RU2543063C1 - Method of producing electrodes of ion optical system - Google Patents
Method of producing electrodes of ion optical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543063C1 RU2543063C1 RU2013145245/07A RU2013145245A RU2543063C1 RU 2543063 C1 RU2543063 C1 RU 2543063C1 RU 2013145245/07 A RU2013145245/07 A RU 2013145245/07A RU 2013145245 A RU2013145245 A RU 2013145245A RU 2543063 C1 RU2543063 C1 RU 2543063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forming element
- temperature
- electrode
- carbon
- shape
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
- H01J27/024—Extraction optics, e.g. grids
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменной технике, а более конкретно к методам изготовления элементов ионно-оптических систем электроракетных двигателей и источников ионов различного назначения, которые, в частности, могут использоваться в составе технологических ионно-плазменных установок.The invention relates to plasma technology, and more specifically to methods for manufacturing elements of ion-optical systems of electric rocket engines and ion sources for various purposes, which, in particular, can be used as part of technological ion-plasma installations.
К электродам ионно-оптической системы предъявляется ряд технических требований, выполнение которых необходимо для нормальной работы устройств, обеспечивающих генерацию ионных пучков. Электроды, работающие в условиях высоких температур и силового воздействия электростатических полей, должны быть выполнены из тугоплавкого материала, обладающего близким к нулю коэффициентом теплового расширения. Кроме того, такой материал должен обладать высокой стойкостью к эрозии, вызываемой воздействием потоков заряженных частиц как со стороны разрядной камеры источника ионов, так и со стороны извлекаемого из разрядной камеры устройства потока ионов.A number of technical requirements are imposed on the electrodes of the ion-optical system, the fulfillment of which is necessary for the normal operation of devices that generate ion beams. Electrodes operating under conditions of high temperatures and force exposure to electrostatic fields must be made of refractory material with a coefficient of thermal expansion close to zero. In addition, such a material should be highly resistant to erosion caused by the action of charged particle flows both from the side of the discharge chamber of the ion source and from the side of the stream of ions extracted from the discharge chamber of the device.
С учетом перечисленных требований в качестве материала ускоряющих и эмиссионных электродов ионно-оптических систем наиболее широко в настоящее время используется молибден и его сплавы. Данный выбор связан с тем, что молибден относится к тугоплавким металлам, обладающим высокой стойкостью к распылению ионами, и имеет низкое значение коэффициента теплового расширения в диапазоне рабочих температур (от 0,2·10-5/°C до 1,3·10-5/°C).Given the above requirements, the most widely used materials of accelerating and emission electrodes of ion-optical systems are molybdenum and its alloys. This choice is due to the fact that molybdenum refers to refractory metals with high resistance to atomization by ions and has a low coefficient of thermal expansion in the range of operating temperatures (from 0.2 · 10 -5 / ° C to 1.3 · 10 - 5 / ° C).
Однако при генерации ионных пучков с достаточно большим поперечным сечением (более ~15 см) начинает проявляться влияние деформации молибденовых электродов под действием высоких температур на свойства потоков ионов. При деформации электродов ионно-оптической системы происходит расфокусировка генерируемых пучков, а также возможны замыкания между близлежащими электродами при малых межэлектродных расстояниях. Для исключения данных негативных явлений в качестве материала электродов ионно-оптической системы все чаще применяются углеродосодержащие материалы, в частности графиты и углерод-углеродные композиционные материалы.However, when generating ion beams with a sufficiently large cross-section (more than ~ 15 cm), the effect of deformation of molybdenum electrodes under the influence of high temperatures on the properties of ion fluxes begins to appear. During deformation of the electrodes of the ion-optical system, the generated beams are defocused, and short circuits between nearby electrodes are possible at small interelectrode distances. To eliminate these negative phenomena, carbon-containing materials, in particular graphites and carbon-carbon composite materials, are increasingly used as the material of the electrodes of the ion-optical system.
За счет использования углерод-углеродных композиционных материалов на порядок повышается стойкость электродов к ионному распылению и существенно снижается величина коэффициента теплового расширения (от -2,0·10-6/К при температуре 295 К до +1,0·10-6/K при температуре 675 К). При этом существенное значение для свойств таких электродов имеет метод их изготовления.Due to the use of carbon-carbon composite materials, the resistance of the electrodes to ion sputtering increases by an order of magnitude and the coefficient of thermal expansion significantly decreases (from -2.0 · 10 -6 / K at a temperature of 295 K to + 1.0 · 10 -6 / K at a temperature of 675 K). Moreover, the method of their manufacture is essential for the properties of such electrodes.
Известны различные методы изготовления электродов, выполненных из углеродосодержащих материалов. Так, например, в ионном двигателе, конструкция которого описана в патенте US 6318069 (опубликован 20.11.2001), в составе ионно-оптической системы используются электроды, выполненные из пиролитического графита. Для снижения механических деформаций, вызванных высокой рабочей температурой и действием электростатических сил, в качестве материала электродов используется анизотропный пиролитический графит, имеющий определенную ориентацию кристаллографической плоскости.Various methods are known for manufacturing electrodes made of carbon-containing materials. So, for example, in an ionic engine, the design of which is described in US Pat. No. 6318069 (published November 20, 2001), electrodes made of pyrolytic graphite are used as part of the ion-optical system. To reduce mechanical deformations caused by high working temperatures and the action of electrostatic forces, anisotropic pyrolytic graphite having a certain orientation of the crystallographic plane is used as the electrode material.
Выбранная ориентация кристаллографической плоскости в базовом направлении (ab-ориентация) позволяет существенно снизить коэффициент термического сопротивления электрода. Кроме того, пиролитический графит с указанной кристаллографической ориентацией обладает высокой излучательной способностью по сравнению с другими применяемыми материалами. При данном выполнении тепловые потоки отводятся от электродов через внешние теплопроводящие элементы конструкции и за счет теплового излучения. Вследствие этого снижается рабочая температура электродов ионно-оптической системы и появляется возможность уменьшения расстояния между электродами. Электроды могут быть изготовлены путем механической обработки заготовок из пиролитического графита либо методом осаждения графита на матрицу, форма которой определяет форму электрода.The selected orientation of the crystallographic plane in the base direction (ab-orientation) can significantly reduce the coefficient of thermal resistance of the electrode. In addition, pyrolytic graphite with the indicated crystallographic orientation has a high emissivity compared to other materials used. In this embodiment, heat fluxes are removed from the electrodes through external heat-conducting structural elements and due to thermal radiation. As a result of this, the working temperature of the electrodes of the ion-optical system decreases and it becomes possible to reduce the distance between the electrodes. Electrodes can be made by machining pyrolytic graphite blanks or by depositing graphite on a matrix whose shape determines the shape of the electrode.
Известен способ изготовления электродов ионно-оптической системы из углерод-углеродного композиционного материала, который описан в патенте US 5465023 (опубликован 07.11.1995). Использование данного материала позволяет создать электроды с отрицательным коэффициентом теплового расширения в диапазоне температур от 0 до 600 К. Электроды выполняются из сплетенных слоев углеродных волокон, в каждом из которых углеродные волокна ориентированы под углом 45° относительно друг друга.A known method of manufacturing electrodes of an ion-optical system from a carbon-carbon composite material, which is described in US patent 5465023 (published 07.11.1995). Using this material allows you to create electrodes with a negative coefficient of thermal expansion in the temperature range from 0 to 600 K. The electrodes are made of interwoven layers of carbon fibers, in each of which the carbon fibers are oriented at an angle of 45 ° relative to each other.
Слои из сплетенных углеродных волокон укладываются на углеродную матрицу и соединяются в единую структуру с помощью связующего вещества, в качестве которого используется фенолальдегидный полимер (смола). Образованная структура фиксируется графитовыми пластинами. Затем проводится многоступенчатый процесс карбонизации в атмосфере инертных газов.Layers of woven carbon fibers are laid on a carbon matrix and are combined into a single structure using a binder, which is used as a phenolic resin (resin). The formed structure is fixed by graphite plates. Then, a multi-stage carbonization process is carried out in an inert gas atmosphere.
После карбонизации многослойная углерод-углеродная структура подвергается термической стабилизации до достижения требуемых значений модуля упругости (при растяжении и изгибе) и коэффициента теплового расширения. Процесс карбонизации проводится при температуре до 1800°C в течение промежутка времени от 12 до 24 часов. Для удаления углеводородов из многослойной структуры используется химическая инфильтрация из паровой фазы. Данный процесс проводится в течение промежутка времени от 24 до 48 часов. Отверстия в заготовке электрода выполняются с использованием различных методов обработки: механических, лазерных, электроразрядных.After carbonization, the multilayer carbon-carbon structure undergoes thermal stabilization until the required values of the elastic modulus (under tension and bending) and the coefficient of thermal expansion are achieved. The carbonization process is carried out at temperatures up to 1800 ° C for a period of time from 12 to 24 hours. To remove hydrocarbons from the multilayer structure, chemical vapor infiltration is used. This process is carried out over a period of time from 24 to 48 hours. The holes in the electrode blank are made using various processing methods: mechanical, laser, electric discharge.
Наиболее близким аналогом изобретения является способ изготовления электродов для ионного двигателя, который раскрыт в патенте US 5551904 (опубликован 03.09.1996). Данный метод направлен на обеспечение термостабильности, высокой стойкости к ионной эрозии, длительного ресурса и малого веса электродов ионно-оптической системы. Эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды ионно-оптической системы выполняются из углерод-углеродного композиционного материала, коэффициент теплового расширения которого близок к нулю. Используемый материал обладает малым весом и высокой стойкостью к ионному распылению. Применяемые в ионных двигателях электроды должны обладать малой толщиной (толщина эмиссионных электродов от 0,3 до 0,4 мм, толщина ускоряющих электродов - до 3 мм) и большим диаметром (500 мм и более). Процесс изготовления электродов включает следующие этапы. Углеродные волокна укладываются и сплетаются между собой. Сплетенные волокна размещаются на углеродной матрице в несколько слоев. Волокна в близлежащих слоях смещаются друг относительно друга на угол 60°. Сплетенные слои соединяются между собой и с углеродной матрицей с помощью связующего полимера, в качестве которого может использоваться фенольная смола.The closest analogue of the invention is a method of manufacturing electrodes for an ion engine, which is disclosed in patent US 5551904 (published 03.09.1996). This method is aimed at ensuring thermal stability, high resistance to ion erosion, long life and low weight of the electrodes of the ion-optical system. Emission, accelerating and slowing down electrodes of the ion-optical system are made of carbon-carbon composite material, the coefficient of thermal expansion of which is close to zero. The material used is light in weight and highly resistant to ion sputtering. The electrodes used in ion engines should have a small thickness (thickness of emission electrodes from 0.3 to 0.4 mm, thickness of accelerating electrodes - up to 3 mm) and a large diameter (500 mm or more). The manufacturing process of the electrodes includes the following steps. Carbon fibers are stacked and woven together. Woven fibers are placed on a carbon matrix in several layers. The fibers in the adjacent layers are offset relative to each other by an angle of 60 °. The woven layers are connected to each other and to the carbon matrix using a binder polymer, which can be used phenolic resin.
Отверстия в электродах формируются в процессе укладки углеродных волокон либо вырезаются в заготовке после укладки волокон. В каждом электроде формируется по меньшей мере 1600 отверстий диаметром 1,83 мм. Отверстия выполняются механическим сверлением, лазерной резкой, ультразвуковым фрезерованием, струйной резкой или электронно-лучевой обработкой.Holes in the electrodes are formed during the laying of carbon fibers or are cut out in the workpiece after laying the fibers. At least 1600 holes with a diameter of 1.83 mm are formed in each electrode. The holes are made by mechanical drilling, laser cutting, ultrasonic milling, jet cutting or electron beam processing.
Отверстия в электродах могут быть образованы во время укладки углеродных волокон с помощью образцов-вставок или втулок, вокруг которых наматываются углеродные волокна. В данном случае после окончания термообработки заготовки электрода требуется извлечение формообразующих элементов из заготовки либо, наоборот, заготовки из формообразующих элементов. После этого необходима дополнительная финишная обработка каналов отверстий. Следует отметить, что при несоосности отверстий в электроде либо при сложной форме каналов отверстий возникают определенные трудности при отделении заготовки электрода от формообразующих элементов.Holes in the electrodes can be formed during the laying of carbon fibers with the aid of insert samples or bushings around which carbon fibers are wound. In this case, after the heat treatment of the electrode blank is completed, it is necessary to remove the forming elements from the workpiece or, conversely, the workpiece from the forming elements. After this, additional finishing of the channels of the holes is necessary. It should be noted that with the misalignment of the holes in the electrode or with the complex shape of the channels of the holes, certain difficulties arise when separating the electrode blank from the forming elements.
Использование указанных выше методов формирования отверстий в электродах приводит либо к возникновению областей термических напряжений, образующихся в результате механического или иного энергетического воздействия, либо к существенному увеличению размеров отверстий, что связано с необходимостью извлечения образцов-вставок из заготовки электрода.The use of the above methods of forming holes in the electrodes leads either to the appearance of regions of thermal stresses resulting from mechanical or other energetic effects, or to a significant increase in the size of the holes, which is associated with the need to extract sample inserts from the electrode blank.
Заготовки электродов подвергаются высокотемпературному пиролизу. В результате пиролитического разложения исходных углеродосодержащих продуктов образуется углеродная матрица вокруг сплетенных углеродных волокон. После пиролитического разложения заготовки электродов проходят инфильтрацию, например химическую инфильтрацию из паровой фазы, для очищения заготовки от сопутствующих углеродосодержащих продуктов пиролиза. Таким продуктами высокотемпературной реакции пиролиза являются смолы, полимеры и органические газы.Electrode blanks are subjected to high temperature pyrolysis. As a result of pyrolytic decomposition of the initial carbon-containing products, a carbon matrix is formed around the woven carbon fibers. After pyrolytic decomposition of the electrode blanks, they undergo an infiltration, for example chemical vapor infiltration, to purify the blank from the accompanying carbon-containing pyrolysis products. Such products of the high temperature pyrolysis reaction are resins, polymers and organic gases.
После выполнения перечисленных выше операций требуется дополнительная обработка отверстий, например лазерная обработка, для окончательного формирования каналов отверстий заданной формы и ориентации.After performing the above operations, additional hole processing, such as laser processing, is required for the final formation of hole channels of a given shape and orientation.
Изобретение направлено на исключение остаточных деформаций электродов, выполненных из углерод-углеродных композиционных материалов. Такие деформации могут быть вызваны механическим или иным воздействием, которое необходимо для выполнения в электроде отверстий заданной формы и размеров. Изобретение связано также с расширением возможностей формообразования отверстий, выполняемых в электродах, и повышением размерной точности отверстий.The invention is aimed at eliminating residual deformations of electrodes made of carbon-carbon composite materials. Such deformations can be caused by a mechanical or other action, which is necessary for making holes of a given shape and size in the electrode. The invention is also associated with expanding the possibilities of forming holes made in the electrodes, and increasing the dimensional accuracy of the holes.
Решение данных технических задач позволяет повысить качество изготавливаемых электродов за счет существенного снижения остаточных деформаций, повысить точность изготовления перфорированных электродов и обеспечить возможность изготовления перфорированных электродов со сложной конфигурацией отверстий.The solution of these technical problems can improve the quality of the manufactured electrodes due to a significant reduction in residual deformations, increase the accuracy of the manufacture of perforated electrodes and provide the ability to manufacture perforated electrodes with a complex configuration of the holes.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается при реализации способа изготовления электродов ионно-оптической системы, включающего следующие операции. На формообразующий элемент, выполненный с выступами, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам отверстий в электроде, послойно укладывают углеродные волокна или углеволоконную ткань. На сплетенные углеродные волокна наносят полимерное связующее вещество. Полученную заготовку подвергают предварительной термообработке. После этого выплавляют или выжигают формообразующий элемент из заготовки. После удаления формообразующего элемента в заготовке образуются отверстия на месте выступов формообразующего элемента, при этом сама заготовка приобретает заданную форму в соответствии с формой поверхности формообразующего элемента. Затем осуществляют термическое разложение полимерного связующего вещества до образования углерод-углеродного композиционного материала.The achievement of these technical results is achieved by implementing the method of manufacturing electrodes of the ion-optical system, including the following operations. Carbon fibers or carbon fiber fabric are laid in layers on a forming element made with protrusions, the shape and dimensions of which correspond to the shape and dimensions of the holes in the electrode. A polymer binder is applied to the woven carbon fibers. The resulting preform is subjected to preliminary heat treatment. After that, the forming element is melted or burned out of the workpiece. After removal of the forming element in the workpiece, holes are formed in place of the protrusions of the forming element, while the workpiece itself takes on a predetermined shape in accordance with the surface shape of the forming element. Then carry out the thermal decomposition of the polymer binder to form a carbon-carbon composite material.
Реализация перечисленных выше технологических операций связана с использованием определенного материала, из которого выполняется формообразующий элемент. В качестве данного материала используют вещество с температурой плавления TПЛ, выбранной из условия: TТР>TПЛ>TТО, где TТР - минимальная температура, при которой осуществляется термическое разложение связующего вещества; TТО - максимальная температура, при которой осуществляется предварительная термообработка заготовки электрода.The implementation of the above technological operations involves the use of a particular material from which the forming element is made. As this material, a substance is used with a melting temperature T PL selected from the condition: T TP > T PL > T TO , where T TP is the minimum temperature at which thermal decomposition of the binder is carried out; T TO - the maximum temperature at which preliminary heat treatment of the electrode blank is carried out.
Совокупность перечисленных выше операций и их выполнение в указанной последовательности обеспечивает изготовление электродов заданной формы с отверстиями, имеющими точные размеры и заданную пространственную конфигурацию. При реализации способа исключается необходимость извлечения заготовки электрода из сложной структуры формообразующего элемента либо извлечение образцов-втулок из заготовки электрода. При использовании способа отсутствуют какие-либо ограничения, накладываемые на форму и расположение каналов отверстий в электроде. Кроме того, за счет исключения технологических операций, связанных с формообразованием отверстий и финишной обработкой каналов отверстий, в процессе работы ионно-оптической системы в электродах не возникают остаточные деформации, которые могут привести к нарушению заданных условий работы системы и ионно-лучевого устройства в целом.The combination of the above operations and their implementation in the specified sequence ensures the manufacture of electrodes of a given shape with holes having exact dimensions and a given spatial configuration. When implementing the method eliminates the need to remove the electrode blank from the complex structure of the forming element or to remove sample sleeves from the electrode blank. When using the method there are no restrictions imposed on the shape and location of the channels of the holes in the electrode. In addition, due to the exclusion of technological operations associated with the formation of holes and the finish processing of the hole channels, the residual deformation does not occur in the electrodes during operation of the ion-optical system, which can lead to the violation of the specified operating conditions of the system and the ion beam device as a whole.
Следует отметить, что основное требование, предъявляемое к ионно-оптической системе, заключается в обеспечении расчетной траектории движения ионов, исключающей взаимодействие ионов с элементами конструкции системы. Ионно-оптическая система состоит, как правило, из эмиссионного, ускоряющего и замедляющего электродов. В традиционных ионно-оптических системах с электродами, разделенными пространственными зазорами, достижение высокой плотности тока ионного пучка обеспечивается за счет минимизации величины зазора между эмиссионной границей плазмы и ускоряющим электродом. Вследствие этого при минимально возможных зазорах между электродами даже незначительная деформация электродов, диаметр которых может достигать 500 мм, приводит к интенсивной эрозии элементов конструкции и к замыканиям близлежащих электродов. В результате данных явлений существенно снижается ресурс ионно-оптической системы. Кроме того, из-за этого невозможно обеспечить заданные расчетные характеристики источников ионов.It should be noted that the main requirement for an ion-optical system is to provide a calculated trajectory of ion motion, which excludes the interaction of ions with structural elements of the system. The ion-optical system usually consists of emission, accelerating and slowing-down electrodes. In traditional ion-optical systems with electrodes separated by spatial gaps, a high current density of the ion beam is achieved by minimizing the gap between the plasma emission boundary and the accelerating electrode. As a result, with the smallest possible gap between the electrodes, even a slight deformation of the electrodes, the diameter of which can reach 500 mm, leads to intense erosion of structural elements and to short circuits of nearby electrodes. As a result of these phenomena, the resource of the ion-optical system is significantly reduced. In addition, because of this, it is impossible to provide the specified design characteristics of ion sources.
При реализации способа используют формообразующий элемент, предпочтительно изготовленный методами трехмерной печати. Такие методы осуществляются с помощью 3D-принтеров. В частности, формообразующий элемент может быть изготовлен методом лазерной стереолитографии. В этом случае в качестве материала формообразующего элемента используют фотополимеризующийся композиционный материал.When implementing the method, a forming element is used, preferably made by three-dimensional printing methods. Such methods are implemented using 3D printers. In particular, the forming element can be made by laser stereolithography. In this case, a photopolymerizable composite material is used as the material of the forming element.
Для изготовления формообразующего элемента может также использоваться метод точного литья по выплавляемым или выжигаемым моделям. При использовании данного метода формообразующий элемент выполняется из легкоплавкого сплава металлов, например из сплавов таких металлов, как свинец, олово и цинк.For the manufacture of the forming element can also be used the method of precision casting on lost wax or fired models. When using this method, the forming element is made of a fusible alloy of metals, for example, from alloys of metals such as lead, tin and zinc.
В зависимости от требуемой формы электрода формообразующий элемент выполняется вогнутой, выпуклой или плоской формы. Форма выступов на поверхности формообразующего элемента выбирается в зависимости от требуемой формы отверстий в электроде. Так, например, для выполнения отверстий круглой формы используют выступы в форме цилиндров с вершинами конической формы. В случае выполнения щелевых отверстий в электроде используются выступы прямоугольной формы с клинообразным поперечным сечением.Depending on the desired shape of the electrode, the forming element is concave, convex or flat. The shape of the protrusions on the surface of the forming element is selected depending on the desired shape of the holes in the electrode. So, for example, to make round holes, protrusions in the form of cylinders with vertices of a conical shape are used. In the case of making slotted holes in the electrode, rectangular protrusions with a wedge-shaped cross section are used.
Для создания углерод-углеродной микроструктуры электрода применяют слой углеродного войлока, который накладывают на сплетенные углеродные волокна.To create a carbon-carbon microstructure of the electrode, a layer of carbon felt is applied, which is applied to the woven carbon fibers.
Одновременно с термической обработкой заготовки электрода производится обработка давлением. Для выполнения данных операций используется специальное технологическое оборудование и приспособления. После нанесения связующего вещества на заготовку электрода устанавливают эластичный пуансон с отверстиями, совпадающими по форме и размерам с выступами формообразующего элемента. Заготовку электрода с формообразующим элементом и эластичным пуансоном помещают в матрицу-оправку, устанавливают жесткий пуансон со стороны эластичного пуансона и осуществляют силовое воздействие на жесткий пуансон с помощью пресса.Simultaneously with the heat treatment of the electrode blank, pressure treatment is performed. To perform these operations, special technological equipment and devices are used. After applying the binder to the electrode blank, an elastic punch is installed with holes matching in shape and size with the protrusions of the forming element. The electrode blank with the forming element and the elastic punch is placed in the mandrel matrix, a rigid punch is installed on the side of the elastic punch and the force is applied to the hard punch using a press.
Предварительная термообработка преимущественно включает следующие последовательно выполняемые операции: нагрев заготовки до уровня температур от 80 до 90°C с выдержкой от 30 до 60 минут, увеличение избыточного давления до уровня от 30 до 40 атм, увеличение температуры до уровня от 160 до 170°C, выдержку заготовки при достигнутом уровне давления и температуры в течение промежутка времени от 60 до 90 минут, охлаждение заготовки до температуры не выше 30°С и снижение давления до уровня давления окружающей среды.Preliminary heat treatment mainly includes the following sequentially performed operations: heating the workpiece to a temperature level of 80 to 90 ° C with a holding time of 30 to 60 minutes, increasing the overpressure to a level of 30 to 40 atm, increasing the temperature to a level of 160 to 170 ° C, holding the workpiece at the achieved level of pressure and temperature for a period of time from 60 to 90 minutes, cooling the workpiece to a temperature of no higher than 30 ° C and reducing the pressure to the level of environmental pressure.
Термическое разложение полимерных смол и формирование углеродной структуры, связывающей сплетенные углеродные волокна, может осуществляться в три этапа. В течение первого этапа заготовку электрода помещают в азотную среду при температуре не менее 850°C. В течение второго этапа заготовку электрода выдерживают в вакууме при температуре не менее 1800°C. В течение третьего этапа заготовку электрода выдерживают в среде природного газа при температуре от 1000 до 1150°C.Thermal decomposition of polymer resins and the formation of a carbon structure that binds woven carbon fibers can be carried out in three stages. During the first stage, the electrode blank is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of at least 850 ° C. During the second stage, the electrode blank is kept in vacuum at a temperature of at least 1800 ° C. During the third stage, the electrode blank is kept in a natural gas environment at a temperature of from 1000 to 1150 ° C.
Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров реализации изобретения. На прилагаемых чертежах изображено следующее:The invention is further illustrated by the description of specific examples of the invention. The accompanying drawings show the following:
на фиг.1 - диаметральное сечение формообразующего элемента, который используется для изготовления перфорированных электродов с отверстиями круглой формы;figure 1 is a diametrical section of the forming element, which is used for the manufacture of perforated electrodes with round holes;
на фиг.2 - вид формообразующего элемента, изображенного на фиг.1, со стороны рабочей поверхности с выступами;figure 2 is a view of the forming element shown in figure 1, from the side of the working surface with protrusions;
на фиг.3 - вид сбоку на плоский формообразующий элемент, который используется для изготовления перфорированных электродов со щелевыми отверстиями прямоугольной формы;figure 3 is a side view of a flat forming element, which is used for the manufacture of perforated electrodes with slotted holes of a rectangular shape;
на фиг.4 - вид формообразующего элемента, изображенного на фиг.3, со стороны его рабочей поверхности с выступами.figure 4 is a view of the forming element shown in figure 3, from the side of its working surface with protrusions.
Формообразующий элемент, изображенный на фиг.1 и 2 чертежей, имеет форму шарового сегмента с выпуклой рабочей поверхностью. На основании 1 формообразующего элемента расположены выступы 2 в форме цилиндров с вершинами конической формы. Данный формообразующий элемент используется для изготовления перфорированных электродов выпуклой формы с отверстиями круглого сечения.The forming element shown in figures 1 and 2 of the drawings, has the shape of a spherical segment with a convex working surface. On the
Формообразующий элемент, изображенный на фиг.3 и 4 чертежей, имеет плоскую рабочую поверхность. Основание 3 формообразующего элемента выполнено в форме диска. На основании 3 расположены выступы 4 прямоугольной формы с клинообразным поперечным сечением. Данный формообразующий элемент используется для изготовления перфорированных электродов плоской формы со щелевыми отверстиями прямоугольного сечения.The forming element shown in figures 3 and 4 of the drawings has a flat working surface. The
Способ изготовления электродов ионно-оптической системы с использованием формообразующих элементов, изготовленных методами трехмерной печати, осуществляется следующим образом.A method of manufacturing electrodes of an ion-optical system using forming elements made by three-dimensional printing methods is as follows.
В зависимости от требуемых размеров, количества, расположения и формы каналов отверстий, выполняемых в электроде, а также от формы и размеров электрода рассчитываются форма и размеры формообразующего элемента. Так, например, для электродов, имеющих выпуклую форму, с отверстиями круглого сечения используется формообразующий элемент, изображенный на фиг.1 и 2 чертежей. На рабочей поверхности основания 1 формообразующего элемента расположены цилиндрические выступы 2. В рассматриваемом примере реализации изобретения диаметр цилиндрических выступов 2 составляет 2,3 мм. Выступы расположены на рабочей поверхности формообразующего элемента с шагом 2,9 мм. Диаметр основания формообразующего элемента составляет 100 мм.Depending on the required size, quantity, location and shape of the channels of the holes made in the electrode, as well as on the shape and dimensions of the electrode, the shape and dimensions of the forming element are calculated. So, for example, for electrodes having a convex shape, with holes of circular cross section, the forming element shown in figures 1 and 2 of the drawings is used. On the working surface of the
Для электродов, имеющих плоскую форму, со щелевыми отверстиями прямоугольного сечения, применяется формообразующий элемент, изображенный на фиг.3 и 4 чертежей. На рабочей поверхности основания 3 формообразующего элемента выполнены прямоугольные выступы 4 с клинообразным поперечным сечением.For electrodes having a flat shape, with slotted holes of rectangular cross section, the forming element shown in figures 3 and 4 of the drawings is used. On the working surface of the
Материал формообразующего элемента выбирается в соответствии со следующим условием: TТР>TПЛ>TТО, где TПЛ - температура плавления материала формообразующего материала; TТР - минимальная температура, при которой осуществляют термическое разложение связующего вещества, TТО - максимальная температура, при которой осуществляют предварительную термообработку заготовки электрода.The material of the forming element is selected in accordance with the following condition: T TP > T PL > T TO , where T PL is the melting temperature of the material of the forming material; T TP - the minimum temperature at which the thermal decomposition of the binder is carried out, T TO - the maximum temperature at which the preliminary heat treatment of the electrode blank is carried out.
Вторым условием выбора материала формообразующего элемента является конкретный метод трехмерной печати, осуществляемый с помощью 3D-принтера. В рассматриваемом примере осуществления изобретения выбран метод лазерной стереолитографии. Для реализации данного метода формообразующий элемент выполняется из фотополимеризующегося композиционного материала (фотополимера).The second condition for choosing the material of the forming element is a specific method of three-dimensional printing, carried out using a 3D printer. In this example embodiment, a laser stereolithography method is selected. To implement this method, the forming element is made of a photopolymerizable composite material (photopolymer).
В качестве исходного жидкого фотополимера, из которого в процессе отверждения образуется формообразующий элемент, выбран материал Accura 60, производимый компанией 3D Systems, Inc. Данный материал относится к эпоксидным смолам, содержащим реактивный растворитель, и содержит этоксилированный пентаэритритол тетраакрилата и смесь пропиленкарбоната и антимонатов. Температура плавления отвержденной эпоксидной смолы подбирается в соответствии с указанным выше условием выбора TПЛ путем введения в эпоксидную композицию дополнительных компонентов: пластификаторов, наполнителей и разбавителей.Accura 60, manufactured by 3D Systems, Inc., was selected as the initial liquid photopolymer from which a forming element is formed during curing. This material refers to epoxy resins containing a reactive solvent and contains ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate and a mixture of propylene carbonate and antimonates. The melting point of the cured epoxy is selected in accordance with the above condition for the selection of T PL by introducing additional components into the epoxy composition: plasticizers, fillers and diluents.
Трехмерная печать методом лазерной стереолитографии производится следующим образом. Предварительно создается расчетная компьютерная модель формообразующего элемента с заданными расположением, формой и размерами выступов, которые соответствуют расположению, форме и размерам отверстий в электроде. В емкость с жидким фотополимером помещается сетчатая платформа, на которой образуется формообразующий элемент. Платформа покрывается слоем фотополимера толщиной от 0,05 до 0,15 мм. При воздействии лазерным излучением на участки полимера, которые соответствуют размерам формообразующего элемента, происходит их затвердевание. После затвердевания каждого слоя фотополимера платформа последовательно погружается в жидком фотополимере на глубину, равную толщине слоя. После завершения отверждения формообразующего элемента производится его очистка и финальное облучение для окончательного отверждения образца.Three-dimensional printing by laser stereolithography is as follows. First, a calculated computer model of the forming element is created with the specified location, shape and size of the protrusions, which correspond to the location, shape and size of the holes in the electrode. A mesh platform is placed in a container with liquid photopolymer on which a forming element is formed. The platform is covered with a layer of photopolymer with a thickness of 0.05 to 0.15 mm. When exposed to laser sections of the polymer, which correspond to the size of the forming element, they solidify. After the hardening of each layer of the photopolymer, the platform is successively immersed in the liquid photopolymer to a depth equal to the thickness of the layer. After completion of the curing of the forming element, it is cleaned and final irradiated for the final curing of the sample.
Наряду с методом лазерной стереолитографии для изготовления формообразующего элемента могут использоваться и другие известные в настоящее время методы трехмерной печати, реализуемые с помощью 3D-принтеров. К числу таких методов относятся: селективное лазерное спекание, электронно-лучевая плавка с использованием металлических порошков, моделирование методом наплавления, метод ламинирования с последующей лазерной резкой.Along with the method of laser stereolithography, other currently known three-dimensional printing methods implemented using 3D printers can be used to manufacture the forming element. These methods include: selective laser sintering, electron beam melting using metal powders, deposition modeling, laminating followed by laser cutting.
После изготовления формообразующего элемента на его рабочую поверхность с выступами укладываются углеродные волокна (нити) или накладывается углеволоконная ткань. Укладка углеродных волокон осуществляется таким же образом, как и в известных способах-аналогах. На сплетенные углеродные волокна накладывают слой углеродного войлока. Образованная многослойная углеродная структура (углеволоконный пакет) пропитывается 50% спиртовым раствором фенолоформальдегидного связующего вещества. Нанесение на углеродные волокна связующего вещества производится в два этапа с промежуточной выдержкой в воздушной атмосфере при температуре 20°C в течение 2-3 часов.After the manufacture of the forming element, carbon fibers (threads) are laid on its working surface with protrusions or carbon fiber fabric is applied. The laying of carbon fibers is carried out in the same manner as in the known methods-analogues. A layer of carbon felt is applied to the woven carbon fibers. The formed multilayer carbon structure (carbon fiber bag) is impregnated with a 50% alcohol solution of phenol-formaldehyde binder. The application of a binder on carbon fibers is carried out in two stages with intermediate exposure in an air atmosphere at a temperature of 20 ° C for 2-3 hours.
После завершения формирования заготовки электрода устанавливают эластичный пуансон с отверстиями, совпадающими по форме и размерам с выступами формообразующего элемента. Заготовку электрода с формообразующим элементом и эластичным пуансоном помещают в матрицу-оправку и устанавливают жесткий пуансон со стороны эластичного пуансона. Подготовленную технологическую оснастку с заготовкой помещают в пресс и проводят предварительную термообработку.After completion of the formation of the electrode blank, an elastic punch is installed with holes matching in shape and size with the protrusions of the forming element. The electrode blank with the forming element and the elastic punch is placed in the mandrel matrix and a rigid punch is mounted on the side of the elastic punch. The prepared tooling with the workpiece is placed in a press and preliminary heat treatment is carried out.
При проведении предварительной термообработки последовательно осуществляются следующие операции. Первоначально проводят нагрев заготовки электрода до уровня температур от 80 до 90°C с выдержкой от 30 до 60 минут. Затем с помощью пресса проводят увеличение избыточного давления до уровня от 30 до 40 атм. Для этого воздействуют на жесткий пуансона. Силовое воздействие передается через эластичный пуансон на поверхность заготовки электрода.When conducting preliminary heat treatment, the following operations are sequentially carried out. Initially, the electrode blank is heated to a temperature level of 80 to 90 ° C with a shutter speed of 30 to 60 minutes. Then, using a press, an overpressure is increased to a level of 30 to 40 atm. To do this, they act on a hard punch. The force is transmitted through an elastic punch to the surface of the electrode blank.
При воздействии давления на заготовку увеличивают температуру заготовки до уровня от 160 до 170°C. После этого выдерживают заготовку электрода при достигнутом уровне давления и температуры в течение промежутка времени от 60 до 90 минут. По окончании выдержки заготовку электрода охлаждают до температуры не выше 30°C и снижают давление до уровня давления окружающей среды. В результате предварительной термообработки создается пакетная углепластиковая заготовка, совмещенная с формообразующим элементом.When pressure is applied to the workpiece, the temperature of the workpiece is increased to a level of 160 to 170 ° C. After that, the electrode blank is held at the achieved level of pressure and temperature for a period of time from 60 to 90 minutes. At the end of the exposure, the electrode blank is cooled to a temperature not exceeding 30 ° C and the pressure is reduced to ambient pressure. As a result of preliminary heat treatment, a batch carbon-fiber billet is created, combined with the forming element.
После завершения предварительной термообработки заготовки осуществляют выжигание (газификацию) формообразующего элемента при температуре, превышающей температуру плавления материала формообразующего элемента. При увеличении температуры происходит термическая деструкция полимера формообразующего элемента в результате фазовых и химических превращений. Материал сначала размягчается, а затем плавится, разлагается и горит с образованием газообразных продуктов. Негазифицированные продукты разложения и горения составляют менее 0,1% от общей массы материала. Данные продукты удаляются путем химической обработки заготовки растворителем. После завершения процесса газификации формообразующего элемента получается достаточно прочная для проведения последующих операций углепластиковая заготовка.After completion of the preliminary heat treatment of the workpiece, the forming element is burned (gasification) at a temperature higher than the melting temperature of the material of the forming element. With an increase in temperature, thermal degradation of the polymer of the forming element occurs as a result of phase and chemical transformations. The material first softens, and then melts, decomposes, and burns with the formation of gaseous products. Non-gasified decomposition and combustion products make up less than 0.1% of the total material mass. These products are removed by chemical treatment of the preform with a solvent. After the gasification process of the forming element is completed, a carbon-plastic billet is strong enough for subsequent operations.
В результате газификации выступов, контактирующих с заготовкой, в электроде образуются каналы отверстий заданной формы и размеров. Каналы могут иметь различную конфигурацию, которая определяется формой выступов на рабочей поверхности формообразующего элемента. При этом не требуется дополнительная финишная обработка каналов отверстий, что обусловлено высокой точностью изготовления формообразующего элемента и предварительной термической обработкой заготовки в сборе с формообразующим элементом.As a result of gasification of the protrusions in contact with the workpiece, hole channels of a given shape and size are formed in the electrode. The channels can have a different configuration, which is determined by the shape of the protrusions on the working surface of the forming element. This does not require additional finishing processing of the channels of the holes, due to the high accuracy of the manufacture of the forming element and preliminary heat treatment of the workpiece assembly with the forming element.
Процесс термического разложения полимерного связующего вещества и формирования углеродной структуры, связывающей углеродные волокна, проводят последовательно в три этапа. В течение первого этапа заготовку электрода помещают в азотную среду и выдерживают при температуре не менее 850°C. В течение второго этапа заготовку электрода выдерживают в вакууме при температуре не менее 1800°C. В течение третьего этапа заготовку выдерживают в среде природного газа при температуре от 1000 - до 1150°C. После завершения процесса термического разложения полимерного связующего вещества и формирования углеродной структуры получают электрод в виде тонкой перфорированной пластины, выполненной из углерод-углеродного композиционного материала. При этом перемычки между отверстиями в электроде могут быть очень тонкими. Минимальный размер перемычек между отверстиями может достигать десятых долей миллиметра. Такие размеры перемычек между отверстиями не могут быть получены при использовании механических, лучевых и иных методов обработки без возникновения остаточных деформаций.The process of thermal decomposition of a polymer binder and the formation of a carbon structure that binds carbon fibers is carried out sequentially in three stages. During the first stage, the electrode blank is placed in a nitrogen atmosphere and kept at a temperature of at least 850 ° C. During the second stage, the electrode blank is kept in vacuum at a temperature of at least 1800 ° C. During the third stage, the workpiece is kept in a natural gas environment at a temperature of from 1000 to 1150 ° C. After completion of the process of thermal decomposition of the polymer binder and the formation of the carbon structure, an electrode is obtained in the form of a thin perforated plate made of a carbon-carbon composite material. In this case, the jumpers between the holes in the electrode can be very thin. The minimum size of the jumpers between the holes can reach tenths of a millimeter. Such dimensions of the bridges between the holes cannot be obtained using mechanical, radiation and other processing methods without the occurrence of residual deformations.
Способ изготовления электродов ионно-оптической системы с использованием формообразующих элементов, изготовленных методом точного литья по выжигаемым (газифицируемым) моделям, осуществляется аналогичным образом. Отличия заключаются в технологии изготовления формообразующего элемента и использовании в качестве материала элемента легкоплавкого сплава металлов.A method of manufacturing electrodes of an ion-optical system using forming elements made by precision casting on burned (gasified) models is carried out in a similar way. The differences lie in the manufacturing technology of the forming element and the use of a low-melting metal alloy as an element material.
Легкоплавкий сплав выбирается в соответствии с существенным условием: TТР>TПЛ>TТО. Для указанных выше температурных режимов предварительной термообработки заготовки и термического разложения связующего вещества данное условие можно представить в виде: 850°C>TПЛ>170°C.The fusible alloy is selected in accordance with the essential condition: T TP > T PL > T TO . For the above temperature conditions of pre-heat treatment of the preform and thermal decomposition of the binder, this condition can be represented as: 850 ° C> T PL > 170 ° C.
Согласно приведенному условию можно выбрать ряд легкоплавких сплавов на основе олова, цинка и свинца. В частности, могут использоваться следующие легкоплавкие сплавы: сплав олова (89%) и цинка (11%) с температурой плавления TПЛ=198°С, сплав олова (62%) и свинца (38%) с температурой плавления TПЛ=-183°С.According to the given condition, one can choose a number of fusible alloys based on tin, zinc and lead. In particular, the following fusible alloys can be used: an alloy of tin (89%) and zinc (11%) with a melting point T PL = 198 ° C, an alloy of tin (62%) and lead (38%) with a melting temperature T PL = - 183 ° C.
Изготовление формообразующего элемента, выполненного из легкоплавкого сплава, осуществляется следующим образом. Предварительно изготавливается модель формообразующего элемента, выполненная, например, из полистирола или пенопласта. Модель помещают в форму-опоку, образованную из формовочной смеси. После этого жидкий расплав заливается в форму. Под действием высокой температуры происходит термическая деструкция материала модели и газификация продуктов разложения.The manufacture of the forming element made of fusible alloy is as follows. A model of the forming element, made, for example, of polystyrene or polystyrene, is preliminarily made. The model is placed in a mold box formed from a molding sand. After that, the molten liquid is poured into the mold. Under the influence of high temperature, thermal destruction of the model material and gasification of decomposition products occur.
Газифицируемая модель постепенно замещается расплавом по мере его поступления в форму. Расплав заполняет всю форму и после остывания приобретает заданную пространственную конфигурацию формообразующего элемента. Полученная высокоточная отливка формообразующего элемента затем используется в процессе изготовления электрода.The gasified model is gradually replaced by the melt as it enters the mold. The melt fills the entire form and, after cooling, acquires the specified spatial configuration of the forming element. The obtained high-precision casting of the forming element is then used in the manufacturing process of the electrode.
На рабочую поверхность формообразующего элемента укладываются углеродные волокна (нити) или накладывается углеволоконная ткань. На слой сплетенных углеродных волокон накладывается слой углеродного войлока. Далее многослойная углеволоконная структура пропитывается 50% спиртовым раствором фенолоформальдегидного связующего вещества. На заготовку электрода последовательно устанавливают эластичный пуансон, матрицу-оправку и жесткий пуансон.Carbon fibers (threads) are laid on the working surface of the forming element or carbon fiber fabric is applied. A layer of carbon felt is superimposed on a layer of woven carbon fibers. Next, the multilayer carbon fiber structure is impregnated with a 50% alcohol solution of phenol-formaldehyde binder. An elastic punch, a die mandrel and a rigid punch are sequentially mounted on the electrode blank.
Затем заготовка в технологической оснастке подвергается многоступенчатой предварительной термической обработке, в результате которой формируется углепластиковая заготовка электрода, совмещенная с формообразующим элементом.Then, the billet in technological equipment is subjected to multistage preliminary heat treatment, as a result of which a carbon-plastic billet of the electrode is formed, combined with the forming element.
Удаление формообразующего элемента, выполненного из легкоплавкого сплава, осуществляют путем прокаливания заготовки при температуре, превышающей температуру плавления сплава. Вследствие этого происходит выплавление из заготовки материала формообразующего элемента с образованием в заготовке отверстий с каналами заданной конфигурации в местах расположения выступов формообразующего элемента. Удаление остатков легкоплавкого сплава с поверхности заготовки производится при последующей термообработке.The removal of the forming element made of fusible alloy is carried out by calcining the workpiece at a temperature higher than the melting point of the alloy. As a result of this, the molding element is smelted from the material blank with the formation of holes in the blank with channels of a given configuration at the locations of the protrusions of the forming element. Removal of fusible alloy residues from the surface of the workpiece is carried out during subsequent heat treatment.
Далее проводится термическое разложение полимерного связующего вещества в материале углепластиковой заготовки и формирование углеродной структуры, связывающей сплетенные углеродные волокна. Данный процесс осуществляется в три этапа. Первый этап проводится в азотной среде при температуре не менее 850°C. В течение второго этапа заготовка электрода выдерживается в вакууме при температуре не менее 1800°C. В течение третьего этапа заготовка электрода выдерживается в среде природного газа при температуре от 1000 до 1150°C.Next, the thermal decomposition of the polymeric binder in the material of the carbon fiber preform and the formation of the carbon structure that binds the woven carbon fibers is carried out. This process is carried out in three stages. The first stage is carried out in a nitrogen atmosphere at a temperature of at least 850 ° C. During the second stage, the electrode blank is kept in vacuum at a temperature of at least 1800 ° C. During the third stage, the electrode blank is aged in a natural gas environment at a temperature of from 1000 to 1150 ° C.
После завершения процесса термического разложения полимерного связующего вещества и формирования углеродной структуры получают электрод в виде тонкой перфорированной пластины, выполненной из углерод-углеродного композиционного материала. Изготовленный электрод обладает рядом преимуществ по сравнению с электродами, изготовленными в соответствии с известными способами-аналогами. В электроде отсутствуют остаточные деформации, присущие известным методам изготовления. Причиной возникновения остаточных деформаций является использование механических, лучевых и иных методов обработки для образования отверстий в электроде либо для дополнительной финишной обработки каналов отверстий. В разработанном способе необходимость таких операций отсутствует из-за высокой точности выполнения каналов отверстий. Кроме того, отсутствуют какие-либо технологические ограничения по выбору пространственной конфигурации и размеров отверстий. За счет этого расширяются возможности изготовления перфорированных электродов из углерод-углеродного композиционного материала с различной формой и расположением отверстий.After completion of the process of thermal decomposition of the polymer binder and the formation of the carbon structure, an electrode is obtained in the form of a thin perforated plate made of a carbon-carbon composite material. The manufactured electrode has several advantages compared to electrodes made in accordance with known methods-analogues. There are no residual deformations inherent in the known manufacturing methods in the electrode. The reason for the occurrence of residual deformations is the use of mechanical, radiation and other processing methods to form holes in the electrode or for additional finishing processing of the channels of the holes. In the developed method, the need for such operations is absent due to the high accuracy of the channels of the holes. In addition, there are no technological limitations on the choice of spatial configuration and hole sizes. Due to this, the possibilities of manufacturing perforated electrodes from carbon-carbon composite material with different shapes and arrangement of holes are expanding.
Вышеописанные примеры осуществления способа изготовления электродов ионно-оптической системы основываются на конкретных формах электродов и технологических операциях, связанных с выбором определенного материала формообразующего элемента и применением определенного технологического оборудования. В то же время представленное описание примеров осуществления изобретения не исключает возможности достижения технического результата и в других частных случаях реализации способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы. Так, в частности, формообразующий элемент может быть изготовлен с помощью других известных методов трехмерной печати, осуществляемых с помощью 3D-принтеров, к числу которых относятся лазерная и струйная технологии.The above examples of the method of manufacturing the electrodes of the ion-optical system are based on specific forms of electrodes and technological operations associated with the selection of a particular material of the forming element and the use of certain technological equipment. At the same time, the presented description of examples of carrying out the invention does not exclude the possibility of achieving a technical result in other special cases of implementing the method as described in the independent claim. So, in particular, the forming element can be made using other known methods of three-dimensional printing, carried out using 3D printers, which include laser and inkjet technologies.
Для изготовления формообразующего элемента, выполняемого из легкоплавкого сплава, наряду с методом литья по выжигаемым моделям могут использоваться и другие методы точного литья, например метод литья по выплавляемым моделям или метод литья под давлением. Форма рабочей поверхности формообразующего элемента, а также конфигурация и размеры выступов на рабочей поверхности выбираются в соответствии с заданными характеристиками электрода.For the manufacture of a forming element made of a low-melting alloy, along with the method of casting on burned-out models, other methods of precision casting can be used, for example, the method of investment casting or the method of injection molding. The shape of the working surface of the forming element, as well as the configuration and dimensions of the protrusions on the working surface are selected in accordance with the specified characteristics of the electrode.
В зависимости от требуемых прочностных и теплофизических характеристик электрода выбираются используемые для изготовления электрода углеволоконные материалы и полимерные связующие вещества, а также температурные и временные режимы обработки и технологическое оборудование, которое применяется для термической обработки заготовки электрода.Depending on the required strength and thermophysical characteristics of the electrode, the carbon fiber materials and polymer binders used for the manufacture of the electrode, as well as the temperature and time processing modes and technological equipment that are used for the heat treatment of the electrode blank, are selected.
Электроды, выполненные из углерод-углеродного композиционного материала согласно изобретению, предназначены для применения в электроракетных ионных двигателях и могут применяться для широкого круга ионно-лучевых приборов и устройств различного назначения, в которых используются ионно-оптические системы. Такие приборы и устройства используются на практике, в частности в технологических установках, предназначенных для ионно-плазменной обработки деталей и изделий, а также в ускорителях заряженных частиц.The electrodes made of the carbon-carbon composite material according to the invention are intended for use in electric rocket ion engines and can be used for a wide range of ion-beam devices and devices for various purposes that use ion-optical systems. Such instruments and devices are used in practice, in particular in technological installations intended for ion-plasma processing of parts and products, as well as in charged particle accelerators.
Claims (11)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145245/07A RU2543063C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Method of producing electrodes of ion optical system |
| PCT/RU2014/000412 WO2015053658A1 (en) | 2013-10-09 | 2014-06-04 | Method for manufacturing electrodes of ion-optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145245/07A RU2543063C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Method of producing electrodes of ion optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2543063C1 true RU2543063C1 (en) | 2015-02-27 |
Family
ID=51417551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013145245/07A RU2543063C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Method of producing electrodes of ion optical system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2543063C1 (en) |
| WO (1) | WO2015053658A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641641C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-01-19 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of perforating holes in electrodes of ion optical system |
| RU2692757C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-06-27 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Electrode of ion engine and method of its production |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10131113B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-11-20 | Honeywell International Inc. | Multilayered carbon-carbon composite |
| US10302163B2 (en) | 2015-05-13 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon-carbon composite component with antioxidant coating |
| US9944526B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-04-17 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
| US10035305B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-07-31 | Honeywell International Inc. | Method of making carbon fiber preforms |
| US10022890B2 (en) * | 2015-09-15 | 2018-07-17 | Honeywell International Inc. | In situ carbonization of a resin to form a carbon-carbon composite |
| US10300631B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5551904A (en) * | 1993-02-26 | 1996-09-03 | The Boeing Company | Method for making an ion thruster grid |
| RU2430446C2 (en) * | 2008-12-02 | 2011-09-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Method of fabricating electron emitter and method of fabricating image display |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62227603A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-06 | 日本碍子株式会社 | Manufacture of ceramics sintered body and molding tool used for said manufacture |
| US5465023A (en) | 1993-07-01 | 1995-11-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Carbon-carbon grid for ion engines |
| US6318069B1 (en) | 2000-02-02 | 2001-11-20 | Hughes Electronics Corporation | Ion thruster having grids made of oriented pyrolytic graphite |
-
2013
- 2013-10-09 RU RU2013145245/07A patent/RU2543063C1/en active
-
2014
- 2014-06-04 WO PCT/RU2014/000412 patent/WO2015053658A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5551904A (en) * | 1993-02-26 | 1996-09-03 | The Boeing Company | Method for making an ion thruster grid |
| RU2430446C2 (en) * | 2008-12-02 | 2011-09-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Method of fabricating electron emitter and method of fabricating image display |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641641C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-01-19 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of perforating holes in electrodes of ion optical system |
| RU2692757C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-06-27 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Electrode of ion engine and method of its production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015053658A1 (en) | 2015-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2543063C1 (en) | Method of producing electrodes of ion optical system | |
| JP6859441B2 (en) | Manufacturing method of C / C-SiC composite material parts and their products | |
| US11904391B2 (en) | Additive manufacturing of articles comprising beryllium | |
| US10011043B2 (en) | Method of producing an internal cavity in a ceramic matrix composite | |
| EP2509727B1 (en) | Waxless precision casting process | |
| JP5693607B2 (en) | Investment casting process for hollow parts | |
| EP0909825B1 (en) | Method of consolidating/simultaneously forming a plurality of composites | |
| JP2020536173A5 (en) | ||
| US7311790B2 (en) | Hybrid structure using ceramic tiles and method of manufacture | |
| CN111836711A (en) | Additive manufacturing method and apparatus | |
| US20110171487A1 (en) | Method for making a part made of a composite material with a metal matrix | |
| CN111315711A (en) | Method for manufacturing a part made of CMC | |
| CN110732637A (en) | turbine blade air film hole precision forming method | |
| JPS6013261B2 (en) | Method for manufacturing glassy carbon grid electrode for electron tube | |
| EP1524253A1 (en) | Carbon-based shaped part, its process of manufacture and its use | |
| US7351364B2 (en) | Method of manufacturing a hybrid structure | |
| CN110382444B (en) | Method for producing a consolidated fiber preform | |
| CN113953510B (en) | Method for preparing large-size tungsten fiber toughened tungsten Wf/W composite material | |
| CN109970450A (en) | A kind of light sensitive ceramics liquid and its ceramic member for 3D printing | |
| Liu et al. | RP of Si3N4 burner arrays via assembly mould SDM | |
| RU2607073C2 (en) | Method of producing graphite mold to produce castings from refractory and chemically active alloys | |
| Jackson et al. | Discrete Multi-Material Selective Laser Sintering (M2 SLS): Development for an Application in Complex Sand Casting Core Arrays | |
| US4808354A (en) | Method of making electrical discharge machining electrodes | |
| US20240001435A1 (en) | Method of making an inorganic reticulated foam structure | |
| KR102023360B1 (en) | Surface strengthening method and surface strengthened mold formed by applying the same |