阅读说明：本技术 多孔发射针浸润装置及方法 (Porous emission needle infiltration device and method ) 是由 郭登帅 张锐 严玲玲 余勇 黄志伟 李敏 谢祥华 康小明 吴勤勤 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多孔发射针浸润装置及方法,多孔发射针浸润装置包括上下垂直相对布置的浸润模块与加热装置,其中：浸润模块被配置为能够相对于加热装置上下移动,以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；浸润模块包括同轴且由上至下依次连接的存储室及多孔发射针,以及容置于存储室内的固态的推进剂；第一浸润状态包括：浸润模块完全悬置于加热装置上方,多孔发射针的孔隙贯通；第二浸润状态包括：浸润模块完全浸没于加热装置内,加热装置开启,推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入多孔发射针的孔隙；第三浸润状态包括：加热装置关闭,多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态,以完成多孔发射针在装配前的浸润工作。(The invention provides a porous emission needle infiltration device and a method, wherein the porous emission needle infiltration device comprises an infiltration module and a heating device which are vertically and oppositely arranged, wherein: the wetting module is configured to be capable of moving up and down relative to the heating device so as to be in a first wetting state, a second wetting state or a third wetting state; the infiltration module comprises a storage chamber, a multi-hole emission needle and a solid propellant, wherein the storage chamber and the multi-hole emission needle are coaxial and are sequentially connected from top to bottom; the first wetting state includes: the infiltration module is completely suspended above the heating device, and the pores of the porous emission needle are communicated; the second wetting state includes: the infiltration module is completely immersed in the heating device, the heating device is started, and the propellant is melted and flows into the pores of the porous emission needle under the action of gravity and capillary; the third wetting state includes: and closing the heating device, and recovering the solid propellant in the pores of the porous emission needle to complete the infiltration work of the porous emission needle before assembly.)

多孔发射针浸润装置及方法

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，特别涉及一种多孔发射针浸润装置及方法。

背景技术

传统的针型场发射电推力器是一种基于液态金属离子源技术的电推力器，发射针通常为实心钨，金属推进剂被加热熔化后在发射针表面微细凹槽的毛细作用下沿着发射针流动至针尖，在强电场作用下被离子化并加速喷出产生推力。多孔针型场发射电推力器是一种新型的场发射电推力器，其发射针为多孔构型，内部有大量微米尺度的孔，金属推进剂被加热熔化后在发射针内部微孔的毛细作用下流动到针尖，被强电场电离并加速喷出产生推力。由于推进剂为内部流动，多孔针型场发射电推力器具有抗污染能力强、稳定性高的特点。

发射针的浸润是针型场发射电推力器的关键技术之一，在推力器的装配前进行。浸润指的是将推进剂粘附在发射针的表面或填充到内部的孔隙中，其中实心发射针的浸润是将推进剂粘附在针的表面，多孔发射针的浸润将推进剂填充到内部的孔隙中。现有技术采用的浸润方法均为外部浸润法，即将金属推进剂加热熔化并使推进剂粘附在发射针的表面，这些方法只适用于实心发射针的浸润，而不能用于多孔发射针。这是因为为了实现推力器的连续稳定工作，推进剂必须填充多孔发射针内部的所有孔隙，而外部浸润法只能将推进剂粘附在发射针表面而无法保证完好地渗入到多孔发射针内部的微孔中。

申请号为CN201810321269.8的中国发明专利《发射体浸润方法及其专用装置》提到了一种多孔发射体的浸润方法，该方法将发射体浸没在推进剂中，通过抽真空过程中发射体和推进剂中的气体逃逸使得推进剂进入多孔发射体的微细流道中，但是该方法只适用于离子液体、水、甘油等液态推进剂的浸润，不适用于固态的金属推进剂；此外，采用该方法浸润过的发射体在装配过程中仍然会与空气接触，存在被污染和浸润不连续的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔发射针浸润装置及方法，以解决现有的外部浸润法不适用于多孔发射针的浸润的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多孔发射针浸润装置，所述多孔发射针浸润装置包括上下垂直相对布置的浸润模块与加热装置，其中：

所述浸润模块被配置为能够相对于所述加热装置上下移动，以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；

所述浸润模块包括同轴且由上至下依次连接的存储室及多孔发射针，以及容置于所述存储室内的固态的推进剂；

所述第一浸润状态包括：所述浸润模块完全悬置于所述加热装置上方，所述多孔发射针的孔隙贯通；

所述第二浸润状态包括：所述浸润模块完全浸没于所述加热装置内，所述加热装置开启，所述推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入所述多孔发射针的孔隙；

所述第三浸润状态包括：所述加热装置关闭，所述多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针在装配前的浸润工作。

可选的，在所述的多孔发射针浸润装置中，所述多孔发射针的尾部固定在存储室内，所述多孔发射针的针尖位于存储室外；所述多孔发射针的针尖竖直向下，朝向所述加热装置，所述针尖到达所述加热装置顶面的距离为100微米～500微米；

所述加热装置为中心具有凹孔的圆柱结构，所述凹孔的内部侧壁具有加热丝，所述凹孔被配置为容置所述浸润模块。

可选的，在所述的多孔发射针浸润装置中，标定所述多孔发射针的浸润温度，根据所述浸润温度标定所述加热装置的加热功率，并在所述浸润温度下持续加热至所述推进剂完全熔化，使存储室内部的推进剂在重力和毛细作用下输运至针尖完成浸润。

可选的，在所述的多孔发射针浸润装置中，所述多孔发射针浸润装置还包括基座、三爪卡盘、连杆及支撑架，其中：

所述基座被配置为放置并固定所述加热装置；

所述三爪卡盘被配置为固定所述存储室；

所述支撑架固连于所述基座上，并通过所述连杆固定所述三爪卡盘；

所述支撑架的高度可调节；

所述的基座水平放置于一真空舱内，所述真空舱外的电源为所述加热装置供电。

可选的，在所述的多孔发射针浸润装置中，所述多孔发射针包括但不限于钨、铼；

所述推进剂包括但不限于铟、镓、铯。

本发明还提供一种多孔发射针浸润方法，所述多孔发射针浸润方法包括：

将浸润模块与加热装置进行上下垂直相对布置；

所述浸润模块相对于所述加热装置上下移动，以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；

将所述浸润模块的存储室及多孔发射针进行同轴且由上至下依次连接，将固态的推进剂放置于所述存储室内；

所述第一浸润状态包括：所述浸润模块完全悬置于所述加热装置上方，所述多孔发射针的孔隙贯通；

所述第二浸润状态包括：所述浸润模块完全浸没于所述加热装置内，所述加热装置开启，所述推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入所述多孔发射针的孔隙；

所述第三浸润状态包括：所述加热装置关闭，所述多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针在装配前的浸润工作。

可选的，在所述的多孔发射针浸润方法中，将支撑架的高度降低，使所述多孔发射针及所述存储室均处于所述加热装置内部；

标定存储室和多孔发射针的针尖达到1000℃时，加热装置的加热功率，形成标定功率；

在所述标定功率下对所述多孔发射针和存储室持续加热，加热时间不少于10分钟，即完成对所述多孔发射针的浸润。

在本发明提供的多孔发射针浸润装置及方法中，通过浸润模块完全悬置于加热装置上方，多孔发射针的孔隙贯通，浸润模块完全浸没于加热装置内，加热装置开启，固态的推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入多孔发射针的孔隙，加热装置关闭，多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针在装配前的浸润工作，实现了通过重力作用和毛细作用的作用实现熔化的推进剂自动流下，完成在多孔发射针及针尖内的浸润，能够实现场发射电推力器发射针的自动浸润，方法比较简单，只需要控制加热装置的加热功率及时间即可；另外，本发明中的多孔发射针浸润由于是推进剂流通于所述多孔发射针的孔隙中，在重力作用和毛细作用下从多孔发射针的尾部开始进入到内部的微孔，进而逐步填充所有孔隙直至流动到针尖，浸润完成的比较彻底，浸润比较高效，避免了外部浸润发生推进剂停留在发射针外表面的情况；进一步的，通过标定不同推进剂的浸润温度，还能适用于多种推进剂的浸润；更进一步的，相比于发射针外部浸润后，推进剂残留在发射针外表面，在装配过程中容易污染或被去掉，本发明实现了在完成浸润前，通过加热装置关闭，多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态，使得固态的推进剂留在多孔发射针的孔隙内部，无法泄漏出来，也不容易被外界环境污染，具有可靠性高的优势。

附图说明

图1是本发明一实施例多孔发射针浸润装置处于第一浸润状态示意图；

图2是本发明一实施例多孔发射针浸润装置处于第二浸润状态示意图；

图3是本发明一实施例多孔发射针浸润装置位于真空舱内示意图；

图中所示：10-浸润模块；11-存储室；12-多孔发射针；20-加热装置；30-基座；40-三爪卡盘；50-连杆；60-支撑架；70-真空舱；71-电源。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的多孔发射针浸润装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种多孔发射针浸润装置及方法，以解决现有的外部浸润法不适用于多孔发射针的浸润的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种多孔发射针浸润装置及方法，所述多孔发射针浸润装置包括上下垂直相对布置的浸润模块与加热装置，其中：所述浸润模块被配置为能够相对于所述加热装置上下移动，以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；所述浸润模块包括同轴且由上至下依次连接的存储室及多孔发射针，以及容置于所述存储室内的固态的推进剂；所述第一浸润状态包括：所述浸润模块完全悬置于所述加热装置上方，所述多孔发射针的孔隙贯通；所述第二浸润状态包括：所述浸润模块完全浸没于所述加热装置内，所述加热装置开启，所述推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入所述多孔发射针的孔隙；所述第三浸润状态包括：所述加热装置关闭，所述多孔发射针孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针在装配前的浸润工作。

<实施例一>

本实施例提供一种多孔发射针浸润装置，如图1～2所示，所述多孔发射针浸润装置包括上下垂直相对布置的浸润模块10与加热装置20，其中：所述浸润模块10被配置为能够相对于所述加热装置20上下移动，以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；所述浸润模块10包括同轴且由上至下依次连接的存储室11及多孔发射针12，以及容置于所述存储室11内的固态的推进剂；所述第一浸润状态如图1所示，包括：所述浸润模块10完全悬置于所述加热装置20上方，所述多孔发射针12的孔隙贯通；所述第二浸润状态如图2所示，包括：所述浸润模块10完全浸没于所述加热装置20内，所述加热装置20开启，所述推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入所述多孔发射针12的孔隙；所述第三浸润状态包括：所述加热装置20关闭，所述多孔发射针12孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针12在装配前的浸润工作。

具体的，在所述的多孔发射针浸润装置中，所述多孔发射针12的尾部固定在存储室11内，所述多孔发射针12的针尖位于存储室11外；所述多孔发射针12的针尖竖直向下，朝向所述加热装置20，所述针尖到达所述加热装置20顶面的距离为100微米～500微米；所述加热装置20为中心具有凹孔的圆柱结构，所述凹孔的内部侧壁具有加热丝，所述凹孔被配置为容置所述浸润模块10。

进一步的，在所述的多孔发射针浸润装置中，标定所述多孔发射针12的浸润温度，根据所述浸润温度标定所述加热装置20的加热功率，并在所述浸润温度下持续加热至所述推进剂完全熔化，使存储室11内部的推进剂在重力和毛细作用下输运至针尖完成浸润。

如图1所示，在所述的多孔发射针浸润装置中，所述多孔发射针浸润装置还包括基座30、三爪卡盘40、连杆50及支撑架60，其中：所述基座30被配置为放置并固定所述加热装置20；所述三爪卡盘40被配置为固定所述存储室11；所述支撑架60固连于所述基座30上，并通过所述连杆50固定所述三爪卡盘40；所述支撑架60的高度可调节；所述基座30水平放置于一真空舱70内，所述真空舱70外的电源71为所述加热装置20供电。所述多孔发射针12包括但不限于钨、铼；所述推进剂包括但不限于铟、镓、铯。

综上，上述实施例对多孔发射针12浸润装置及方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

<实施例二>

本实施例提供一种多孔发射针浸润方法，所述多孔发射针浸润方法包括：将浸润模块10与加热装置20进行上下垂直相对布置；所述浸润模块10相对于所述加热装置20上下移动，以处于第一浸润状态、第二浸润状态或第三浸润状态；将所述浸润模块10的存储室11及多孔发射针12进行同轴且由上至下依次连接，将固态的推进剂放置于所述存储室11内；所述第一浸润状态包括：所述浸润模块10完全悬置于所述加热装置20上方，所述多孔发射针12的孔隙贯通；所述第二浸润状态包括：所述浸润模块10完全浸没于所述加热装置20内，所述加热装置20开启，所述推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入所述多孔发射针12的孔隙；所述第三浸润状态包括：所述加热装置20关闭，所述多孔发射针12孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针12在装配前的浸润工作。

具体的，在所述的多孔发射针浸润方法中，将支撑架60的高度降低，使所述多孔发射针12及所述存储室11均处于所述加热装置20内部；标定存储室11和多孔发射针12的针尖达到1000℃时，加热装置20的加热功率，形成标定功率；在所述标定功率下对所述多孔发射针12和存储室11持续加热，加热时间不少于10分钟，即完成对所述多孔发射针12的浸润。

在本发明提供的多孔发射针浸润装置及方法中，通过浸润模块10完全悬置于加热装置20上方，多孔发射针12的孔隙贯通，浸润模块10完全浸没于加热装置20内，加热装置20开启，固态的推进剂熔化并通过重力作用以及毛细作用下流入多孔发射针12的孔隙，加热装置20关闭，多孔发射针12孔隙内的推进剂重新恢复固态，以完成多孔发射针12在装配前的浸润工作，实现了通过重力作用和毛细作用的作用实现熔化的推进剂自动流下，完成在多孔发射针12及针尖内的浸润，能够实现场发射电推力器发射针的自动浸润，方法比较简单，只需要控制加热装置20的加热功率及时间即可；另外，本发明中的多孔发射针12浸润由于是推进剂流通于所述多孔发射针12的孔隙中，在重力作用和毛细作用下从多孔发射针12的尾部开始进入到内部的微孔，进而逐步填充所有孔隙直至流动到针尖，浸润完成的比较彻底，浸润比较高效，避免了外部浸润发生推进剂停留在发射针外表面的情况；进一步的，通过标定不同推进剂的浸润温度，还能适用于多种推进剂的浸润；更进一步的，相比于发射针外部浸润后，推进剂残留在发射针外表面，在装配过程中容易污染或被去掉，本发明实现了在完成浸润前，通过加热装置20关闭，多孔发射针12孔隙内的推进剂重新恢复固态，使得固态的推进剂留在多孔发射针12的孔隙内部，无法泄漏出来，也不容易被外界环境污染，具有可靠性高的优势。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。