CN108461366A - 一种一体式空心阴极 - Google Patents

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郭宁
冯杰
张天平
唐福俊
王世伟
刘明正
王尚民
王倩楠
杨威
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/025—Hollow cathodes

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  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种一体式空心阴极，能够克服分离式热屏组件保热效率低的不足，实现高效保热，进而缩短点火时间、提升工作寿命。本发明通过热屏支撑将之前与加热器组件分离的热屏组件与加热器组件连接在一起，并且热屏支撑上设置有加热丝安装孔，加热丝穿过加热丝安装孔与加热器组件保持固定，加热丝与加热丝安装孔之间填充加热丝固定陶瓷，加热丝通过加热丝固定陶瓷与热屏支撑绝缘，得到一体式热屏组件。通过一体式热屏组件削弱空心阴极沿着轴向产生的热量损失，提高对加热组件的保热效率，进而有效提高空心阴极保热、防离子轰击和长寿命绝缘性能，提高了空心阴极工作效率，延长了延长空心阴极产品的预期服役寿命。

Description

一种一体式空心阴极
技术领域
本发明涉及低温真空电子等离子体技术领域，具体涉及一种热屏组件和加热组件一体的一体式空心阴极，用于空间电推进器主阴极及中和器。
背景技术
空心阴极是电推进器的关键组成部分，其特点为能够在额定供气条件下利用氙离子的回轰来维持发射体的温度，使得发射体源源不断的对外发射电子。因此，在空心阴极工作过程中，必须降低其加热器发射体部分的热损耗，使得大部分热量尽可能的维持在加热器头部的狭小空间中，从而降低空心阴极的功率损耗，并延长其工作寿命。
现有空心阴极中，普遍使用分离式热屏组件降低加热器发射体部分的热损耗。但是分离式热屏组件固定在触持极组件上，不能对空心阴极中沿阴极管方向的热损失进行防护，导致现有的分离式热屏组件对空心阴极的保热效率较低，从而使得空心阴极点火时间较长、放电维持电压偏高，触持极消耗功率较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种一体式空心阴极，能够克服分离式热屏组件保热效率低的不足，实现高效保热，进而缩短点火时间、提升工作寿命。
为实现上述目的，本发明的一体式空心阴极，包括热屏组件和加热器组件，其特征在于，所述热屏组件由热屏顶、热屏蔽筒、热屏支撑、热屏内嵌和加热丝固定绝缘体组成；
其中，所述热屏顶位于热屏蔽筒的一端，中心开孔，用以出射加热器组件中发射体发出的电子；所述热屏支撑位于热屏蔽筒的另一端，用于对热屏蔽筒进行支撑，并通过环状凸起将热屏内嵌限位在热屏蔽筒的内表面；
热屏支撑上设有加热组件安装孔和加热丝安装孔，加热器组件穿过加热组件安装孔固定在热屏支撑上，加热器组件中发射体所在端与热屏顶中心孔相对；加热丝的一端穿过加热丝安装孔，固定在热屏支撑上，用于对加热器组件中的发射体提供热源；加热丝固定绝缘体套装在加热丝安装孔中，用于绝缘加热丝与热屏支撑。
其中，所述加热丝安装孔为台阶通孔，以对加热丝固定绝缘体进行轴向限位。
其中，所述热屏组件和加热组件位于外壳内，外壳一端开口，用以出射加热器组件中发射体发出的电子，另一端设有支撑法兰，加热器组件和加热丝末端支撑在支撑法兰上。
其中，加热器组件通过激光焊接与热屏组件连接。
其中，所述加热丝固定绝缘体为陶瓷材料。
其中，热屏顶、热屏蔽筒和热屏支撑的材料为Ta。
有益效果：
本发明通过热屏支撑将之前与加热器组件分离的热屏组件与加热器组件连接在一起，并且热屏支撑上设置有加热丝安装孔，加热丝穿过加热丝安装孔与加热器组件保持固定，加热丝与加热丝安装孔之间填充加热丝固定陶瓷，加热丝通过加热丝固定陶瓷与热屏支撑绝缘，得到一体式热屏组件。通过一体式热屏组件削弱空心阴极沿着轴向产生的热量损失，提高对加热组件的保热效率，进而有效提高空心阴极保热、防离子轰击和长寿命绝缘性能，提高了空心阴极工作效率，延长了延长空心阴极产品的预期服役寿命。
本发明热屏支撑为薄壁件以降低热传导，实现良好的保热。
热屏支撑与加热器组件之间采用激光焊方式相互连接，保证了连接强度。
附图说明
图1为本发明的一种一体式空心阴极示意图；
其中，1-热屏顶，2-热屏蔽筒，3-热屏支撑，4-支撑法兰，5-热屏内嵌，6-加热丝固定陶瓷，7-加热器组件，8-外壳。
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。
如图1所示，本实施例的一体式空心阴极包括热屏顶1、热屏蔽筒2、热屏支撑3、支撑法兰4、热屏内嵌5、加热丝固定陶瓷6、加热器组件7。热屏顶1、热屏蔽筒2、热屏支撑3、热屏内嵌5以及加热丝固定陶瓷6联合组成热屏组件。
其中，热屏蔽筒2的一端设置热屏顶1，另一端设置热屏支撑3。热屏顶1为0.4mm厚的钽皮，中心开7mm的孔，用以出射发射体中的电子。热屏支撑3对热屏蔽筒2进行支撑，直径与热屏蔽筒2的直径相同。热屏支撑3一般采用薄壁件以降低热传导，在低温真空领域一般采用厚度为1.0mm的钽板制作热屏支撑3。热屏支撑3上设有环状凸起将热屏内嵌5限位在热屏蔽筒2的内表面。
加热器组件7穿过加热组件安装孔固定在热屏支撑3上，加热器组件7的轴线与热屏顶1中心孔相对；加热丝的一端穿过加热丝安装孔，固定在热屏支撑3上，用于对加热器组件中的发射体提供热源，加热丝固定绝缘体6套装在加热丝安装孔中，用于绝缘加热丝与热屏支撑3。
如图1所示，热屏支撑3上设有一个中心通孔和一个台阶通孔，其中，中心通孔为加热组件安装孔，与热屏支撑3共心，与加热器组件7共轴并且直径相同。台阶通孔为加热丝安装孔，采用台阶通孔是为了对加热丝固定绝缘体6进行轴向限位，台阶通孔直径较大的部分套装加热丝固定陶瓷6，加热丝通过加热丝固定陶瓷6与热屏支撑3绝缘。加热丝固定陶瓷6为陶瓷圆筒，外半径与台阶通孔大半径相同，内半径与加热丝半径相等；台阶通孔直径较小的部分的厚度不大于热屏支撑3厚度的1/4，半径大于2倍的加热丝半径，台阶通孔表面到圆片外表面的最短距离等于热屏内嵌5的厚度与热屏蔽筒2壁厚之和。
可以使用Ta金属管制作热屏蔽筒2、Ta金属箔制作热屏顶1和热屏支撑3、陶瓷材料制作加热丝固定陶瓷6，得到热屏组件。热屏组件与空心阴极加热器组件7通过焊接成为整体，利用一体式结构可以降低空心阴极热量沿着阴极管方向的损失，热屏组件挡住了沿着阴极管传播的热量，使其集中在热屏组件内部构成的狭小区域内，提高了保热效率。加热丝固定陶瓷6使加热丝与阴极电地隔离，热屏支撑3与加热器组件7之间采用激光焊接连接，即降低了有效的热传导，又保证了必要的强度。
所述热屏组件和加热组件位于外壳8内，外壳8一端开口，用以出射加热器组件中发射体发出的电子，另一端设有支撑法兰4，加热器组件和加热丝末端支撑在支撑法兰4上。设置外壳和支撑法兰是为了保证结构的整体稳定性。外壳8可以利用不锈钢管来制作。
本发明通过一体式的热屏组件提高空心阴极的保热效率，进而提升空心阴极预期工作寿命，缩短点火时间，提升其抗污染能力。采用本发明基于一体式热屏组件的空心阴极，相对现有的使用分离式热屏组件的空心阴极，试验验证显示点火时间缩短15％，保热效率提升10％。
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 (6)

1.一种一体式空心阴极，包括热屏组件和加热器组件，其特征在于，所述热屏组件由热屏顶(1)、热屏蔽筒(2)、热屏支撑(3)、热屏内嵌(5)和加热丝固定绝缘体(6)组成；
其中，所述热屏顶(1)位于热屏蔽筒(2)的一端，中心开孔，用以出射加热器组件中发射体发出的电子；所述热屏支撑(3)位于热屏蔽筒(2)的另一端，用于对热屏蔽筒(2)进行支撑，并通过环状凸起将热屏内嵌(5)限位在热屏蔽筒(2)的内表面；
热屏支撑(3)上设有加热组件安装孔和加热丝安装孔，加热器组件(7)穿过加热组件安装孔固定在热屏支撑(3)上，加热器组件(7)中发射体所在端与热屏顶(1)中心孔相对；加热丝的一端穿过加热丝安装孔，固定在热屏支撑(3)上，用于对加热器组件中的发射体提供热源；加热丝固定绝缘体(6)套装在加热丝安装孔中，用于绝缘加热丝与热屏支撑(3)。
2.如权利要求1所述的一种一体式空心阴极，其特征在于，所述加热丝安装孔为台阶通孔，以对加热丝固定绝缘体(6)进行轴向限位。
3.如权利要求1或2所述的一种一体式空心阴极，其特征在于，所述热屏组件和加热组件位于外壳(8)内，外壳(8)一端开口，用以出射加热器组件中发射体发出的电子，另一端设有支撑法兰(4)，加热器组件和加热丝末端支撑在支撑法兰(4)上。
4.如权利要求1或2所述的一种一体式空心阴极，其特征在于，加热器组件(7)通过激光焊接与热屏组件连接。
5.如权利要求1或2所述的一种一体式空心阴极，其特征在于，所述加热丝固定绝缘体(6)为陶瓷材料。
6.如权利要求1或2所述的一种一体式空心阴极，其特征在于，热屏顶(1)、热屏蔽筒(2)和热屏支撑(3)的材料为Ta。
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