极的出口的距离为2mm。
质谱仪的取样口位于本实施方式的位置，能最大限度的收集空心阴极腐蚀产物，且不影响空心阴极正常工作，提高了测量精度。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法作进一步说明，本实施方式中，由质谱图的离子荷质比确定腐蚀产物的种类，根据标定元素的物质的量、及标定元素在质谱图的离子流强度和腐蚀产物的离子流强度，确定腐蚀产物的物质的量。
通过标定元素确定腐蚀产物的物质的量，该方法简单，避免使用其它的装置针对腐蚀产物的物质的量进行测量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
空心阴极工作在所需研究的工况下；
质谱仪收集空心阴极出射的物质，根据质谱仪得到的质谱图确定腐蚀产物的种类及腐蚀产物的物质的量。
2.根据权利要求1所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，其特征在于，质谱仪的取样口位于空心阴极外部的羽流区。
3.根据权利要求1或2所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，其特征在于，质谱仪为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子肼质谱仪或磁质谱仪。
4.根据权利要求2所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，其特征在于，质谱仪的取样口与空心阴极的出口同轴，质谱仪的取样口与空心阴极的出口的距离为2mm。
5.根据权利要求1所述的一种测量空心阴极腐蚀产物的方法，其特征在于，由质谱图的离子荷质比确定腐蚀产物的种类，根据标定元素的物质的量、及标定元素在质谱图的离子流强度和腐蚀产物的离子流强度，确定腐蚀产物的物质的量。
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