CN110335794B - 一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法：1)在热子加热丝冷端引出段采用多根金属丝与热子加热丝并排紧密排列；2)将并联排列的所有金属丝作为一个整体，在其外表面紧密包裹多层钽箔，并保证钽箔包裹以后的外径均匀，并将多层钽箔相互之间点焊固定。3)在钽箔外面套单根单孔陶瓷管，保证陶瓷管不能自由滑出；4)在陶瓷管外面包裹多层钽箔，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，并将两层钽箔相互之间点焊固定。5)利用长条形钽箔将冷端引出段向阴极管拉紧固定。本发明能够有效降低冷端引出段的功率，降低冷端引出段的温度，防止热量向冷端回浸，并保证冷端的抗力学性能，防止冷端引出线在卫星发射过程中断裂。

Description

一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法

技术领域

本发明涉及一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法。

背景技术

航天电推力器用六硼化镧空心阴极具有电子发射电流密度大，对工作气体纯度要求低的优点。常见的六硼化镧空心阴极的结构见图1所示，主要由阴极管5、六硼化镧发射体4、阴极顶6、热子3、点火极1、隔热层2等零件组成。热子将一根加热丝通过陶瓷封装成空心圆柱形式(见图2)，对外甩出两根引线。热子通过空心圆柱套装在阴极管上，热子引线通过电流产生焦耳热效应，对阴极管内的六硼化镧发射体进行预热，待六硼化镧达到工作温度后，阴极开始工作，热子断电，承受阴极工作产生的热载荷作用。

六硼化镧发射体必须被加热到1650℃左右才能高效地发射电子，热子一般采用难熔金属钨铼加热丝作为热子的发热元件。为了保证钨铼加热丝对发射体进行有效集中的加热，热子加热丝冷端引出线的阻值必须远小于封装在热子内部的钨铼加热丝阻值，一般在5％以内。

目前热子为提高可靠性，使用的是一根完整的等直径的钨铼加热丝，热子体积小，热子内部封装的加热丝长度有限，热子安装位置距离阴极底板较远，热子到阴极底板之间的引出线比较长，这就导致引线电阻占比较大，很大一部分功率耗散在引出线上，不能对发射体进行加热，造成功率浪费，也导致阴极底板温度过高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新的冷端引出方法，能够有效降低冷端引出段的功率，降低冷端引出段的温度，防止热量向冷端回浸，并保证冷端的抗力学性能，防止冷端引出线在卫星发射过程中断裂。

本发明的技术方案是：一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，包括：

1)在热子加热丝冷端引出段采用多根金属丝与热子加热丝并排紧密排列；

2)将步骤1)所述的并联排列的所有金属丝作为一个整体，在其外表面紧密包裹多层钽箔，并保证钽箔包裹以后的外径均匀，并将多层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口、松动。

3)在钽箔外面套单根单孔陶瓷管，保证冷端引出段刚好装进陶瓷管里并且陶瓷管不能自由滑出；陶瓷管内孔与钽箔外径的间隙配合，陶瓷管两端各露出冷端引出段一部分；

4)在陶瓷管外面包裹多层钽箔，包裹钽箔后的直径均匀，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，并将两层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口松动。

5)阴极底板上设置引出孔，阴极管上设置有带半圆形定位凹槽的支撑台，引出孔和支撑台在同一个周向方位上，将步骤4)中的阴极热子冷端引出段从阴极底板上的引出孔中伸出，冷端引出段的根部下表面贴合在支撑台的定位槽里；对于安装在定位槽内的冷端引出段部分，取一段长条形钽箔，用长条形钽箔的中部与冷端引出段上表面的钽箔点焊连接，在长条形钽箔两端用力拉紧将冷端引出段利用钽箔的拉力压紧在定位槽里，再将长条形钽箔的两端分别与定位槽的外侧两边点焊；对于冷端引出段中部，取长条形钽箔，先用长条形钽箔的一端与冷端引出段表面的钽箔点焊，将长条形钽箔的另一端拉紧后与阴极管表面点焊，利用长条形钽箔将冷端引出段向阴极管拉紧固定。

所述金属丝与热子加热丝为同一种材料，一般为钨铼加热丝。

所述所用金属丝直径与热子加热丝直径相同，一般为φ0.3mm～φ0.5mm。

所述金属丝的根数应使冷端引出段的电阻与热子发热段的电阻比值不大于5％，一般选用2根金属丝与热子加热丝并联。

所述每根金属丝的长度等于热子加热丝的冷端引出段的长度。

所选的多根金属丝与热子加热丝并排排列的方式应保证多根金属丝以及热子加热丝之间的接触面积最大，一般用2根金属丝与热子加热丝并排放置时这三根丝的截面圆心连线呈等边三角形。

所述陶瓷管的材质选用95％氧化铝。

所述步骤3)中陶瓷管内孔与钽箔外径的配合间隙为0.02mm～0.05mm，陶瓷管厚度为0.2mm～0.5mm，陶瓷管长度比冷端引出段长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各露出冷端引出段一部分，两端露出的长度为5mm～10mm。

所述步骤4)中包裹钽箔的长度比陶瓷管长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，陶瓷管两端不包裹钽箔的长度为4mm～8mm；钽箔厚度为0.02mm～0.05mm。

所述点焊方法选则储能点焊方法。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明采用多根钨铼丝紧密并排并用钽箔包裹固定的方式，可以有效地增大钨铼丝冷端引出段的等效导电截面，降低冷端引出段的电阻，使冷端引出段的发热功率非常小，加热主要集中在热子封装内部；

2)钨铼加热丝的冷端引出段用难熔金属钽箔进行点焊固定的结构，可以对细长的引出段进行很好的支撑和约束，对引出段进行有效的限位，抗力学性能好，同时支撑点接触热阻大，可以防止加热器热量的损失。

附图说明

图1为六硼化镧空心阴极示意图；

图2为热子示意图；

图3为热子加热丝冷端引出结构示意图；

图4为热子加热丝冷端引出结构在图3中A-A处的剖面示意图；

图5为热子加热丝冷端引出结构在图3中B-B处的剖面图示意；

图6为冷端引出段用两根金属丝与热子加热丝紧密并排的截面示意图；

图7为用多层钽箔将两根金属丝与热子加热丝紧密包裹的截面示意图；

图8为在引出段外面套单孔陶瓷管的截面示意图；

图9为在陶瓷管外面紧密包裹钽箔的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

1)热子加热丝为单根均匀直径的加热丝，热子加热丝冷端引出段采用多根均匀直径的金属丝与热子加热丝并排紧密排列；所用金属丝与热子加热丝为同一种材料，一般为钨铼加热丝；所用金属丝直径与热子加热丝直径相同，一般为φ0.3mm～φ0.5mm；所用金属丝的根数应使冷端引出段的电阻与热子发热段的电阻比值不大于5％，以使加热功率主要产生在热子的发射段，冷端引出段的发射功率最小，一般用2根金属丝与热子加热丝并联；每根金属丝的长度等于热子加热丝的冷端引出段的长度；所用的多根金属丝与热子加热丝并排排列的方式应保证多根金属丝以及热子加热丝之间的接触面积最大，一般用2根金属丝与热子加热丝并排放置时这三根丝的截面圆心连线呈等边三角形，见图6所示。

2)将步骤1)所述的并联排列的所有金属丝作为一个整体，在其外表面紧密包裹多层钽箔8，并保证钽箔包裹以后的外径尽量均匀，见图7所示，一般选3～5层，钽箔厚度为0.02mm～0.05mm，并将多层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口、松动，使所有金属丝与包裹的钽箔成为一个整体，从而增大冷端引出段的等效直径，这一方面可以增强冷端引出段的结构强度，另一方面可以进一步降低冷端引出段的电阻。

3)在钽箔外面套单根单孔陶瓷管9，见图8所示，陶瓷一般选95％氧化铝，陶瓷管内孔与钽箔外径的配合间隙尽量小，保证冷端引出段刚好可以装进陶瓷管里并且陶瓷管不能自由滑出，间隙一般为0.02mm～0.05mm，陶瓷管厚度一般为0.2mm～0.5mm，陶瓷管长度比冷端引出段长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各露出冷端引出段一部分，两端露出的长度为5mm～10mm。套陶瓷管可以保证冷端引出段与其它结构的绝缘，同时可以进一步增强对冷端引出段的保护。

4)在陶瓷管外面紧密包裹多层钽箔10，包裹钽箔后的直径尽量均匀，见图9所示，一般选2层，包裹钽箔的长度比陶瓷管长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，陶瓷管两端不包裹钽箔的长度为4mm～8mm。这样包裹钽箔的目的是确保陶瓷管外面包裹的钽箔与陶瓷管内的钽箔和金属丝之间有足够的绝缘间距，能可靠地绝缘。钽箔厚度为0.02mm～0.05mm，并将两层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口松动。在陶瓷管外面包裹钽箔以后，可以借助额外的钽箔将陶瓷管和阴极管点焊连接，将陶瓷管通过额外钽箔与阴极管等结构之间建立起可靠的支撑和连接，提高冷端引出段的抗力学性能。

5)阴极底板上设置引出孔，阴极管上设置有带半圆形定位凹槽的支撑台11，引出孔和支撑台在同一个周向方位上，将步骤4)中的阴极热子冷端引出段从阴极底板上的引出孔中伸出，冷端引出段的根部下表面贴合在支撑台的定位凹槽里；对于安装在定位凹槽内的冷端引出段部分，取一段长条形钽箔，用长条形钽箔的中部与冷端引出段上表面的钽箔点焊连接，在长条形钽箔两端用力拉紧将冷端引出段利用钽箔的拉力压紧在定位槽里，再将长条形钽箔的两端分别与定位槽的外侧点焊；对于冷端引出段中部，取长条形钽箔，先用长条形钽箔的一端与冷端引出段表面的钽箔点焊，将长条形钽箔的另一端拉紧后与阴极管表面点焊，利用长条形钽箔将冷端引出段向阴极管拉紧固定。长条形钽箔的宽度为4～6mm，厚度为0.05mm。利用阴极管上的定位凹槽、阴极底板引出孔这两处的支撑以及中部钽箔的限位作用提高冷端引出段的抗力学性能。见图3～5所示。

6)上述点焊优选储能点焊方法。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于包括：

1)在热子加热丝冷端引出段采用多根金属丝与热子加热丝并排紧密排列，该并排紧密排列为并联排列；

2)将步骤1)所述的多根金属丝与热子加热丝作为一个整体，在其外表面紧密包裹多层钽箔，保证钽箔包裹以后的外径均匀，并将多层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口、松动；

3)在钽箔外面套单根单孔陶瓷管，保证冷端引出段刚好装进陶瓷管里并且陶瓷管不能自由滑出；陶瓷管内孔与钽箔外径的间隙配合，陶瓷管两端各露出冷端引出段一部分；

4)在陶瓷管外面包裹多层钽箔，包裹钽箔后的直径均匀，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，并将两层钽箔相互之间点焊固定，防止钽箔开口松动；

5)阴极底板上设置引出孔，阴极管上设置有带半圆形定位凹槽的支撑台，引出孔和支撑台在同一个周向方位上，将步骤4)中的阴极热子冷端引出段从阴极底板上的引出孔中伸出，冷端引出段的根部下表面贴合在支撑台的定位凹槽里；对于安装在定位凹槽内的冷端引出段部分，取一段长条形钽箔，用长条形钽箔的中部与冷端引出段上表面的钽箔点焊连接，在长条形钽箔两端用力拉紧将冷端引出段利用钽箔的拉力压紧在定位凹槽里，再将长条形钽箔的两端分别与定位凹槽的外侧两边点焊；对于冷端引出段中部，取长条形钽箔，先用长条形钽箔的一端与冷端引出段表面的钽箔点焊，将长条形钽箔的另一端拉紧后与阴极管表面点焊，利用长条形钽箔将冷端引出段向阴极管拉紧固定。

2.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述金属丝与热子加热丝为同一种材料，具体为钨铼加热丝。

3.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述金属丝直径与热子加热丝直径相同，具体为φ0.3mm～φ0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述金属丝的根数应使冷端引出段的电阻与热子发热段的电阻比值不大于5％，具体选用2根金属丝与热子加热丝并联。

5.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述金属丝的长度等于热子加热丝的冷端引出段的长度。

6.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所选的多根金属丝与热子加热丝并排排列的方式应保证多根金属丝以及热子加热丝之间的接触面积最大，用2根金属丝与热子加热丝并排放置时这三根丝的截面圆心连线呈等边三角形。

7.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述陶瓷管的材质选用95％氧化铝。

8.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述步骤3)中陶瓷管内孔与钽箔外径的配合间隙为0.02mm～0.05mm，陶瓷管厚度为0.2mm～0.5mm，陶瓷管长度比冷端引出段长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各露出冷端引出段一部分，两端露出的长度为5mm～10mm。

9.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述步骤4)中包裹钽箔的长度比陶瓷管长度短10mm～20mm，陶瓷管两端各留出一部分不包裹钽箔，陶瓷管两端不包裹钽箔的长度为4mm～8mm；钽箔厚度为0.02mm～0.05mm。

10.根据权利要求1所述的一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法，其特征在于：所述点焊方法选则储能点焊方法。

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