阅读说明：本技术 离子推进器及其制备方法 (ion thruster and preparation method thereof ) 是由 谭秋林 张永威 张磊 张文栋 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种离子推进器及其制备方法,该离子推进器制备方法包括：多个预制生瓷片层叠并层压形成前部；多个预制生瓷片层叠并层压形成后部；将前部和后部组装放置在烧结模具中,前部与后部的锥形部紧密配合；将主阴极放置在前部的阴极孔中,并在阴极孔中填充陶瓷浆料以固定主阴极；将烧结模具放置在加热炉中烧结。该离子推进器采用了模块化加工方法,在每个模块制造时,均采用将多个预制生瓷片层叠在一起,并层压的方法,具有工艺简单、成本低的优点,且制成的离子推进器尺寸小,并具有良好的耐高温性能。(The invention discloses an ion thruster and a preparation method thereof, wherein the preparation method of the ion thruster comprises the following steps: laminating and laminating a plurality of prefabricated green tiles to form a front portion; laminating and laminating a plurality of prefabricated green tiles to form a rear portion; assembling the front part and the rear part in a sintering mold, wherein the front part is tightly matched with the conical part of the rear part; placing a main cathode in the cathode hole at the front part, and filling ceramic slurry in the cathode hole to fix the main cathode; and placing the sintering mold in a heating furnace for sintering. The ion thruster adopts a modularized processing method, and adopts a method of laminating a plurality of prefabricated green ceramic sheets when each module is manufactured, so that the ion thruster has the advantages of simple process and low cost, and the manufactured ion thruster is small in size and has good high-temperature resistance.)

离子推进器及其制备方法

技术领域

本发明涉及空间推进技术领域，尤其涉及一种离子推进器及其制备方法。

背景技术

离子推进器，又称离子发动机，为空间电推进技术中的一种，其特点是推力小、比冲高，广泛应用于微小卫星的空间推进，如姿态控制、位置保持、轨道机动和空间飞行等。

随着微小卫星广泛应用于通信、对地遥感、行星际探测等领域，对离子推进器的应用需求不断增加，制备工艺简单、低成本的离子推进器成为首选。另外，由于微小卫星工作的宇宙空间环境复杂，尤其是温度变化范围大，对所使用的离子推进器的耐高温性能提出了较高的要求。

发明内容

本发明提供一种离子推进器及其制备方法，该制备方法工艺简单、成本低，且采用该方法制备的离子推进器具有良好的耐高温性能。

本发明提供的一种离子推进器的制备方法，包括：步骤101、多个预制生瓷片层叠并层压形成前部，所述前部包括阴极孔和进气孔；步骤102、多个预制生瓷片层叠并层压形成后部，所述后部包括中部和尾部，所述中部包括锥形部和桶部；反应腔室位于所述中部内，所述反应腔室内放置有外形与所述反应腔室匹配的预制碳块，所述预制碳块表面与所述锥形部对应的位置形成有阳极金属层；所述尾部包括具有多个所述喷孔且间隔一定距离相对设置的加速栅阴极和加速栅阳极；引出电极穿过所述锥形部；所述中部外表面形成有永磁体插槽；步骤103、将所述前部和所述后部组装放置在烧结模具中，所述前部与所述后部的所述锥形部紧密配合，以使所述阴极孔和所述进气孔与所述反应腔室连通；步骤104、将主阴极放置在所述阴极孔中，并在所述阴极孔中填充陶瓷浆料以固定所述主阴极；步骤105、将所述烧结模具放置在加热炉中烧结。

进一步地，所述步骤101具体包括：切割生瓷带形成生瓷片；在所述生瓷片的指定位置上形成通孔和/或开口，以形成预制生瓷片；在所述通孔和/或所述开口中填充碳膜；将多个填充有所述碳膜的所述预制生瓷片层叠并层压，所述通孔连通形成所述阴极孔，所述开口和所述通孔连通形成所述进气孔。

进一步地，所述步骤102具体包括：切割生瓷带形成生瓷片；在所述生瓷片上形成开口和/或通孔,以形成预制生瓷片；在所述预制生瓷片上印刷所述引出电极；将外形尺寸逐渐增大的多个所述预制生瓷片层叠形成所述锥形部，所述引出电极形成在所述锥形部；将与所述锥形部最大预制生瓷片外形尺寸相同的多个所述预制生瓷片层叠形成所述桶部，所述锥形部和所述桶部的所述通孔连通形成反应腔室，所述开口形成所述永磁体插槽；在所述预制生瓷片的所述通孔内填充碳膜，并在填充有碳膜的所述预制生瓷片表面印刷栅金属层，形成所述加速栅阴极和所述加速栅阳极，填充有碳膜的所述通孔形成所述喷孔；将所述加速栅阳极、所述预制生瓷片、所述加速栅阴极依次层叠并层压，形成所述尾部；将所述锥形部、所述桶部、所述预制碳块、所述尾部依次层叠在一起，并层压。

进一步地，所述步骤101还包括：在层叠所述预制生瓷片前，形成第一温度传感器、第一压力传感器和振动传感器；所述步骤102还包括：在层叠所述预制生瓷片前，形成第二温度传感器和第二压力传感器。

可选地，形成所述第一温度传感器或所述第二温度传感器的步骤具体包括：在第一生瓷片上形成介质通孔；在所述介质通孔中填充温敏陶瓷；在所述第一生瓷片上方相邻的第二生瓷片朝向所述第一生瓷片的表面上印刷上电极，所述上电极覆盖所述介质通孔并延伸至所述第二生瓷片边缘；在所述第一生瓷片下方相邻的第三生瓷片朝向所述第一生瓷片的表面上印刷下电极，所述下电极覆盖所述介质通孔并延伸至所述第三生瓷片边缘。

可选地，形成所述第一压力传感器或所述第二压力传感器的步骤具体包括：在第一生瓷片上形成介质通孔；在所述介质通孔中填充碳膜；在所述第一生瓷片上方相邻的第二生瓷片朝向所述第一生瓷片的表面上印刷上电极，所述上电极覆盖所述介质通孔并延伸至所述第二生瓷片边缘；在所述第一生瓷片下方相邻的第三生瓷片朝向所述第一生瓷片的表面上印刷下电极，所述下电极覆盖所述介质通孔并延伸至所述第三生瓷片边缘。

可选地，形成所述振动传感器的步骤具体包括：在第一生瓷片上形成十字交叉微梁；在所述第一生瓷片下方的第二生瓷片上对应所述十字交叉微梁的位置形成第一介质通孔；在所述第一生瓷片上方的第三生瓷片上对应所述十字交叉微梁的位置形成第二介质通孔；在所述第一介质通孔和所述第二介质通孔中填充碳膜；在所述十字交叉微梁上印刷下电极，所述下电极延伸至所述第一生瓷片边缘；在所述第三生瓷片上方的第四生瓷片朝向所述第三生瓷片的表面上印刷上电极，所述上电极覆盖所述第二介质通孔，且延伸至所述第四生瓷片边缘。

可选地，制备方法还包括在所述永磁体插槽中放置永磁体。

本发明提供的一种离子推进器，由上面所述的方法制备而成。

进一步地，上述离子推进器还包括中和剂管道，位于尾部一侧，用于向所述尾部周围喷射负电离子。

本发明提供的离子推进器的制备方法及应用该方法制备的离子推进器中，采用了模块化加工方法，首先制造离子推进器前部，然后加工制造后部，最后将两部分对接烧结，另外，在每个模块制造时，均采用将多个预制生瓷片层叠在一起，并层压的方法，方法简单，便于实现，且陶瓷材料成本低廉，因此显著降低了离子推进器的制造成本，另外，其中采用的烧结即共烧工艺可以是高温共烧工艺，也可以是低温共烧工艺，使得烧制完成的陶瓷材料具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、导热性能良好等优点，因此制备出的离子推进器也具有良好的耐高温性能。

除此之外，利用切割工艺形成的生瓷片可以非常薄，利用打孔工艺形成的孔也可以非常小，因此，经过层叠和层压后，离子推进器的整体尺寸可以非常小，能达到毫米级，甚至微米级，以适用不同的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种离子推进器的立体透视图；

图2为图1所示的离子推进器的剖面示意图；

图3为图1所示的离子推进器的前部中各生瓷片的层压前、后示意图；

图4为图1所示的离子推进器的后部中各生瓷片的层压前、后示意图；

图5为图1所示的离子推进器中前部与后部组装示意图；

图6为图5所示的组装后的离子推进器的剖面示意图；

图7为本发明实施例提供的一种离子推进器的制备方法流程图；

图8为本发明实施例提供的一种形成前部的方法流程图；

图9为本发明实施例提供的一种形成后部的方法流程图；

图10为本发明实施例提供的一种形成温度传感器的方法流程图；

图11为本发明实施例提供的一种形成压力传感器的方法流程图；

图12为本发明实施例提供的一种形成振动传感器的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种离子推进器的立体透视图；图2为图1所示的离子推进器的剖面示意图；图3为图1所示的离子推进器的前部中各生瓷片的层压前、后示意图；图4为图1所示的离子推进器的后部中各生瓷片的层压前、后示意图；图5为图1所示的离子推进器中前部与后部组装示意图；图6为图5所示的组装后的离子推进器的剖面示意图；图7为本发明实施例提供的一种离子推进器的制备方法流程图；图8为本发明实施例提供的一种形成前部的方法流程图；图9为本发明实施例提供的一种形成后部的方法流程图；图10为本发明实施例提供的一种形成温度传感器的方法流程图；图11为本发明实施例提供的一种形成压力传感器的方法流程图；图12为本发明实施例提供的一种形成振动传感器的方法流程图。

本发明实施例提供了一种离子推进器的制备方法，如图1～7所示，该方法包括如下步骤。

步骤101、多个预制生瓷片p层叠并层压形成前部51，该前部51包括阴极孔k1和进气孔k2。

生瓷片可由ALN(氮化铝)或者AL₂O₃(三氧化二铝)生瓷带切割后获得，生瓷片还需要采用打孔工艺在指定位置形成所需的通孔、开口，以形成预制生瓷片。本发明中预制生瓷带的材料不限于ALN或者AL₂O₃，也可以是本领域技术人员所知的其它材料。

步骤102、多个预制生瓷片p层叠并层压形成后部B，该后部B包括中部53和尾部52，中部53包括锥形部b1和桶部b2，反应腔室c位于中部53内，反应腔室c内放置有外形与反应腔室c匹配的预制碳块t，该预制碳块t表面与锥形部b1对应的位置形成有阳极金属层21，尾部52包括具有多个喷孔k4且间隔一定距离相对设置的加速栅阳极s1和加速栅阴极s2，引出电极3穿过锥形部b1，中部外表面形成有永磁体插槽k3，用于放置永磁体。

预制碳块t是由多层碳膜m层叠并层压形成，预制碳块t的外形与反应腔室c匹配，使得在形成后部B的过程中，能够将预制碳块t填充在反应腔室c内，在层压预制生瓷片p的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。另外，预制碳块t表面与锥形部b1对应的位置形成有阳极金属层21，阳极金属层21在后续的烧结步骤中随着预制碳块t的挥发，黏附在锥形部b1内表面并固着成形，形成主阳极2，该主阳极2与穿过锥形部b1的引出电极3一端电连接，引出电极3的另一端延伸至锥形部b1的外表面，用于与外部的电源阳极电连接。

步骤103、将前部51和后部B组装放置在烧结模具中，该前部51与该后部B的锥形部b1紧密配合，以使阴极孔k1和进气孔k2与反应腔室c连通。

步骤104、将主阴极1放置在阴极孔k1中，并在阴极孔中填充陶瓷浆料以固定该主阴极1。

步骤105、将烧结模具放置在加热炉中烧结。

烧结工艺，即共烧工艺可以是低温共烧工艺(LTCC)也可以是高温共烧工艺(HTCC)，用于将层压的预制生瓷片烧制成一体，形成陶瓷材料的本体5以及固定在本体5上的主阴极1、主阳极2、引出电极3。

本发明提供的离子推进器的制备方法中，采用了模块化加工方法，首先制造离子推进器前部，然后加工制造后部，最后将两部分对接烧结，另外，在每个模块制造时，均采用将多个预制生瓷片层叠在一起，并层压的方法，方法简单，便于实现，且陶瓷材料成本低廉，因此显著降低了离子推进器的制造成本，另外，其中采用的烧结即共烧工艺可以是高温共烧工艺，也可以是低温共烧工艺，使得烧制完成的陶瓷材料具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、导热性能良好等优点，因此制备出的离子推进器也具有良好的耐高温性能。

除此之外，利用切割工艺形成的生瓷片可以非常薄，利用打孔工艺形成的孔也可以非常小，因此，经过层叠和层压后，离子推进器的整体尺寸可以非常小，能达到毫米级，甚至微米级，以适用不同的场合。而现有的离子推进器主体多采用金属材料，制备方法主要是将金属材料模压成型，这种方法形成的结构不可能达到毫米级，无法制造出尺寸很小的离子推进器。

上述制备方法中，步骤101形成前部的方法具体可以如图8所示包括如下步骤。

步骤1011、切割生瓷带形成生瓷片。

生瓷带的材料可以是ALN(氮化铝)或者是AL₂O₃(三氧化二铝)，但本发明不限于此。

步骤1012、在生瓷片上形成通孔和/或开口，以形成预制生瓷片p。

如图3和图5所示，通孔(例如阴极孔k1)和开口(例如气体通道o3)均是穿通生瓷片而形成，开口会使生瓷片的边缘部分敞开，而通孔不会。

步骤1013、在通孔和/或开口中填充碳膜。

填充碳膜的目的是将预制生瓷片上的空腔填满，使得在后续层压预制生瓷片的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。有的预制生瓷片p只有开口或者只有通孔，有的预制生瓷片p上既有开口又有通孔，因此，在一个预制生瓷片p上填充碳膜时，可能是只需填充通孔，也可能是只需填充开口，也有可能是既需填充通孔也需填充开口。

步骤1014、将多个填充有碳膜的预制生瓷片层叠并层压，通孔连通形成阴极孔k1，开口和通孔连通形成进气孔k2。

如图3和图5所示，每个预制生瓷片p中央的圆孔连通起来形成了阴极孔k1，用于容纳主阴极1。在形成有开口的两个预制生瓷片p上同时也形成了大的圆孔，并与开口连通，开口下方的预制生瓷片p上在中央的圆孔周围还环绕了8个小的圆孔。当这些预制生瓷片层叠并层压后，两个层叠的开口连通形成进气孔k2中的气体通道o3，多个层叠的大的圆孔形成进气孔k2中的大圆形孔o2，多个层叠的小的圆孔形成进气孔k2中的小圆形孔o1，气体通道o3、大圆形孔o2、小圆形孔o1连通形成进气孔k2。

需要说明的是：通孔和开口的形状、大小、数量及排布均不限于图中所示，可以是本领域技术人员所知的任何一种形状、大小、数量及排布。

上述离子推进器的制备方法中，步骤102形成后部的方法可以如图9所示具体包括如下步骤。

步骤1021、切割生瓷带形成生瓷片。

生瓷带的材料可以是ALN(氮化铝)或者是AL₂O₃(三氧化二铝)，但本发明不限于此。

步骤1022、在生瓷片上形成开口和/或通孔kt，以形成预制生瓷片。

如图4和图5所示，通孔kt和开口(例如永磁体插槽k3)均是穿通生瓷片而形成，开口会使生瓷片的边缘部分敞开，而通孔kt不会。

步骤1023、在预制生瓷片上印刷引出电极。

引出电极3用于将锥形部b1内壁表面上的主阳极2延伸到锥形部b1的外壁上，因此，在形成有引线电极3的预制生瓷片上的通孔壁是将来形成的锥形部b1内壁的一部分，印刷的引出电极3一端到达通孔壁，另一端到达该预制生瓷片的外表面。

步骤1024、将外形尺寸逐渐增大的多个预制生瓷片层叠形成锥形部b1，引出电极3形成在该锥形部。

在形成锥形部b1的多个预制生瓷片p中包括印刷有引出电极的预制生瓷片，且这些预制生瓷片p的外形尺寸逐渐增大，层叠后即可形成外形为锥形的锥形部b1。

步骤1025、将与锥形部最大预制生瓷片外形尺寸相同的多个预制生瓷片层叠形成桶部b2，锥形部和桶部的通孔连通形成反应腔室c，开口形成永磁体插槽k3。

如图4和图5所示，3个预制生瓷片p上都形成有开口，其中的每个预制生瓷片p上形成有4个开口，每个开口用来形成永磁体插槽k3，这12个永磁体插槽k3环绕在桶部b2外壁上，均匀排布，用于***不同磁性的永磁体，从而通过在相邻的异性磁极之间的作用，在反应腔室c中形成能使电子做回旋运动的磁场，以增大电子与反应腔室c中燃料气体的气体分子碰撞的几率。

需要说明的是：永磁体插槽k3的数量和排布方式并不限于图中所示，本领域技术人员所知的其它数量和排布方式也可用于本发明。

步骤1026、在预制生瓷片的通孔内填充碳膜，并在填充有碳膜的预制生瓷片表面印刷栅金属层，形成加速栅阳极s1和加速栅阴极s2，填充有碳膜的通孔形成喷孔k4。

加速栅阳极s1和加速栅阴极s2分别连接电源阴极和电源阳极后，在加速栅阳极s1和加速栅阴极s2之间形成电场，用于使带正电的气体阳离子加速从喷孔k4喷出。用于形成加速栅阳极s1和加速栅阴极s2的预制生瓷片上的通孔形成了喷孔k4。

在预制生瓷片表面印刷栅金属层之前，需要在通孔内填充碳膜，填充碳膜的目的是将预制生瓷片上的空腔填满，使得在后续层压预制生瓷片的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。

步骤1027、将加速栅阳极s1、预制生瓷片p、加速栅阴极s2依次层叠并层压，形成尾部52。

加速栅阳极s1和加速栅阴极s2之间需要间隔一定的距离，以保证在它们之间形成电场，因此，在形成尾部52时，用一个预制生瓷片p夹在加速栅阳极s1和加速栅阴极s2之间以形成间隔，这个预制生瓷片上形成有通孔，这个通孔足够大，以露出所有的喷孔k4，便于气体阳离子顺利喷出。

步骤1028、将锥形部b1、桶部b2、预制碳块t、尾部52依次层叠在一起，并层压。

预制碳块t是由多层碳膜层叠并层压形成，预制碳块t的外形与反应腔室c匹配，使得在形成后部B的过程中，能够将预制碳块t填充在反应腔室c内，在层压预制生瓷片p的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。另外，预制碳块t表面与锥形部b1对应的位置形成有阳极金属层21，阳极金属层21在后续的烧结步骤中随着预制碳块t的挥发，黏附在锥形部b1内表面并固着成形，形成主阳极2，该主阳极2与穿过锥形部b1的引出电极3一端电连接，引出电极3的另一端延伸至锥形部b1的外表面，用于与外部的电源阳极电连接。

上述制备方法中，步骤101形成前部51的方法中还可以包括：在层叠预制生瓷片前，形成第一温度传感器w1、第一压力传感器y1和振动传感器z，另外，步骤102形成后部B的方法中还可以包括：在层叠预制生瓷片前，形成第二温度传感器w2和第二压力传感器y2。

在前部51形成的第一温度传感器w1、第一压力传感器y1以及振动传感器z可以分别用来检测离子推进器所处的环境的温度、压力及振动信息，防止环境恶劣损坏离子推进器。而在后部B形成的第二温度传感器w2、第二压力传感器y2可以用来检测离子推进器反应腔室c内部的温度及压力信息，以监控离子推进器能正常工作。

具体地，形成第一温度传感器w1和第二温度传感器w2方法类似，可以如图10所示包括如下步骤。

步骤201、在第一生瓷片上形成介质通孔。

温度传感器的结构包括上电极、下电极以及上电极和下电极之间的温敏陶瓷，温敏陶瓷填充在介质通孔中，如图3～5所示，用来形成介质通孔的生瓷片指定为第一生瓷片。在形成第一温度传感器w1时，形成介质通孔的步骤可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。同样地，在形成第二温度传感器w2时，形成介质通孔的步骤也可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。形成介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的同时进行时，第一生瓷片为切割生瓷带形成的生瓷片，而形成介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的之后进行时，第一生瓷片为预制生瓷片。

步骤202、在介质通孔中填充温敏陶瓷。

温敏陶瓷也叫热敏陶瓷是一类其电阻率随温度发生明显变化的材料。可用于制作温度传感器，温度测量，线路温度补偿和稳频等。

步骤203、在第一生瓷片上方相邻的第二生瓷片朝向该第一生瓷片的表面上印刷上电极，该上电极覆盖介质通孔并延伸至第二生瓷片边缘。

如图3～5所示，第一生瓷片上方相邻的生瓷片指定为第二生瓷片，在第二生瓷片朝向该第一生瓷片的表面上印刷上电极，对于第一温度传感器w1来说就是印刷上电极d1，对于第二温度传感器w2来说就是印刷上电极d3。第二温度传感器w2上电极d3的印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的上电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖介质通孔，条形部分延伸至第二生瓷片边缘，用于连接外部电路。

步骤204、在第一生瓷片下方相邻的第三生瓷片朝向第一生瓷片的表面上印刷下电极，下电极覆盖介质通孔并延伸至第三生瓷片边缘。

如图3～5所示，第一生瓷片下方相邻的生瓷片指定为第三生瓷片，在第三生瓷片朝向该第一生瓷片的表面上印刷下电极，对于第一温度传感器w1来说就是印刷下电极d2，对于第二温度传感器w2来说就是印刷下电极d4。第二温度传感器w2下电极d4的印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的下电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖介质通孔，条形部分延伸至第三生瓷片边缘，用于连接外部电路。

上述形成传感器的步骤中，形成第一压力传感器y1和第二压力传感器y2方法类似，可以如图11所示具体包括如下步骤。

步骤301、在第一生瓷片上形成介质通孔。

压力传感器的结构包括上电极、下电极以及上电极和下电极之间的空腔，空腔位于介质通孔中，如图3～5所示，用来形成介质通孔的生瓷片指定为第一生瓷片。需要说明的是，此处的第一生瓷片、第二生瓷片以及第三生瓷片仅用于在形成压力传感器的过程中相互区别，与形成温度传感器所使用的第一生瓷片、第二生瓷片以及第三生瓷所指的生瓷片并不一定是相同的。也就是说，压力传感器中的第一生瓷片可以与温度传感器的第一生瓷片相同，也可以不同；压力传感器中的第二生瓷片可以与温度传感器的第二生瓷片相同，也可以不同；压力传感器中的第三生瓷片可以与温度传感器的第三生瓷片相同，也可以不同。

在形成第一压力传感器y1时，形成介质通孔的步骤可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。同样地，在形成第二压力传感器y2时，形成介质通孔的步骤也可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。形成介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的同时进行时，第一生瓷片为切割生瓷带形成的生瓷片，而形成介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的之后进行时，第一生瓷片为预制生瓷片。

步骤302、在介质通孔中填充碳膜。

填充碳膜的目的是将介质通孔形成的空腔填满，使得在后续层压预制生瓷片的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。

步骤303、在第一生瓷片上方相邻的第二生瓷片朝向第一生瓷片的表面上印刷上电极，该上电极覆盖介质通孔并延伸至第二生瓷片边缘。

如图3～5所示，第一生瓷片上方相邻的生瓷片指定为第二生瓷片，在第二生瓷片朝向该第一生瓷片的表面上印刷上电极，对于第一压力传感器y1来说就是印刷上电极d5，对于第二压力传感器y2来说就是印刷上电极d7。第二压力传感器y2上电极d7的印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的上电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖介质通孔，条形部分延伸至第二生瓷片边缘，用于连接外部电路。

步骤304、在第一生瓷片下方相邻的第三生瓷片朝向第一生瓷片的表面上印刷下电极，该下电极覆盖介质通孔并延伸至第三生瓷片边缘。

如图3～5所示，第一生瓷片下方相邻的生瓷片指定为第三生瓷片，在第三生瓷片朝向该第一生瓷片的表面上印刷下电极，对于第一压力传感器y1来说就是印刷下电极d6，对于第二压力传感器y2来说就是印刷下电极d8。第二压力传感器y2下电极d8的印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的下电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖介质通孔，条形部分延伸至第三生瓷片边缘，用于连接外部电路。

上述形成传感器的步骤中，形成振动传感器的方法可以如图12所示具体包括如下步骤。

步骤401、在第一生瓷片上形成十字交叉微梁L。

振动传感器的结构包括上电极、下电极以及上电极和下电极之间的空腔，空腔位于介质通孔中，如图3～5所示，第二介质通孔是振动传感器用来形成空腔介质通孔。用来形成第二介质通孔的生瓷片指定为第三生瓷片，另外，在振动传感器z中，还包括第一介质通孔，它形成在十字交叉微梁L下方，为微梁的振动提供空间。

十字交叉微梁L是四个条形瓷材料从中间的瓷材料四周向外延伸，条形瓷材料的末端与周围的瓷材料连接，而条形瓷材料两侧的瓷材料通过打孔工艺被去除，形成空腔。

形成十字交叉微梁L的步骤可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。形成十字交叉微梁L的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的同时进行时，第一生瓷片为切割生瓷带形成的生瓷片，而形成十字交叉微梁L的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的之后进行时，第一生瓷片为预制生瓷片。

步骤402、在第一生瓷片下方的第二生瓷片上对应十字交叉微梁的位置形成第一介质通孔。

形成第一介质通孔的步骤可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。形成第一介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的同时进行时，第二生瓷片为切割生瓷带形成的生瓷片，而形成第一介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的之后进行时，第二生瓷片为预制生瓷片。

步骤403、在第一生瓷片上方的第三生瓷片上对应十字交叉微梁的位置形成第二介质通孔。

形成第二介质通孔的步骤可以在形成预制生瓷片步骤1012的同时或之后进行。形成第二介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的同时进行时，第三生瓷片为切割生瓷带形成的生瓷片，而形成介质通孔的步骤在形成预制生瓷片步骤1012的之后进行时，第三生瓷片为预制生瓷片。

步骤404、在第一介质通孔和第二介质通孔中填充碳膜。

填充碳膜的目的是将介质通孔形成的空腔填满，使得在后续层压预制生瓷片的时候，不会因为空腔的存在而使层压的结构变形。

步骤405、在十字交叉微梁上印刷下电极，下电极延伸至第一生瓷片边缘。

如图3～5所示，十字交叉微梁L的中间的瓷材料形成一个平台，在其上印刷的电极作为振动传感器的下电极d10。该印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的下电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖介质通孔，条形部分通过一条微梁延伸至第一生瓷片边缘，用于连接外部电路。

步骤406、在第三生瓷片上方的第四生瓷片朝向第三生瓷片的表面上印刷上电极，上电极覆盖第二介质通孔，且延伸至第四生瓷片边缘。

如图3～5所示，第三生瓷片上方相邻的生瓷片指定为第四生瓷片，在第四生瓷片朝向该第三生瓷片的表面上印刷上电极d9。振动传感器z上电极d9的印刷步骤可以在印刷引出电极步骤1023的同时或之后进行。

图示的上电极包括板形部分和条形部分，板形部分覆盖第二介质通孔，条形部分延伸至第四生瓷片边缘，用于连接外部电路。

上述的温度传感器、压力传感器和振动传感器统称为参数传感器，这些参数传感器的上电极、下电极均可以采用耐高温金属材料制成，例如铂或者金，当然本发明并不限于此，任何耐高温金属材料均可用于本发明。

上述的离子推进器中，还可以集成天线和无源元件，如LC传感器等形成无线无源测量方式。

通过上述实施例描述的方法将参数传感器集成在离子推进器中时，上电极和下电极均可以采用印刷的方法，印刷的金属层非常薄，不会过多地增加层压后结构的尺寸，且工艺简单，另外两个电极之间的介质层(温敏陶瓷或者空腔)也是利用陶瓷片上的介质通孔形成，不仅具有很薄的厚度，而且只使用的打孔工艺，工艺成本低。因此，本发明实施例提供离子推进器的制备方法具有工艺简单，成本低的有点，且采用该方法制备的离子推进器具有较小的尺寸。

如图1～6所示，本实施例还提供一种离子推进器，该离子推进器由上述实施例描述的离子推进器的制备方法制备而成。

具体地，该离子推进器包括主阴极1、主阳极2、引出电极3、永磁体和由多个预制生瓷片p层叠后层压共烧形成的本体5。其中，本体5包括前部51、尾部52及位于前部51和尾部52之间的中部53，中部53内具有中空的反应腔室c。

前部51形成有与反应腔室c连通的阴极孔k1和进气孔k2，主阴极1通过阴极孔k1伸入反应腔室c中，并固定在阴极孔k1中。中部53外表面形成有永磁体插槽k3，永磁体固定在永磁体插槽k3内，用于在反应腔室c中形成磁场。该中部53包括连接前部51的锥形部b1和连接尾部的桶部b2，主阳极2附着在锥形部b1内壁表面；引出电极3穿过锥形部b1与主阳极2电连接。

尾部52包括具有多个喷孔k4且间隔一定距离相对设置的加速栅阳极s1和加速栅阴极s2，用于在尾部52形成电场。

上述离子推进器工作时，如图1和图2所示，燃料气体通过进气孔k2进入反应腔室c中，锥形部b1内壁表面上附着有主阳极2，该主阳极2经由穿过锥形部b1的引出电极3与电源阳极在本体5外电连接；在本体5中部53外表面的永磁体插槽k3中固定有永磁体，用于在反应腔室c中产生磁场；主阴极1电连接电源阴极后会释放电子，该释放的电子在主阴极1与主阳极2之间的电场作用下向主阳极2做加速运动，同时在磁场作用下由于洛伦兹力产生回旋运动增大了电子与反应腔室c中燃料气体的气体分子碰撞的几率；电子与气体分子发生碰撞后会产生带正电的气体阳离子和游离的电子，带正电的气体阳离子在经过本体5尾部52的加速栅阳极s1和加速栅阴极s2形成的电场加速后通过喷孔k4从尾部高速喷出，形成推力。

生瓷片可由ALN(氮化铝)或者AL₂O₃(三氧化二铝)生瓷带切割后获得，切割后的生瓷片还需要采用打孔工艺在指定位置形成所需的通孔，从而形成预制生瓷片。本发明中预制生瓷带的材料不限于ALN或者AL₂O₃，也可以是本领域技术人员所知的其它材料。

上述层压工艺是将层叠在一起的预制生瓷片挤压，使层与层之间的间隙空气排出。上述的共烧工艺可以是低温共烧工艺(Low-Temperature co-fired Ceramics，LTCC)，也可以是高温共烧工艺(High-Temperature co-fired Ceramic，HTCC)，用于将层压的预制生瓷片烧制成一体，形成陶瓷材料的本体5。

本发明提供的离子推进器中，由于在形成本体时采用了将多个预制生瓷片层叠在一起，经过层压和共烧后形成了由陶瓷材料构成的本体，该陶瓷材料成本低廉，显著降低了离子推进器的成本，另外，仅需要采用简单的层叠、层压以及共烧就能形成离子推进器，制备工艺简单，而且共烧工艺可以是高温共烧工艺，也可以是低温共烧工艺，烧制完成的陶瓷材料具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、导热性能良好等优点，因此制备出的离子推进器也具有良好的耐高温性能。

如上述实施例所述，该离子推进器还可以具有较小的尺寸，以适用不同的场合。

上述的离子推进器还可以包括多个参数传感器，参数传感器用于检测例如是温度、压力、振动等参数信息，参数传感器包括上电极、下电极及位于上电极和下电极之间的介质层。具体地，参数传感器可以为温度传感器、压力传感器或振动传感器。

当参数传感器为温度传感器时，可以在前部51设置第一温度传感器w1，用于检测前部51周围的环境温度，防止离子推进器工作的环境的温度过高，造成离子推进器的损坏。另外，还可以在中部53设置第二温度传感器w2，用于检测中部53内的反应腔室c的腔内温度，防止腔内温度过高，造成离子推进器的损坏。

第一温度传感器w1包括上电极d1、下电极d2及位于上电极d1和下电极d2之间的温敏陶瓷j1。温敏陶瓷也叫热敏陶瓷是一类其电阻率随温度发生明显变化的材料。可用于制作温度传感器，温度测量，线路温度补偿和稳频等。温敏陶瓷j1填充在前部51陶瓷材料中的一个空腔内。

第二温度传感器w2与第一温度传感器w1结构相同，也包括上电极d3、下电极d4及位于上电极d3和下电极d4之间的温敏陶瓷j2。温敏陶瓷j2填充在中部53陶瓷材料中的一个空腔内。由于第一温度传感器w1用于检测前部51周围的环境温度，所以第一温度传感器w1的设置位置更靠近前部51的外表面，即温敏陶瓷j1所在的空腔更靠近前部51的外表面，而第二温度传感器w2用于检测中部53内的反应腔室c的腔内温度，所以第二温度传感器w2的设置位置更靠近中部53的内表面，使其更靠近反应腔室c，即温敏陶瓷j2所在的空腔更靠近中部53的内表面。

当参数传感器为压力传感器时，可以在前部51设置第一压力传感器y1，用于检测前部51周围的环境压力，防止离子推进器工作的环境的压力过高，造成离子推进器的损坏。另外，还可以在中部53设置第二压力传感器y2，用于检测中部53内的反应腔室c的腔内压力，防止腔内压力过高，造成离子推进器的损坏。

第一压力传感器y1包括上电极d5、下电极d6及位于上电极d5和下电极d6之间的空气间隙j3。空气间隙j3位于前部51陶瓷材料中的一个空腔内，当环境压力变化时，陶瓷材料受力变形使得空腔变形，从而使得上电极d5和下电极d6之间的空气间隙j3的厚度发生变化，进而使得第一压力传感器y1的电参数发生改变。

第二压力传感器y2与第一压力传感器y1结构相同，也包括上电极d7、下电极d8及位于上电极d7和下电极d8之间的空气间隙j4。空气间隙j4位于中部53陶瓷材料中的一个空腔内，当环境压力变化时，陶瓷材料受力变形使得空腔变形，从而使得上电极d7和下电极d8之间的空气间隙j4的厚度发生变化，进而使得第二压力传感器y2的电参数发生改变。

由于第一压力传感器y1用于检测前部51周围的环境压力，所以第一压力传感器y1的设置位置更靠近前部51的外表面，即空腔更靠近前部51的外表面，而第二压力传感器y2用于检测中部53内的反应腔室c的腔内压力，所以第二压力传感器y2的设置位置更靠近中部53的内表面，使其更靠近反应腔室c，即空气间隙j4所在的空腔更靠近中部53的内表面。

当参数传感器为振动传感器时，可以在前部51设置振动传感器z，用于检测前部51周围的环境振动，防止离子推进器工作的环境的振动过大，造成离子推进器的损坏。

振动传感器z包括上电极d9、下电极d10及上电极d9和下电极d10之间的空气间隙j5，空气间隙j5位于前部51陶瓷材料中的空腔内，与压力传感器不同的是，下电极d10形成在十字交叉微梁L上。十字交叉微梁L是四个条形瓷材料从中间的瓷材料四周向外延伸，条形瓷材料的末端与周围的瓷材料连接，而条形瓷材料两侧的瓷材料被去除，形成空腔。另外，在十字交叉微梁L的上方和下方均形成有空腔，这样在离子推进器所在的环境发生振动时，十字交叉微梁L就会产生振动。在十字交叉微梁L的中间的瓷材料上形成有振动传感器z的下电极d10，下电极d10的上方形成有空腔，其中的空气间隙j5用作振动传感器z的介质层，空腔上方形成有上电极d9。十字交叉微梁L的振动使空气间隙j5的厚度发生变化，进而使得振动传感器z的电参数发生改变。

上述的离子推进器中，还可以集成天线和无源元件，如LC传感器等形成无线无源测量方式。

需要说明的是：图中示出的各参数传感器中容纳介质层的空腔均为正方形，本发明不限于此，空腔的形状可以根据需要设置成任何形状；图中示出的各参数传感器中各个上电极和各个下电极均为正方形，本发明不限于此，上电极和下电极的形状可以根据需要设置成任何能覆盖介质层的形状；用于容纳介质层的空腔位置也不限于图中所示，可以是能实现相应参数检测的任何位置。

上述实施例中，上电极和下电极可采用耐高温金属材料制成，如铂或者金，当然本发明并不限于此，任何耐高温金属材料均可用于本发明。

上述离子推进器中，图3和图5中所示的进气孔k2包括环绕于阴极孔k1周围的多个小圆形孔o1，以及能包围这些小圆形孔o1与阴极孔k1的大圆形孔o2，还包括前部51侧壁上形成的一个气体通道o3，气体通道o3与这个大圆形孔o2连通，使外部的燃料气体能通过气体通道o3输送至大圆形孔o2，再进入小圆形孔o1中。

如图3和图5所示，多个小圆形孔o1均匀环绕在阴极孔k1周围，如此设置可以使燃料气体进入反应腔室c中后均匀地分布，便于主阴极1产生的电子与更多的气体分子碰撞。

上述实施例中，离子推进器还可以包括中和剂管道6，如图2所示，位于尾部52一侧，用于向尾部52周围喷射负电离子。这些负电离子用于中和从尾部52喷出的带正电的气体阳离子。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。