大发射电流空心阴极.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911362861.3 (22)申请日 2019.12.26 (71)申请人 兰州空间技术物理研究所 地址 730000 甘肃省兰州市城关区渭源路 97号 (72)发明人 谷增杰郭宁杨威贾艳辉 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 杨潇廖辉 (51)Int.Cl. F03H 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种大发射电流空心阴极 (57)摘要 本发明提供了一种大发射电流空心阴极， 包 括储备式发射体、 阴极管、 多孔塞、 加热器、 多。

2、层 保温热屏筒、 陶瓷、 触持极、 安装法兰及进气管； 储备式发射体为圆柱体， 沿周向均匀分布有轴向 通孔； 阴极管与带边沿进气管固连形成杯形件； 储备式发射体固连在杯形件内壁， 同时储备式发 射体底面与进气管通过多孔塞连通； 阴极管外圆 周设置加热器， 并通过加热器外围的多层保温热 屏筒保温； 触持极与安装法兰通过陶瓷绝缘连 接， 形成杯形件、 加热器、 多层保温热屏筒的安装 空间， 杯形件的进气管穿过安装法兰与外界连 通， 杯形件杯口与触持极相对， 触持极顶部的触 持极孔与轴向通孔同轴， 引出电子电流。 本发明 提高了发射能力， 实现百安级大发射电流。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页。

3、 CN 111156141 A 2020.05.15 CN 111156141 A 1.一种大发射电流空心阴极， 其特征在于， 所述空心阴极包括储备式发射体、 阴极管、 多孔塞、 加热器、 多层保温热屏筒、 陶瓷、 触持极、 安装法兰及进气管； 所述储备式发射体为圆柱体， 沿周向均匀分布有轴向通孔； 所述阴极管与带边沿进气 管固连形成杯形件； 所述储备式发射体固连在杯形件内壁， 同时所述储备式发射体底面与 进气管通过多孔塞连通； 阴极管外圆周设置加热器， 并通过加热器外围的多层保温热屏筒 保温； 所述触持极与安装法兰通过陶瓷绝缘连接， 形成杯形件、 加热器、 多层保温热屏筒的 安装空间， 杯形。

4、件的进气管穿过安装法兰与外界连通， 杯形件杯口与触持极相对， 所述触持 极顶部的触持极孔与轴向通孔同轴， 引出电子电流。 2.如权利要求1所述的大发射电流空心阴极， 其特征在于， 所述加热器包括加热丝、 环 形骨架、 陶瓷外套、 加热引线及陶瓷管； 所述加热丝缠绕在环形骨架上， 加热引线穿过多层保温热屏筒与加热丝一端连接， 同 时加热引线与多层保温热屏筒接触部分通过陶瓷管绝缘； 环形骨架外圆周设置陶瓷外套。 3.如权利要求1所述的大发射电流空心阴极， 其特征在于， 所述多层保温热屏筒包括热 屏顶板、 热屏筒、 周向热屏及底部热屏； 所述热屏顶板为圆环状， 固定在热屏筒开放端， 周向热屏设置在热。

5、屏筒内部， 与热屏筒 间隔一定距离； 底部热屏设置在热屏筒封闭端， 与热屏筒底面间隔一定距离。 4.如权利要求1所述的大发射电流空心阴极， 其特征在于， 所述储备式发射体包括阴极 顶板、 发射体筒、 发射物质、 钨海绵体及发射体底板； 阴极顶板和发射体底板固定在发射体筒的两端， 圆筒状钨海绵体沿周向均匀分布在发 射体筒内， 钨海绵体内表面为电子发射表面， 钨海绵体与发射体筒之间容纳发射物质； 所述 阴极顶板上加工有节流孔， 发射体底板上加工有进气孔， 所述节流孔和进气孔与钨海绵体 同轴。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111156141 A 2 一种大发射电流空心阴极 技术领域 0001 。

6、本发明涉及电推进系统技术领域， 具体涉及一种大发射电流空心阴极。 背景技术 0002 大发射电流空心阴极是大功率、 超大功率空间电推进系统的核心， 受现有技术条 件下电子发射物质直流发射能力限制， 依靠现有单放电通道空心阴极技术， 难以把空心阴 极电子发射能力提升至100A量级。 钡钨发射体需用钨海绵体浸渍钡盐以存储发射物质， 现 有工艺技术条件下， 大尺寸钨海绵体孔洞均匀性和一致性难以保证， 无法满足百安级大发 射电流空心阴极研制需求。 发明内容 0003 有鉴于此， 本发明提供了一种大发射电流空心阴极， 提高了发射能力， 实现百安级 大发射电流。 0004 本发明采取的技术方案如下： 00。

7、05 一种大发射电流空心阴极， 所述空心阴极包括储备式发射体、 阴极管、 多孔塞、 加 热器、 多层保温热屏筒、 陶瓷、 触持极、 安装法兰及进气管； 0006 所述储备式发射体为圆柱体， 沿周向均匀分布有轴向通孔； 所述阴极管与带边沿 进气管固连形成杯形件； 所述储备式发射体固连在杯形件内壁， 同时所述储备式发射体底 面与进气管通过多孔塞连通； 阴极管外圆周设置加热器， 并通过加热器外围的多层保温热 屏筒保温； 所述触持极与安装法兰通过陶瓷绝缘连接， 形成杯形件、 加热器、 多层保温热屏 筒的安装空间， 杯形件的进气管穿过安装法兰与外界连通， 杯形件杯口与触持极相对， 所述 触持极顶部的触持。

8、极孔与轴向通孔同轴， 引出电子电流。 0007 进一步地， 所述加热器包括加热丝、 环形骨架、 陶瓷外套、 加热引线及陶瓷管； 0008 所述加热丝缠绕在环形骨架上， 加热引线穿过多层保温热屏筒与加热丝一端连 接， 同时加热引线与多层保温热屏筒接触部分通过陶瓷管绝缘； 环形骨架外圆周设置陶瓷 外套。 0009 进一步地， 所述多层保温热屏筒包括热屏顶板、 热屏筒、 周向热屏及底部热屏； 0010 所述热屏顶板为圆环状， 固定在热屏筒开放端， 周向热屏设置在热屏筒内部， 与热 屏筒间隔一定距离； 底部热屏设置在热屏筒封闭端， 与热屏筒底面间隔一定距离。 0011 进一步地， 所述储备式发射体包括。

9、阴极顶板、 发射体筒、 发射物质、 钨海绵体及发 射体底板； 0012 阴极顶板和发射体底板固定在发射体筒的两端， 圆筒状钨海绵体沿周向均匀分布 在发射体筒内， 钨海绵体内表面为电子发射表面， 钨海绵体与发射体筒之间容纳发射物质； 所述阴极顶板上加工有节流孔， 发射体底板上加工有进气孔， 所述节流孔和进气孔与钨海 绵体同轴。 0013 有益效果： 说明书 1/3 页 3 CN 111156141 A 3 0014 1、 本发明利用沿周向均匀设置轴向通孔的储备式发射体增加发射面的面积， 提高 发射能力， 结合加热器、 多层保温热屏筒的加热和保温功能实现百安级大发射电流， 不引入 其他复杂工艺， 。

10、具有较强的可实现性。 0015 2、 本发明储备式发射体采用周向均匀分布的多个钨海绵体构成电子发射表面， 不 需要加工大尺寸钨海绵体； 而发射体内部腔室储备较多发射物质， 随着钨海绵体内部及表 面的发射物质的消耗， 储备的发射物质能够通过扩散过程及时补充至钨海绵体表面， 维持 电子发射表面的发射物质覆盖度， 是保证大发射电流空心阴极工作寿命的基础。 附图说明 0016 图1为本发明的整体结构示意图； 0017 图2(a)、 (b)分别为储备式发射体的剖视图、 左视图； 0018 其中， 1-阴极顶板； 2-节流孔； 3-发射体筒； 4-发射物质； 5-钨海绵体； 6-发射体底 板； 7-进气孔。

11、； 8-触持极孔； 9-触持极； 10-热屏顶板； 11-热屏筒； 12-周向热屏； 13-加热丝陶 瓷管； 14-底部热屏； 15-加热丝引线； 16-触持极绝缘陶瓷； 17-安装法兰； 18-紧固件； 19-加 热丝绝缘陶瓷； 20-进气管； 21-多孔塞； 22-阴极管； 23-加热丝； 24-环形螺纹骨架； 25-陶瓷 外套。 具体实施方式 0019 下面结合附图并举实施例， 对本发明进行详细描述。 0020 本实施例提供了一种大发射电流空心阴极， 包括储备式发射体、 阴极管22、 多孔塞 21、 加热器、 多层保温热屏筒、 触持极绝缘陶瓷16、 触持极9、 紧固件18、 安装法兰17。

12、及进气管 20。 0021 如图1所示， 阴极管22与带边沿进气管20固连形成杯形件， 储备式发射体固连在杯 形件内壁， 同时储备式发射体底面即发射体底板6与进气管20通过多孔塞21连通； 阴极管22 外圆周设置加热器， 并通过加热器外围的多层保温热屏筒保温； 触持极9为一端开放的圆筒 结构， 开放端与安装法兰17通过触持极绝缘陶瓷16绝缘连接， 通过紧固件18将三者固定连 接， 形成杯形件、 加热器、 多层保温热屏筒的安装空间， 进气管20穿过安装法兰20与外界连 通， 杯形件杯口与触持极9相对， 触持极9封闭端设有触持极孔8， 触持极孔8与杯形件内储备 式发射体的钨海绵体5同轴， 引出电子。

13、电流。 0022 储备式发射体包括阴极顶板1、 发射体筒3、 发射物质4、 钨海绵体5及发射体底板6； 阴极顶板1采用高纯高密度金属钨制成， 这种材料耐高温， 抗离子溅射能力强； 发射体筒3和 发射体底板6可采用钽或钼铼合金等耐高温材料； 发射物质4可以是三元铝酸盐或钪酸盐等 电子发射物质， 发射物质4可以通过多孔钨海绵体5扩散至钨海绵体内表面， 在内表面形成 低功函数的电子发射表面。 0023 如图2(a)、 (b)所示， 阴极顶板1和发射体底板6固定在发射体筒3的两端， 圆筒状钨 海绵体5沿周向均匀分布在发射体筒3内， 钨海绵体5与发射体筒3之间容纳发射物质4； 阴极 顶板1上加工有节流孔。

14、2， 以保持发射体内部有较高的气体密度； 发射体底板6上加工有进气 孔7， 节流孔2和进气孔7与钨海绵体5同轴。 0024 加热器包括加热丝23、 环形螺纹骨架24、 陶瓷外套25、 加热引线15及加热丝陶瓷管 说明书 2/3 页 4 CN 111156141 A 4 13； 加热丝23缠绕在环形螺纹骨架24上， 加热引线15穿过多层保温热屏筒的热屏筒11及底 部热屏14与加热丝23一端连接， 同时加热引线15与热屏筒11及底部热屏14接触部分通过外 套加热丝陶瓷管13绝缘， 加热引线15穿过触持极绝缘陶瓷16及安装法兰17与外部电源相 连， 加热引线15与安装法兰17接触部分通过外套加热丝绝。

15、缘陶瓷19绝缘； 环形螺纹骨架24 外圆周设置陶瓷外套25。 0025 多层保温热屏筒包括热屏顶板10、 热屏筒11、 周向热屏12及底部热屏14； 热屏顶板 10为圆环状， 固定在热屏筒11开放端， 周向热屏12设置在热屏筒11内部， 与热屏筒11间隔一 定距离； 底部热屏14设置在热屏筒11封闭端， 与热屏筒11底面间隔一定距离。 0026 每个钨海绵体5、 节流孔2和触持极孔8同轴布局， 保证空心阴极工作时每个钨海绵 体5温度分布相同， 从每个孔引出的电子电流分布均匀。 可通过设计钨海绵体5的内径和数 量得到不同发射电流的空心阴极。 0027 综上所述， 以上仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 111156141 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111156141 A 6 。