RU2641641C2 - Method of perforating holes in electrodes of ion optical system - Google Patents

Method of perforating holes in electrodes of ion optical system Download PDF

Info

Publication number
RU2641641C2
RU2641641C2 RU2016117374A RU2016117374A RU2641641C2 RU 2641641 C2 RU2641641 C2 RU 2641641C2 RU 2016117374 A RU2016117374 A RU 2016117374A RU 2016117374 A RU2016117374 A RU 2016117374A RU 2641641 C2 RU2641641 C2 RU 2641641C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
ion
holes
optical system
electrode
Prior art date
Application number
RU2016117374A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016117374A (en
Inventor
Виктор Дмитриевич Горохов
Андрей Владимирович Иванов
Павел Александрович Дронов
Олег Олегович Спивак
Тимур Дмитриевич Натальченко
Алексей Борисович Деркачев
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority to RU2016117374A priority Critical patent/RU2641641C2/en
Publication of RU2016117374A publication Critical patent/RU2016117374A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641641C2 publication Critical patent/RU2641641C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: in a method for perforating holes in the electrodes of ion-optical system, based on the formation of ion beams and their subsequent impact onto the surface of the electrode, ion-optical system including an emission electrode is collected before exposing the ion beams onto the surface, then a discharge is formed, creating a flow of ions and directing it through the holes of the emission electrode on the processed surface of the electrode, where the ions are sprayed to the electrode material at the points of exposure.EFFECT: simplification of alignment between the holes in the electrodes when assembling the ion-optical system.4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы (ИОС) ионных двигателей (ИД), ионных пушек и ускорителей.The present invention relates to the field of plasma technology, namely to ion systems, and can be used in the field of rocket and space technology, in the development, manufacture and assembly of an ion-optical system (IOS) of ion engines (ID), ion guns and accelerators.

ИОС является конструктивно и технологически наиболее сложным и ответственным элементом ИД. Она состоит, как правило, из эмиссионного, ускоряющего и замедляющего электродов, в которых выполнены отверстия, причем обычно отверстия в каждом из электродов имеют свой, отличный от отверстий в других электродах, диаметр. Одной из наиболее важных проблем при изготовлении и сборке ИОС ИД является обеспечение точности изготовления электродов ИОС, обеспечение как зазора между электродами, так и соосности отверстий в электродах.IOS is constructively and technologically the most complex and critical element of ID. It consists, as a rule, of emission, accelerating and slowing-down electrodes in which holes are made, and usually the holes in each of the electrodes have their own diameter, different from the holes in other electrodes. One of the most important problems in the manufacture and assembly of IOS ID is the accuracy of the manufacture of IOS electrodes, ensuring both the gap between the electrodes and the alignment of the holes in the electrodes.

Изменение зазора между электродами на 10% по сравнению с расчетным номинальным значением приводит к падению плотности тока до 5%, отклонение диаметра отверстий в электродах от номинального на 2,5% приводит к снижению плотности тока на 2-6,5%, отклонение сосности между отверстиями на 2,5% приводит к падению плотности тока до 5%. Кроме того, плохо сфокусированный пучок ионов приводит к распылению стенок отверстий в электродах, что в итоге ведет к ухудшению параметров ИД. Все это требует особого внимания, создает существенные трудности при проектировании, изготовлении и сборке ИОС ИД.Changing the gap between the electrodes by 10% compared with the calculated nominal value leads to a drop in current density to 5%, a deviation of the diameter of the holes in the electrodes from the nominal by 2.5% leads to a decrease in current density by 2-6.5%, deviation of the pine between holes by 2.5% leads to a drop in current density to 5%. In addition, a poorly focused ion beam leads to sputtering of the walls of the holes in the electrodes, which ultimately leads to a deterioration in the parameters of the ID. All this requires special attention, creates significant difficulties in the design, manufacture and assembly of IOS ID.

Известен способ перфорации отверстий ионно-оптической системы, содержащей эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды. Способ включает послойную укладку углеродных волокон или углеволоконной ткани на рабочую поверхность формообразующего элемента (патент РФ №2543063 (2013 г.) "Способ изготовления электродов ионно-оптической системы" - аналог; Лесневский Л.Н. Технология производства космических двигателей и энергоустановок с использованием наноматериалов: Учебно-методический комплекс / Л.Н. Лесневский, В.Н. Тюрин. - Калуга, Москва: Изд-во «Эйдос», 2011. - 482 с.; - прототип).A known method of perforation of the holes of the ion-optical system containing emission, accelerating and slowing electrodes. The method includes layering carbon fibers or carbon fiber fabric on the working surface of the forming element (RF patent No. 2543063 (2013) "Method for the manufacture of electrodes of the ion-optical system" - analogue; L. Lesnevsky. Production technology of space engines and power plants using nanomaterials : Educational-methodical complex / LN Lesnevsky, VN Tyurin. - Kaluga, Moscow: Eidos Publishing House, 2011. - 482 p .; - prototype).

Такой способ перфорации ионно-оптической системы обладает следующими недостатками:This method of perforation of the ion-optical system has the following disadvantages:

- сложность обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке;- the difficulty of ensuring alignment between the holes in the electrodes during assembly;

- сложность обеспечения соосности между отверстиями в электродах, связанной с учетом термического смещения;- the difficulty of ensuring alignment between the holes in the electrodes associated with the consideration of thermal displacement;

- сложность обеспечения соосности между отверстиями в электродах, связанной с учетом выпуклости (коробления) самих электродов;- the difficulty of ensuring alignment between the holes in the electrodes associated with the convexity (warping) of the electrodes themselves;

- высокие требования к точности изготовления электродов;- high requirements for precision manufacturing of electrodes;

- ограниченность параметров геометрических форм отверстий.- limited parameters of the geometric shapes of the holes.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:The aim of the invention is to remedy these disadvantages, namely:

- упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке ИОС;- simplification of ensuring alignment between the holes in the electrodes when assembling the IOS;

- упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах с учетом термического смещения;- simplification of ensuring alignment between the holes in the electrodes, taking into account thermal displacement;

- упрощение обеспечения соосности между отверстиями, связанной с учетом выпуклости (коробления) самих электродов;- simplification of ensuring alignment between the holes associated with the convexity (warping) of the electrodes themselves;

- снижение требований к точности изготовления электродов;- reducing the requirements for precision manufacturing of electrodes;

- расширение параметров геометрических форм отверстий в электродах.- expanding the parameters of the geometric shapes of the holes in the electrodes.

В предлагаемом изобретении технический эффект достигается тем, что в известном способе перфорации отверстий в электродах ионно-оптической системы, основанном на формировании ионных пучков с последующим их воздействием на обрабатываемую поверхность электрода, согласно изобретению перед воздействием ионных пучков на обрабатываемую поверхность собирают ионно-оптическую систему, включая эмиссионный электрод, затем формируют разряд, создавая поток ионов, и направляют его через отверстия эмиссионного электрода на обрабатываемую поверхность электрода, где ионы распыляют материал электрода в точках воздействия.In the present invention, the technical effect is achieved by the fact that in the known method of perforating holes in the electrodes of the ion-optical system, based on the formation of ion beams with their subsequent action on the treated electrode surface, according to the invention, an ion-optical system is assembled before the ion beams on the treated surface, including the emission electrode, then form a discharge, creating a stream of ions, and direct it through the holes of the emission electrode on the surface awn electrode where the ions of the electrode material is sprayed in the target points.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря ей появляется возможность обеспечить высокую точность изготовления перфорированной решетки электродов ионно-оптической системы, минимизировав время на ее изготовление и последующую настройку (юстировку) соосности отверстий между электродами во время сборки.The indicated set of features exhibits new properties, which make it possible to ensure high accuracy in the manufacture of the perforated lattice of the electrodes of the ion-optical system, minimizing the time for its manufacture and subsequent adjustment (adjustment) of the alignment of the holes between the electrodes during assembly.

Предлагаемая «технология» перфорации электродов ионно-оптической системы иллюстрируется на фиг. 1 (общая схема), на фиг. 2, 3 представлен элемент ионно-оптической системы, где:The proposed “technology” of perforation of the electrodes of the ion-optical system is illustrated in FIG. 1 (general diagram), in FIG. 2, 3 presents an element of the ion-optical system, where:

1 - эмиссионный электрод;1 - emission electrode;

2 - ускоряющий электрод;2 - accelerating electrode;

3 - замедляющий электрод;3 - retarding electrode;

4 - внутренний фланец эмиссионного электрода;4 - inner flange of the emission electrode;

5 - внешний фланец эмиссионного электрода;5 - outer flange of the emission electrode;

6 - отверстия в эмиссионном электроде;6 - holes in the emission electrode;

7, 14 - регулировочная шайба;7, 14 - an adjusting washer;

8, 9, 12, 13 - керамический изолятор;8, 9, 12, 13 - ceramic insulator;

10, 11 - винт;10, 11 - screw;

15 - ионный пучок;15 - ion beam;

16 - отверстия в ускоряющем электроде;16 - holes in the accelerating electrode;

IУЭ - сила тока ускоряющего электрода;I UE is the current strength of the accelerating electrode;

IЭЭ - сила тока эмиссионного электрода.I EE - current strength of the emission electrode.

Ионно-оптическая система состоит из эмиссионного электрода 1 с отверстиями 5, формирующими апертурную сетку, и ускоряющего 2 электрода, фланцев 3, 4 эмиссионного электрода, керамических изоляторов 6, 8, регулировочных шайб 7. Изолятор между электродами для исключения пробоев из-за распыления материала ускоряющего электрода может быть закрыт металлической сеткой.The ion-optical system consists of an emission electrode 1 with holes 5 forming an aperture mesh, and an accelerating 2 electrodes, flanges 3, 4 of the emission electrode, ceramic insulators 6, 8, shims 7. An insulator between the electrodes to prevent breakdowns due to atomization of the material accelerating electrode can be covered with a metal mesh.

Принцип изготовления отверстий ускоряющего электрода для ионно-оптической системы заключается в следующем.The principle of manufacturing the holes of the accelerating electrode for the ion-optical system is as follows.

Ионно-оптическую систему (ИОС) в сборе с газоразрядной камерой (ГРК) помещают в вакуумную камеру. В ГРК зажигается плазменный разряд. На готовый перфорированный ЭЭ 1 и обрабатываемый УЭ 2 подается разность напряжений. Появившиеся ионные пучки бомбардируют УЭ 2, начиная распыление материала (фиг. 2).The ion-optical system (IOS), complete with a gas discharge chamber (GRC), is placed in a vacuum chamber. In the GRK, a plasma discharge is ignited. The finished perforated EE 1 and the processed UE 2 is fed the voltage difference. The emerging ion beams bombard the UE 2, starting to spray the material (Fig. 2).

Вследствие длительного воздействия ионных пучков на УЭ 2 начнут образовываться отверстия (фиг. 3). Данный метод повышает точность соосности отверстий даже с учетом термического смещения. При этом качество и форма отверстий в электродов ЭЭ не имеет значение.Due to the prolonged exposure to ion beams on the UE 2, holes will begin to form (Fig. 3). This method improves the alignment accuracy of the holes even taking into account thermal displacement. Moreover, the quality and shape of the holes in the electrodes of the EE does not matter.

Для уточнения готовности отверстий УЭ с электродов снимаются показания силы токов IУЭ и IЭЭ. В начале изготовления отверстий IУЭ=IЭЭ, так как весь заряд ионов оседает на УЭ. При выполнении операции ионные пучки начнут пробивать и проходить сквозь образующиеся отверстия (фиг. 2). В результате этого сила тока УЭ IУЭ начнет падать (фиг 3.). Отверстия УЭ считаются окончательно готовыми, когда IУЭ<0,1⋅IЭЭ (фиг. 4).To clarify the readiness of the RE holes, the current strengths of the I RE and the I E are taken from the electrodes. At the beginning of the manufacture of holes, I UE = I EE , since the entire ion charge settles on the UE. During the operation, ion beams will begin to penetrate and pass through the holes formed (Fig. 2). As a result of this, the current strength of the UE I UE will begin to fall (Fig 3.). UE openings are considered to be finally finished when I UE <0.1⋅I EE (Fig. 4).

Изготовление перфорационной сетки данным методом позволит увеличить высокую точность соосности между отверстиями электродов при сборке. А так как для перфорации УЭ требуется только один готовый ЭЭ, то это уменьшает требования к точности изготовления самого ЭЭ, что снижает стоимость затрат на изготовление электродов.The manufacture of perforated mesh with this method will increase the high accuracy of alignment between the holes of the electrodes during assembly. And since perforation of REs requires only one ready-made EE, this reduces the requirements for the accuracy of manufacturing EE itself, which reduces the cost of the cost of manufacturing the electrodes.

Таким образом, благодаря использованию изобретения обеспечивается изготовление отверстий электродов ионно-оптической системы с минимальным отклонением соосности отверстий между электродами от номинального расчетного значения, что обеспечит минимальный разброс параметров и характеристик ионно-оптической системы для любых геометрических форм электродов.Thus, through the use of the invention, the manufacture of the holes of the electrodes of the ion-optical system is ensured with a minimum deviation of the alignment of the holes between the electrodes from the nominal design value, which will ensure a minimum variation in the parameters and characteristics of the ion-optical system for any geometric shapes of the electrodes.

Claims (1)

Способ перфорации отверстий в электродах ионно-оптической системы, основанный на формировании ионных пучков с последующим их воздействием на обрабатываемую поверхность электрода, отличающийся тем, что перед воздействием ионных пучков на обрабатываемую поверхность собирают ионно-оптическую систему, включая эмиссионный электрод, затем формируют разряд, создавая поток ионов, и направляют его через отверстия эмиссионного электрода на обрабатываемую поверхность электрода, где ионы распыляют материал электрода в точках воздействия.A method of perforating holes in the electrodes of an ion-optical system, based on the formation of ion beams with their subsequent exposure to the treated electrode surface, characterized in that before the action of ion beams on the treated surface, an ion-optical system is assembled, including an emission electrode, then a discharge is formed, creating ion flow, and direct it through the holes of the emission electrode to the electrode surface to be treated, where ions spray the electrode material at the points of influence.
RU2016117374A 2016-05-04 2016-05-04 Method of perforating holes in electrodes of ion optical system RU2641641C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117374A RU2641641C2 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of perforating holes in electrodes of ion optical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117374A RU2641641C2 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of perforating holes in electrodes of ion optical system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016117374A RU2016117374A (en) 2017-11-10
RU2641641C2 true RU2641641C2 (en) 2018-01-19

Family

ID=60264127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117374A RU2641641C2 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of perforating holes in electrodes of ion optical system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641641C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219358A1 (en) * 2005-03-31 2010-09-02 Veeco Instruments, Inc. Grid transparency and grid hole pattern control for ion beam uniformity
RU127511U1 (en) * 2012-12-07 2013-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" ION OPTICAL SYSTEM OF ION ENGINE
US8813824B2 (en) * 2011-12-06 2014-08-26 Mikro Systems, Inc. Systems, devices, and/or methods for producing holes
RU2543063C1 (en) * 2013-10-09 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method of producing electrodes of ion optical system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219358A1 (en) * 2005-03-31 2010-09-02 Veeco Instruments, Inc. Grid transparency and grid hole pattern control for ion beam uniformity
US8813824B2 (en) * 2011-12-06 2014-08-26 Mikro Systems, Inc. Systems, devices, and/or methods for producing holes
RU127511U1 (en) * 2012-12-07 2013-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" ION OPTICAL SYSTEM OF ION ENGINE
RU2543063C1 (en) * 2013-10-09 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method of producing electrodes of ion optical system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016117374A (en) 2017-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2633543B1 (en) Device for producing an electron beam
KR101967238B1 (en) SiC COATING IN AN ION IMPLANTER
KR101350759B1 (en) Apparatus for accelerating an ion beam
RU2641641C2 (en) Method of perforating holes in electrodes of ion optical system
US3351731A (en) Method and apparatus for treating material with a charged beam
WO2011034086A1 (en) Electron gun and vacuum processing device
CN105097407A (en) Small-caliber and variable-aperture grid assembly
RU2373603C1 (en) Source of fast neutral atoms
US8575565B2 (en) Ion source apparatus and methods of using the same
SG10201902967TA (en) Electron beam vaporizer and method for vaporizing a vaporization material by means of an electron beam
RU2716133C1 (en) Source of fast neutral molecules
RU107657U1 (en) FORVACUMUM PLASMA ELECTRONIC SOURCE
US4939425A (en) Four-electrode ion source
CN103178349A (en) Microstructure processing method
CN103298232B (en) Ion source
US10636617B2 (en) Axial electron gun
RU2702623C1 (en) Source of fast neutral molecules
RU2656851C1 (en) Plasma accelerator with closed electron drift
RU2657273C1 (en) Method of filtration of drop phase during deposition from vacuum-arc discharge plasma
US9916960B2 (en) Device for producing an electron beam
CN206148395U (en) Produce low -energy ion &#39;s device
CN108231527B (en) Uniform projection type electronic optical structure
RU2581835C1 (en) Controlled emitting unit of electronic devices with autoelectronic emission and x-ray tube with said unit
RU2801364C1 (en) Method for generating solid state ion fluxes
JP2019139950A (en) Ion source and ion implantation device