CN112555112B - 基于3d增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极 - Google Patents

基于3d增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，包括锥形阳极筒和柱形阳极筒，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒通过3D增材制造技术一体生长制成，并在阳极筒内表面一体制造纹理结构；所述纹理结构为呈正六边形排布，直径和间隙均小于1mm的圆形凸台，正六边形的每个顶角和中心均设置一个圆形凸台；本发明能够免去异形结构阳极分开加工再焊接工序，增加了放电室溅射沉积物与阳极表面的结合力以及可牢固附着沉积层的厚度，从而降低沉积物破裂和脱落的风险。

Description

基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极
技术领域
本发明属于电推进技术领域，具体涉及一种基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极。
背景技术
电推进技术作为一种先进空间推进技术，已经在空间各个应用领域得到了广泛应用，包括姿态控制、南北位置保持、轨道转移、大气阻尼补偿、深空探测主推进等。尤其在深空探测任务中，电推进技术以其高比冲、长寿命等特点，可以大大节省推进剂携带量，增加航天器有效载荷比例，具有很强的优势。
离子推力器有上百种失效模式，其中放电室溅射沉积物脱落造成电极间短路是离子推力器的主要失效模式之一。前期通过在放电室阳极内表面再焊接一层金属网的方法提高放电室溅射沉积物附着力和可牢固附着沉积层厚度，这种方法一方面由于受阳极结构限制，不能通过扩散焊等能实现大面积焊接的方法使金属网与阳极所有位置都焊接连接，而是通过电阻焊分散点焊接。金属网在未焊接点位置，在推力器开关机和较高工作温度作用下鼓起，造成放电室性能变差；另一方面金属丝网边缘掉丝，成为多余物，造成推力器短路失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，能够免去异形结构阳极分开加工再焊接工序，增加了放电室溅射沉积物与阳极表面的结合力以及可牢固附着沉积层的厚度，从而降低沉积物破裂和脱落的风险。
实现本发明的技术方案如下：
基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，包括锥形阳极筒和柱形阳极筒，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒通过3D增材制造技术一体生长制成，并在阳极筒内表面一体制造纹理结构；所述纹理结构为呈正六边形排布，直径和间隙均小于1mm的圆形凸台，正六边形的每个顶角和中心均设置一个圆形凸台。
进一步地，所述圆形凸台直径为0.8mm。
进一步地，所述圆形凸台高为0.5mm。
进一步地，相邻两个圆形凸台的圆心距为1.6mm。
进一步地，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒的材料为钛合金。
有益效果：
本发明的基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，首先缩短了加工周期和加工成本，免去了焊接等工序；其次杜绝了传统焊接金属网的方法带来的未焊接点位置金属网鼓起、掉丝等问题；再次可牢固附着沉积层厚度达增加一个数量级，大幅提升了推力器工作可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
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。
本发明提供了一种基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，如图1所示，包括锥形阳极筒和柱形阳极筒，阳极筒材料为钛合金，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒通过3D增材制造技术一体生长制成，并在阳极筒内表面一体制造纹理结构；本发明基于3D增材制造技术将锥形和柱形阳极筒一体生长制成，免去了异形结构阳极分开加工再焊接工序，更为重要的是3D增材制造技术在阳极筒内表面生长了精密纹理化结构，这种纹理化结构一方面增加了放电室溅射沉积物与阳极表面的结合力以及可牢固附着沉积层的厚度，从而降低沉积物破裂和脱落，造成电极短路的风险；另一方面将阳极表面产生的沉积物分隔为尺寸细小的碎片，碎片尺寸小于离子推力器电极最小间隙，控制沉积层脱落时的尺寸，进一步降低放电室内电极间短路风险。外表面发射率大于0.8，能有效降低放电室温度。
所述纹理结构为呈正六边形排布的圆形凸台，正六边形的每个顶角和中心均设置一个圆形凸台。圆形凸台直径为0.8mm，圆形凸台高为0.5mm，相邻两个圆形凸台的圆心距为1.6mm。
实施例：
以下给出我国LIPS-300离子推力器工程样机产品实施例和实施前后对比情况。
1.未实施本发明前，无金属网的阳极情况下，LIPS-300推力器在3kW工况下工作1000h时放电室发现脱落沉积物；焊接金属网的阳极情况下，LIPS-300推力器在5kW工况下完成24h工作后，未焊接点金属网鼓起；
2.本发明实施，将LIPS-300离子推力器阳极通过3D增材制造一体制造完成，并在内表面制造边长为1.6mm的六边形排列，直径为0.8mm高为0.5mm的凸台；
3.本发明实施，将该阳极装配于LIPS-300离子推力器并开展寿命试验，试验至5000h时，放电室仍未发现脱落沉积层或沉积层皲裂现象。相比原先阳极，LIPS-300离子推力器热敏感元件磁钢和接插件温度降低10℃以上。
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 (5)

1.基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，其特征在于，包括锥形阳极筒和柱形阳极筒，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒通过3D增材制造技术一体生长制成，并在阳极筒内表面一体制造纹理结构；所述纹理结构为呈正六边形排布，直径和间隙均小于1mm的圆形凸台，正六边形的每个顶角和中心均设置一个圆形凸台。
2.如权利要求1所述的基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，其特征在于，所述圆形凸台直径为0.8mm。
3.如权利要求1所述的基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，其特征在于，所述圆形凸台高为0.5mm。
4.如权利要求1所述的基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，其特征在于，相邻两个圆形凸台的圆心距为1.6mm。
5.如权利要求1所述的基于3D增材制造的离子推力器内表面纹理化异形结构阳极，其特征在于，所述锥形阳极筒和柱形阳极筒的材料为钛合金。
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