CN212318233U - 一种热子嵌入式空心阴极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热子嵌入式空心阴极，包括外层表面开设有凹槽的发射体，表面涂覆有绝缘层的热子铺设在发射体外层表面的凹槽中，凹槽的深度大于表面涂覆有绝缘层的热子的直径。取消传统的阴极管作为热传导物，将现有空心阴极包裹于发射体外围的绝缘层缩小为仅包裹热子外壁的薄层，省略中间热传导物，将热子直接铺设于发射体表面，从而实现热子直接传热给发射体，大大提高了热传递效率，提高空心阴极的寿命。发射体的末端装配部底端装有外径与支撑筒的内径相同的瓷环，所述瓷环在与发射体接触方向设有中空凹槽，减少接触面积从而减少传导热量，对阴极起到很好的隔热效果。

Description

一种热子嵌入式空心阴极

技术领域

本实用新型涉及航天技术推进领域，具体涉及一种热子嵌入式空心阴极的结构。

背景技术

空心阴极广泛应用于离子注入、离子镀膜、空间推进等设备中。在军事上，阴极是各类微波电子器件、微光夜视器件、红外成像器件和紫外成像器件的心脏。同时，在工业和医疗等设备中，利用阴极作为发射源的X光管、像增强器、加速管和显示器起到了非常重要的作用。在科学研究中，各类分析仪器、电子束加工、电子束曝光、电子束蒸发等设备中，阴极也是不可或缺的关键部件。

特别是在空间应用中，空心阴极作为电推进系统的核心部件之一，其各项性能均是限制推力器性能的重要指标。由于空心阴极承受着推力器中最高的等离子体密度、最大的电流密度以及最高的温度，因而对其性能参数、可靠性以及寿命均提出了很高的要求。阴极工作时需要在高温下进行，所以在满足阴极工作条件的情况下，需要尽可能大幅度降低设备功耗，提高阴极的寿命和效率。现有的阴极存在加热效率不高，热子寿命不长等问题，空心阴极的性能尚有继续提升的空间。

实用新型内容

为解决现有的阴极存在加热效率不高，热子寿命不长的问题，本实用新型提供了一种热子嵌入式空心阴极。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种热子嵌入式空心阴极，包括外层表面开设有凹槽的发射体，表面涂覆有绝缘层的热子铺设在发射体外层表面的凹槽中，凹槽的深度大于表面涂覆有绝缘层的热子的直径。取消传统的阴极管作为热传导物，将现有空心阴极包裹于发射体外围的绝缘层缩小为仅包裹热子外壁的薄层，省略中间热传导物，将热子直接铺设于发射体表面，从而实现热子直接传热给发射体，大大提高了热传递效率，提高空心阴极的寿命。

发射体为钡钨阴极而不选用常用的六硼化镧阴极，因为制造外表面开槽的钡钨阴极比在六硼化镧晶体表面开槽易于实现。

发射体末端装配部卡槽与支撑筒相配合，支撑筒与发射体末端装配部焊接。

为了减少阴极热量向发射体下端传导和热辐射的损耗，所述发射体的末端装配部底端装有瓷环，所述瓷环的外径与支撑筒的内径相同，瓷环下端设置有一金属材质卡环，卡环固定环焊接在支撑筒内壁，将瓷环抵紧，对其进行轴向限位，所述瓷环在与发射体接触方向设有中空凹槽，减少接触面积从而减少传导热量，对阴极起到很好的隔热效果。

还包括阴极顶、隔热体、套筒和隔热体支撑环；所述阴极顶设置于发射体顶部，隔热体套在发射体的外部，套筒套装在隔热体的外部，套筒顶端与阴极顶焊接，对隔热体进行轴向限位和径向限位，隔热体支撑环装配在支撑筒外部，对隔热体进行支撑并对其进行轴向限位，隔热体支撑环与套筒和支撑筒连接处均为焊接连接，进而将隔热体卡紧固定。

优选地，隔热体和套筒之间还设置有保温层，保温层与隔热体和套筒均紧密配合，进一步减少阴极的横向热量散失。

隔热体在热子引出位置开槽，开槽宽度大于热子直径，隔热体开槽末端，在热子转向引出的位置开圆孔，圆孔直径略大于绝缘管的外径,热子的一端与发射体连通并焊接,另一端从发射体底部绕出,穿过隔热体沟槽引出,引出的热子外部套有绝缘管,所述绝缘管一端插入套筒内部隔热体对应的圆孔中,通过金属环固定在隔热体支撑环上。

进一步地，阴极顶、热子、套筒、隔热体支撑环和支撑筒均为导电金属材质；所述保温层、绝缘层、隔热体、瓷环和绝缘管均为绝缘陶瓷材质，因此热子、发射体、阴极顶、套筒、隔热体支撑环和支撑筒依次连接形成一个发热回路。

由于发射体与阴极顶热接触面积很小，减少了发射体通过阴极顶传导到套筒的热量，降低了套筒向外热辐射的热能损失。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本实用新型通过取消传统的阴极管作为热传导物，将热子直接固定在空心阴极发射体外围的绝缘层内，减少热子和发射体之间的热传导介质，从而实现热子直接传热给发射体，大大提高了热传递效率，提高空心阴极的寿命。

2.本实用新型的发射体选用钡钨阴极而不选用六硼化镧阴极，因为制造外表面开槽的钡钨阴极比在六硼化镧晶体表面开槽易于实现。

3.本实用新型在发射体的末端装配部底端装有瓷环，屏蔽了向下端的热辐射；瓷环在与发射体接触方向设有中空凹槽，减少接触面积从而减少传导热量，对阴极起到很好的隔热效果。

附图说明

结合附图，可以得到对本实用新型实施例的进一步理解，从本实用新型的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本实用新型的其它特征和优点。在不超出本实用新型的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：

图1为本实用新型实施例的机械结构示意图。

附图标记说明：1-阴极顶，2-发射体，3-保温层，4-热子，5-绝缘层，6-隔热体，7-套筒，8-瓷环，9-卡环，10-隔热体支撑环，11-支撑筒，12-绝缘管，13- 金属环。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示，在本实施例中，一种热子4嵌入式空心阴极，包括外层表面开设有单螺旋凹槽的发射体2，凹槽底截面为矩形，凹槽内表面涂敷有绝缘层5，热子4缠绕固定在涂敷有绝缘层5的凹槽中，热子4为钨丝或钨铼合金丝材质，涂敷有绝缘层5的凹槽深度大于热子4的直径。取消传统的阴极管作为热传导物，将热子4直接固定在空心阴极发射体2外围的绝缘层5内，减少热子4和发射体2之间的热传导介质厚度，大大提高了热传递效率，提高空心阴极的寿命。

发射体2选用钡钨阴极而不选用六硼化镧阴极，因为制造外表面开槽的钡钨阴极比在六硼化镧晶体表面开槽易于实现。

发射体2末端装配部卡槽与支撑筒11相配合，支撑筒11与发射体2末端装配部采用激光气密性焊接固定。所述发射体2的末端装配部底端装有瓷环8，所述瓷环8的外径与支撑筒11的内径相同，瓷环8下端设置有一金属材质卡环9，卡环9固定环焊接在支撑筒11内壁，将瓷环8抵紧，对其进行轴向限位，所述瓷环8在与发射体2接触方向设有中空凹槽，减少接触面积从而减少传导热量，在相同工作温度下降低了热子4的功耗，提高热子4效率，对阴极起到很好的隔热效果。

所述空心阴极还包括阴极顶1、隔热体6、套筒7和隔热体支撑环10；所述阴极顶1设置于发射体2顶部，隔热体6套在发射体2的外部，套筒7套装在隔热体6的外部，阴极顶1与发射体2和套筒7顶端采用激光焊接固定对隔热体6进行轴向限位和径向限位，隔热体支撑环10装配在支撑筒11外部，对隔热体6进行支撑并对其进行轴向限位，隔热体支撑环10与套筒7和支撑筒11 连接处均为激光焊接固定，进而将隔热体6卡紧固定。

优选地，隔热体6和套筒7之间还设置有保温层3，保温层3与隔热体6和套筒7均紧密配合，进一步减少阴极的横向热量散失。

需要说明的是，隔热体6在热子4引出位置开槽，开槽宽度大于热子4直径，隔热体6开槽末端，在热子4转向引出的位置开圆孔，圆孔直径略大于绝缘管 12的外径,热子4的一端与发射体2连通并焊接,另一端从发射体2底部绕出, 穿过隔热体6沟槽引出,引出的热子外部套有绝缘管12，绝缘管12一端插入套筒7内部隔热体6对应的圆孔中，通过金属环13固定在隔热体支撑环10上。

进一步地，阴极顶1、套筒7、隔热体支撑环10和支撑筒11均为导电金属材质；所述保温层3、绝缘层5、隔热体6、瓷环8和绝缘管12均为绝缘陶瓷材质，因此热子4、发射体2、阴极顶1、套筒7、隔热体支撑环10和支撑筒11 依次连接形成一个发热回路。

结合实施例可以看出，本实用新型通过取消传统的阴极管作为热传导物，将热子4直接固定在空心阴极发射体2外围的绝缘层5内，减少热子4和发射体2 之间的热传导介质厚度，大大提高了热传递效率，提高空心阴极的寿命。本实用新型的发射体2选用钡钨阴极而不选用六硼化镧阴极，因为制造外表面开槽的钡钨阴极比在六硼化镧晶体表面开槽易于实现，保证了制作工艺的可靠性。本实用新型在发射体2的末端装配部底端装有瓷环8，屏蔽了向下端的热辐射；瓷环8在与发射体2接触方向设有中空凹槽，减少接触面积从而减少传导热量，对阴极起到很好的隔热效果。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种热子嵌入式空心阴极，包括空心阴极本体，其特征在于，还包括外层表面开设有凹槽的发射体(2)，表面涂覆有绝缘层(5)的热子(4)铺设在发射体(2)外层表面的凹槽中，凹槽的深度大于表面涂覆有绝缘层(5)的热子(4)的直径；所述发射体(2)为钡钨阴极。

2.根据权利要求1所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，所述发射体(2)末端装配部卡槽与支撑筒(11)相配合，支撑筒(11)与发射体(2)末端装配部焊接。

3.根据权利要求2所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，所述发射体(2)的末端装配部底端装有瓷环(8)，所述瓷环(8)的外径与支撑筒(11)的内径相同，瓷环(8)下端设置有一金属材质卡环(9)，卡环(9)固定环焊接在支撑筒(11)内壁，将瓷环(8)抵紧，对其进行轴向限位。

4.根据权利要求3所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，所述瓷环(8)在与发射体(2)接触方向设有中空凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，还包括阴极顶(1)、隔热体(6)、套筒(7)和隔热体支撑环(10)；所述阴极顶(1)设置于发射体(2)顶部，隔热体(6)套在发射体(2)的外部，套筒(7)套装在隔热体(6)的外部，套筒(7)顶端与阴极顶(1)焊接，对隔热体(6)进行轴向限位和径向限位，隔热体支撑环(10)装配在支撑筒(11)外部，对隔热体(6)进行支撑并对其进行轴向限位，隔热体支撑环(10)与套筒(7)和支撑筒(11)连接处均为焊接连接，进而将隔热体(6)卡紧固定。

6.根据权利要求5所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，隔热体(6)和套筒(7)之间还设置有保温层(3)，保温层(3)与隔热体(6)和套筒(7)均紧密配合。

7.根据权利要求6所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，所述隔热体(6)在热子(4)引出位置开槽，开槽宽度大于热子(4)直径，在热子(4)转向引出的位置开圆孔，圆孔直径略大于绝缘管(12)的外径，热子(4)的一端与发射体(2)连通并焊接,另一端从发射体(2)底部绕出，穿过隔热体(6)沟槽引出，引出的热子外部套有绝缘管(12)，所述绝缘管(12)一端插入套筒(7)内部隔热体(6)对应的圆孔中，通过金属环(13)固定在隔热体支撑环(10)上。

8.根据权利要求7所述的一种热子嵌入式空心阴极，其特征在于，所述阴极顶(1)、热子(4)、套筒(7)、隔热体支撑环(10)和支撑筒(11)均为导电金属材质；所述保温层(3)、绝缘层(5)、隔热体(6)、瓷环(8)和绝缘管(12)均为绝缘陶瓷材质。

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