CN110137056B - 悬浮加热式电子源组件 - Google Patents
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Abstract
悬浮加热式电子源组件，包括阴极管、发射体、热屏顶、热屏筒、多层热屏、热屏支撑、悬浮加热丝、加热丝支撑陶瓷、阴极顶和触持极。阴极管挤压安装在热屏支撑内，发射体位于阴极管和热屏顶之间，热屏顶中心设有圆形孔，多层热屏层叠设置于热屏筒与悬浮加热丝之间，阴极管出气端与发射体连接，加热丝支撑陶瓷挤压安装在阴极管上，悬浮加热丝一端焊接在热屏顶上、另一端顶在加热丝支撑陶瓷上。本发明结构简单，工艺参数控制方便，将悬浮加热丝直接悬浮于发射体外部，产生的热量直接作用于发射体表面，避免在阴极管和焊料上的热量损失，提高了加热效率；使阴极顶不直接接触发射体，降低阴极顶温度，有效延长电子源组件的预期使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及真空电子领域，特别是一种悬浮加热式电子源组件，适用于空间电推力器、离子源和其他气体放电装置的电子源等。
背景技术
电子源组件是行波管和气体放电空心阴极、等离子体放电器件核心组件，其发射电流为几安培到几十安培，具有较宽的工作范围。
现有的空心阴极加热组件的轴向剖面图如图8所示，包括阴极管11、发射体12、绝缘陶瓷骨架13、加热丝14、多层热屏15、阴极顶16和触持极17。发射体12固定安装于阴极管11的内壁上，绝缘陶瓷骨架13固定安装于阴极管11的外壁上，加热丝14缠绕在绝缘陶瓷骨架3的外表面，多层热屏15设置于加热丝14的外周，阴极顶16固定安装在阴极管11的末端，触持极17与阴极顶16相对设置。阴极管11的外壁和绝缘陶瓷骨架13的内壁及阴极管11的内壁和发射体12的外壁之间分别使用高温焊料进行焊接固定。工作过程中，阴极顶16温度与发射体12温度相近，从阴极管11端通入氙气，利用氙离子的轰击维持发射体12的温度，使得发射体12通过阴极顶16上的小孔持续不断的对外发射电子。
然而上述现有的电子源组件加热存在以下缺陷：（1）、加热丝14发出的热量经过绝缘陶瓷骨架13、阴极管11和绝缘陶瓷骨架13之间的焊料、阴极管11、阴极管11和发射体12之间的焊料再传到发射体12，热量经过多层结构的传递损失量大，且阴极管11多为金属材质，导热率高，多层热屏15工作时沿阴极管11方向存在大量热损失，从而电子源组件的加热效率难以提升。（2）、绝缘陶瓷骨架13采用的材质为氧化铍，在制作过程中具有毒性，难以加工。（3）、整体结构为多层，且分别需要进行焊接或绕制，结构工艺相对复杂，需要进行多次烧结，参数需要严格控制，生产效率低下。（4）、阴极管11长期在高温可达1500～1800℃下工作，导致阴极顶16溅射腐蚀速率增加，容易氧化导致失效，从而使得工作寿命缩短。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种悬浮加热式电子源组件，采用悬浮加热丝直接对发射体进行加热，解决了加热效率低，结构复杂，电子源组件使用寿命短的问题。
本发明的技术方案是：悬浮加热式电子源组件，包括阴极管、发射体、热屏顶、热屏筒、多层热屏、热屏支撑、悬浮加热丝、加热丝支撑陶瓷、阴极顶和触持极。
所述的阴极管的中心设有氙气通孔，其出气端设有发射体定位安装孔。
所述的热屏顶的中心设有圆形孔，其端面设有悬浮加热丝定位安装孔及发射体定位安装孔，在发射体定位安装孔的底部端面上设有环形凸台。
所述的热屏支撑的中心设有阴极管定位安装孔，其一端的端面上设有发射体定位安装孔，发射体瓷定位安装孔底部端面上设有与阴极管出气端相配合的环形台阶孔。
阴极管通过挤压安装在热屏支撑的阴极管定位安装孔内，加热丝支撑陶瓷通过挤压安装在阴极管出气端发射体定位安装孔的外壁上。
热屏顶及热屏支撑分别固定安装在热屏筒的两端，发射体安装在热屏筒内，发射体的一端顶在热屏顶上的发射体定位安装孔内的底部端面上，发射体定位安装孔底部端面上的环形凸台嵌入到发射体端面的环形槽内，发射体的另一端顶在阴极管中发射体定位安装孔内的底部端面上。
悬浮加热丝套装在发射体外圆柱面上，其一端顶在热屏顶上的悬浮加热丝定位安装孔的底部端面上，并通过焊接与悬浮加热丝定位安装孔的底部端面连接，其另一端顶在加热丝支撑陶瓷上的环形槽底部端面上。
多层热屏层叠设置于热屏筒的内壁与悬浮加热丝之间，并通过悬浮加热丝定位安装孔的外壁及发射体定位安装孔的外壁支撑定位。
所述的阴极顶相对热屏顶设置，其上设有喇叭状小孔。
所述的触持极相对阴极顶设置，其上设有圆孔。
本发明进一步的技术方案是：所述的加热丝支撑陶瓷采用三氧化二铝陶瓷。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1）、本发明通过将悬浮加热丝直接悬浮于发射体外部，去除现有结构中与加热丝相对的阴极管结构、阴极管和绝缘陶瓷骨架之间的焊料以及阴极管和发射体之间的焊料，在悬浮加热丝外部多层热屏的隔热作用下，将悬浮加热丝产生的热量直接作用于发射体表面，避免在阴极管和焊料上的热量损失，提高了加热效率。
2）、本发明通过去除现有结构中与悬浮加热丝相对的阴极管结构、阴极管和绝缘陶瓷骨架之间的焊料以及阴极管和发射体之间的焊料三层结构，结构相对简单，避免使用多次烧结工艺，提高了生产加工效率。
3）、本发明通过在现有结构的触持极和多层热屏之间设置阴极顶替代阴极顶小孔，将阴极顶结构集成在阴极顶中心，从而阴极顶不直接接触发射体，使得阴极顶的温度降低约300~400℃，降低了材料溅射腐蚀速率，延长了电子源组件的使用寿命。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
图1为本发明悬浮加热式电子源组件的轴向剖面结构示意图；
图2为阴极管的结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为热屏顶的结构示意图；
图5为图4的B-B剖视图；
图6为热屏支撑的结构示意图；
图7为图6的C-C剖视图；
图8为现有空心阴极加热组件的轴向剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例，如图1-7所示，悬浮加热式电子源组件，包括阴极管1、发射体2、热屏顶3、热屏筒4、多层热屏5、热屏支撑6、悬浮加热丝7、加热丝支撑陶瓷8、阴极顶9和触持极10。
所述的阴极管1的中心设有氙气通孔1-1，其出气端设有发射体定位安装孔1-2。
所述的热屏顶3的中心设有圆形孔3-1，其端面设有悬浮加热丝定位安装孔3-2及发射体定位安装孔3-3，在发射体定位安装孔3-3的底部端面上设有环形凸台3-4。
所述的热屏支撑6的中心设有阴极管定位安装孔6-1，其一端的端面上设有发射体定位安装孔6-2，发射体瓷定位安装孔6-2底部端面上设有与阴极管1出气端相配合的环形台阶孔6-3。
阴极管1通过挤压安装在热屏支撑6的阴极管定位安装孔6-1内，加热丝支撑陶瓷8通过挤压安装在阴极管1出气端发射体定位安装孔1-2的外壁上。
热屏顶3及热屏支撑6分别固定安装在热屏筒4的两端，发射体2安装在热屏筒4内，发射体2的一端顶在热屏顶3上的发射体定位安装孔3-3内的底部端面上，发射体定位安装孔3-3底部端面上的环形凸台3-4嵌入到发射体2端面的环形槽内，发射体2的另一端顶在阴极管1发射体定位安装孔1-2内的底部端面上。
悬浮加热丝7套装在发射体2外圆柱面上，其一端顶在热屏顶3上的悬浮加热丝定位安装孔3-2的底部端面上，并通过焊接与悬浮加热丝定位安装孔3-2的底部端面连接，其另一端顶在加热丝支撑陶瓷8上的环形槽底部端面上。
多层热屏5层叠设置于热屏筒4的内壁与悬浮加热丝7之间，并通过悬浮加热丝定位安装孔3-2的外壁及发射体定位安装孔6-2的外壁支撑定位。
所述的阴极顶9相对热屏顶3设置，其上设有喇叭状小孔9-1，即阴极顶9与发射体2分离在不同的空间，能够使得阴极顶9的温度降低约300～400℃，因此降低了阴极顶9材料的溅射腐蚀速率，有效提高电子源组件的使用寿命。另外，发射体2发出的电子通过阴极顶9上的喇叭状小孔9-1射出，该喇叭状小孔9-1具有限流和引出电子的作用。
所述的触持极10相对阴极顶9设置，其上设有圆孔10-1。
点火初期，在阴极顶9与发射体2之间施加高压脉冲，为电子源组件点火提供初始能量；工作过程中，氙（Xe）气通过阴极管1的进气端，从出气端进入到发射体2的空腔内，悬浮加热丝7辐射发热直接作用于发射体2上，发射体2发出的电子通过热屏顶3上的圆形孔3-1、阴极顶9上的喇叭状小孔9-1和触持极10上的圆孔10-1进行出射。
由于悬浮加热丝7与发射体2直接相对，中间没有其他介质，因而热量可直接作用于发射体2，加热效率高；另外，多层热屏将悬浮加热丝7发出的热量集中在热屏顶3、热屏筒4、热屏支撑6与反射体2形成的区域内，减少了热量的散发，进一步提高了加热效率。
Claims (2)
1.悬浮加热式电子源组件的使用方法，其特征是：包括阴极管、发射体、热屏顶、热屏筒、多层热屏、热屏支撑、悬浮加热丝、加热丝支撑陶瓷、阴极顶和触持极；
所述的阴极管的中心设有氙气通孔，其出气端设有发射体定位安装孔；
所述的热屏顶的中心设有圆形孔，其端面设有悬浮加热丝定位安装孔及发射体定位安装孔，在发射体定位安装孔的底部端面上设有环形凸台；
所述的热屏支撑的中心设有阴极管定位安装孔，其一端的端面上设有发射体定位安装孔，发射体瓷定位安装孔底部端面上设有与阴极管出气端相配合的环形台阶孔；
阴极管通过挤压安装在热屏支撑的阴极管定位安装孔内，加热丝支撑陶瓷通过挤压安装在阴极管出气端发射体定位安装孔的外壁上；
热屏顶及热屏支撑分别固定安装在热屏筒的两端，发射体安装在热屏筒内，发射体的一端顶在热屏顶上的发射体定位安装孔内的底部端面上，发射体定位安装孔底部端面上的环形凸台嵌入到发射体端面的环形槽内，发射体的另一端顶在阴极管中发射体定位安装孔内的底部端面上；
悬浮加热丝套装在发射体外圆柱面上，其一端顶在热屏顶上的悬浮加热丝定位安装孔的底部端面上，并通过焊接与悬浮加热丝定位安装孔的底部端面连接，其另一端顶在加热丝支撑陶瓷上的环形槽底部端面上；
多层热屏层叠设置于热屏筒的内壁与悬浮加热丝之间，并通过悬浮加热丝定位安装孔的外壁及发射体定位安装孔的外壁支撑定位；
所述的阴极顶相对热屏顶设置，其上设有喇叭状小孔；
所述的触持极相对阴极顶设置，其上设有圆孔；
点火初期，在阴极顶与发射体之间施加高压脉冲；工作过程中，氙气通过阴极管的进气端，从出气端进入到发射体的空腔内，悬浮加热丝辐射发热直接作用于发射体上，发射体发出的电子通过热屏顶上的圆形孔、阴极顶上的喇叭状小孔和触持极上的圆孔进行出射。
2.如权利要求1所述的悬浮加热式电子源组件的使用方法，其特征是：所述的加热丝支撑陶瓷采用三氧化二铝陶瓷。
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