CN110961637A - 霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法 - Google Patents

霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法 Download PDF

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郭瑜
汪强兵
龙学湖
时明军
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Abstract

本发明提供一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，包括以下步骤：步骤一：将粗粉和细粉混合均匀，形成混合粉末；步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，在致密管内形成多孔芯体的压坯；步骤三：将步骤二中压制好的压坯连同致密管，一起置入真空炉中进行高温烧结，制得控制器芯体。本发明制作方法，工艺简单、可批量生产、成本低，采用多孔内芯和致密外壳相结合的工艺，制作出流量控制器芯体具有结构紧凑、工作稳定可靠、在高低温交变等恶劣工作环境下依然节流能力强、调节效率高的特点。

Description

霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法
技术领域
本发明涉及霍尔效应推力器流量控制器技术领域，尤其是涉及一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法。
背景技术
流量调节模块是霍尔电推进系统的关键模块，用于精确控制霍尔推力器的推进剂流量。流量调节模块从功能上分为两部分，一是推进剂流量供给的导通和切断隔离功能，二是推进剂流量的调节和控制功能。选择合适的节流方式，是流量控制器方案设计的关键，常用的节流方式有毛细管和多孔材料。毛细管流量控制器的优点是流量随温度的变化明显，电加热调节响应快，其缺点是对入口压力波动敏感、工艺复杂、容易堵塞、焊接部位容易断裂漏气等。多孔材料流量控制器具有体积小、重量轻、结构简单，采用温控调节时流量调节范围宽，且流量对入口压力不敏感等优点，虽然其存在电加热调节响应速度较毛细管流量控制器慢、产品一致性差、多孔材料存在掉渣隐患等缺点，但通过采取合适功率的加热器、芯体流量筛选，以及优化芯体制备工艺，超声清洗芯体和在芯体两侧设置过滤器等措施，可避免其不利影响。
生产厂家制作多孔材料流量控制器芯体时，大多采用的是将多孔材料与致密材料分体制作然后再焊接在一起的工艺，此工序复杂，而且焊缝中易产生的孔洞、组织氧化及冷却产生的残余应力，使得整个过滤元件的抗拉强度降低，影响过滤元件的使用寿命。另外，小尺寸的多孔材料与致密材料的焊接还存在更多的问题，如氩弧焊通常焊缝宽度相对大，使多孔材料的有效面积减小，甚至全部堵塞孔洞；激光焊虽然焊缝宽度相对较小，但熔深不易控制，批量元件的一致性不好，而且成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，工艺简单、可批量生产、成本低的多孔内芯和致密外壳组成的多孔材料霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作工艺，制作出流量控制器芯体具有结构紧凑、工作稳定可靠、在高低温交变等恶劣工作环境下依然节流能力强、调节效率高的特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：将粗粉和细粉混合均匀，形成混合粉末；
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，在致密管内形成多孔芯体的压坯；
步骤三：将步骤二中压制好的压坯连同致密管，一起置入真空炉中进行高温烧结，制得控制器芯体。
作为优选方式，所述步骤一中，将混合粉末置于球磨机中球磨3h。
作为优选方式，所述步骤一中，粗粉粒径为-400～+600目，细粉粒径为-2000～-5000目，所述粗粉与细粉平均粒径的比值为5～10:1。
作为优选方式，所述粗粉和细粉的体积比为3～4:1。
作为优选方式，所述步骤二中，压制压力为500～1200MPa，保压时间为15s。
作为优选方式，所述步骤三中，烧结的具体过程为：以5～10℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温0.5～2h，之后再随炉冷却至室温；烧结过程中，真空度<1.0×10- 2Pa。
作为优选方式，所述控制器芯体内部多孔芯体的孔隙度10～25％。
作为优选方式，所述控制器芯体内部多孔芯体的直径为3mm，高度为5mm。
作为优选方式，所述控制器芯体在247KPa压差下，流量为1.1～110Sccm。
本发明涉及一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，与现有设计相比，其优点在于：本发明通过控制压制压力、粉末粒度、烧结温度，调节流量控制芯体的孔隙度，进而控制流量控制芯体的透气性能。本发明以两种不同粒度的粉末按一定比例均匀混合后，在致密管内压制后，再高温烧结。粗粉和细粉混合，提高了粉末的松装密度，压制后，可以获得相对较低的孔隙率。高温烧结时，由于致密管和多孔芯体的同种材料之间发生冶金键合，实现致密外壳与多孔芯体的一体化成型，避免了焊接过程，因此没有焊所接造成的孔洞、氧化、残余应力等缺陷，结合强度高，性能稳定，在高低温交变的恶劣工作环境下达到高性能、高可靠、调节效率高、长寿命要求。此节流芯体节流能力强，在247KPa压差下，流量可达到1.1～110Sccm，又因为本发明是多孔实体复合结构，没有焊接工艺，所以没有焊缝，多孔芯体直径可以做到3mm，实现了结构紧凑。本发明可以精准的控制产品的尺寸，工艺简单，可重复性好，可以大大降低生产成本。
具体实施方式
下文结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明涉及一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：将粗粉和细粉混合后，在球磨机中球磨3h以均匀混合。所述粉末中，粗粉粒径为-400～+600目，细粉粒径为-2000～-5000目，所述粗粉平均粒径与细粉平均粒径的比值为5～10:1，粗粉的加入可以提高压坯的成型性，细粉的加入，可以得到较小的孔洞；所述粗粉和细粉的体积比为3～4:1，可得到最大的松装密度和压坯密度。所述粗粉和细粉的材质选用316L不锈钢。
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，压制压力为500～1200MPa，保压时间为15s，在致密管内形成多孔芯体的压坯。致密管为上下贯通的中空筒状，其材质与步骤一中粉末材质相同。
步骤三：将压制好的压坯连同致密管，一起置入真空炉中进行高温烧结，制得内部为多孔芯体、外部为实体材料的致密管的具有复合结构的节流芯体。所述烧结的具体过程为：以5～10℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温0.5～2h，之后再随炉冷却至室温。烧结过程中，真空度<1.0×10-2Pa。较高的烧结温度，保证了烧结坯的强度。多孔芯体直径为3mm，高度为5mm。
使用本发明方法制作的控制器芯体中，内部多孔芯体的孔隙度为10～25％，其在247KPa压差下，流量为1.1～110Sccm，且透气率可根据粉末配比、压制压力、烧结温度、多孔芯体高度等进行控制调节。
实施例1
步骤一：将粗粉和细粉以3.5:1的体积比混合后，在球磨机中球磨3h以均匀混合。所述粉末中，粗粉粒径为500目，细粉粒径为-3000目。所述粗粉平均粒径与细粉平均粒径的比值为5:1。
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，压制压力为800MPa，保压时间15s，在致密管内形成多孔芯体的压坯。
步骤三：将压制好的压坯连同管材，一起置入真空炉中进行高温烧结，炉体真空度为9.7×10-3Pa。所述烧结的具体过程为：以10℃/min的升温速率升温至1100℃保温1h，随炉冷却。多孔芯体的直径为3mm，高度为5mm。
经检测，本实施例制备得到的霍尔效应推力器流量控制器芯体的孔隙率为14％，其在247KPa压差下，流量为10.3Sccm。
实施例2
步骤一：将粗粉和细粉以4:1的体积比混合后，在球磨机中球磨3h以均匀混合。所述粉末中，粗粉粒径为600目，细粉粒径为-5000目。所述粗粉平均粒径与细粉平均粒径的比值为10:1。
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，压制压力为1200MPa，保压时间15s，在致密管内形成多孔芯体的压坯。
步骤三：将压制好的压坯连同管材，一起置入真空炉中进行高温烧结，炉体真空度为9.7×10-3Pa。所述烧结的具体过程为：以10℃/min的升温速率升温至1200℃保温2h，随炉冷却。多孔芯体的直径为3mm，高度为5mm。
经检测，本实施例制备得到的霍尔效应推力器流量控制器芯体的孔隙率为10％，其在247KPa压差下，流量为1.1Sccm。
实施例3
步骤一：将粗粉和细粉以3:1的体积比混合后，在球磨机中球磨3h以均匀混合。所述粉末中，粗粉粒径为400目，细粉粒径为-2000目。所述粗粉平均粒径与细粉平均粒径的比值为6:1。
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，压制压力为500MPa，保压时间15s，在致密管内形成多孔芯体的压坯。
步骤三：将压制好的压坯连同管材，一起置入真空炉中进行高温烧结，炉体真空度为9.7×10-3Pa。所述烧结的具体过程为：以10℃/min的升温速率升温至1000℃保温1h，随炉冷却。多孔芯体的直径为3mm，高度为5mm。
经检测，本实施例制备得到的霍尔效应推力器流量控制器芯体的孔隙率为25％，其在247KPa压差下，流量为110Sccm。
采用上述3种工艺制备的流量控制器芯体结构紧凑，结合强度高，性能稳定。

Claims (9)

1.一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将粗粉和细粉混合均匀，形成混合粉末；
步骤二：将步骤一中的混合粉末放入致密管中压制，在致密管内形成多孔芯体的压坯；
步骤三：将步骤二中压制好的压坯连同致密管，一起置入真空炉中进行高温烧结，制得控制器芯体。
2.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述步骤一中，将混合粉末置于球磨机中球磨3h。
3.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述步骤一中，粗粉粒径为-400～+600目，细粉粒径为-2000～-5000目，所述粗粉与细粉平均粒径的比值为5～10:1。
4.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述粗粉和细粉的体积比为3～4:1。
5.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述步骤二中，压制压力为500～1200MPa，保压时间为15s。
6.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述步骤三中，烧结的具体过程为：以5～10℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温0.5～2h，之后再随炉冷却至室温；烧结过程中，真空度<1.0×10-2Pa。
7.根据权利要求1所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述控制器芯体内部多孔芯体的孔隙度10～25％。
8.根据权利要求7所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述控制器芯体内部多孔芯体的直径为3mm，高度为5mm。
9.根据权利要求8所述的一种霍尔效应推力器流量控制器芯体的制作方法，其特征在于，所述控制器芯体在247KPa压差下，流量为1.1～110Sccm。
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