一种卧式自密封微推进器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种卧式自密封微推进器及其制备方法，用于纳、皮卫星的位置保持、姿态控制和轨道调整等，属于微推进技术和微机电系统(MEMS)领域。该推进器的燃烧室密封在硅基上燃烧室、隔离层和玻璃片之间，燃烧室形状可控，推进剂存储量大，点火器接触面积大，有效的避免了外界环境对于火药的影响，使火药不易受潮、泄露，有效的提高了点火速度和可靠性，提高了出射时的能量密度、出射速度并且能够提高推进方向的精度。本发明专利技术提出的制备工艺目前已经很成熟，易于实现批量加工。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及了一种卧式自密封微推进器及其制备方法，用于纳、皮卫星的位置保持、姿态控制和轨道调整等，属于微推进技术和微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)领域。
技术介绍
：推进器是航天技术中一种重要的致动器，工作时以很高的速度将工作物质(气体或离子)喷出喷管，通过喷射物对推进器及其载体的反冲量提供推进力；除发射用的运载火箭以外，航天器上通常也配有推进器作为位置和姿态控制系统。小型化是目前航天器发展的重要趋势，特别是出现了纳、皮级别的微小卫星，因此迫切需求适合于微型卫星的高可靠性、微推力、低功耗、微冲量的微型推进系统。基于MEMS技术的微型固体推进器在结构上对传统的推进器进行了改进，在工艺上结合了微细加工技术，具有固体推进剂量大且可控，点火器接触好接触面积大，易实现集成化、小型化、低功耗等优点，因此成为微推进系统的重要研究方向。目前大部分的微推进器均采用阵列式推进器，固体推进剂容量受到硅片高度较小的限制，推力不会很大，推进方向垂直于推进器表面，能量密度较小，导致难以实现非常精确的推进方向控制。
技术实现思路
：本专利技术的目的是：提出一种用硅材料形成的卧式自密封微推进器。如图所示，本专利技术所采用的技术方案是：卧式自密封微推进器,主要包括位于硅基上的燃烧室部分1、隔离层2、喷嘴部分3和玻璃片5以及玻璃片上的点火器6。所述燃烧室部分1和喷嘴部分2是由刻蚀硅片形成的图形化凹槽与玻璃片5通过粘接或者键合形成，两者之间通过隔离层2分隔，使得燃烧室部分1形成一密闭空腔，其内填充火药，喷嘴部分2则与外界连通；所属隔离层2为刻蚀燃烧室部分1与喷嘴部分2时由于图形间隔形成的硅材料结构层；所述点火器6由焊盘8和点火电阻7组成，所述的点火电阻7由一根或者多根电阻构成,所述的点火电阻7和焊盘8的材料为金属。进一步的,所述燃烧室部分的深度根据实际推力大小的需要进行调整；进一步的,所述燃烧室形状可以为圆形、矩形或者需要的任意图形；所述喷嘴部分形状为倒梯形；工作时，我们通过外部电路利用焊盘8给点火电阻7通电，点火器开始工作，当燃烧室1中的热量聚集达到固体推进剂的点燃温度后，固体推进剂被点燃，燃烧室1内的气体膨胀，压强增大，达到隔离层2的屈服极限，隔离层破裂，气体通过喷嘴3喷出，产生冲量，达到推进效果。该硅基自密封式微推进器的制作流程为：第一步，图4(a)所示，对硅片进行清洗，去除有机杂质和原生氧化层；第二步，图4(b)所示，在硅片表面图形化光刻胶，再对硅基底进行刻蚀将设计的图形转移到硅片上，得到需要的燃烧室、喷嘴、隔离层的形状；第三步，图4(c)所示，待燃烧室1填好推进剂后，将玻璃片通过静电键合、粘接等方式连接到硅基底4的上表面上，点火电阻7位于燃烧室1的顶部，保证玻璃片长度与硅基底相同，宽度大于硅基底，使得两焊盘露在外面。本专利技术的有益效果是：将燃烧室1密封在燃烧室1、隔离层2和玻璃片5之间，有效防止其受潮、推进剂脱落或者其他外界影响，提高了点火的成功率。目前较多出现的阵列式推进器燃烧室收到硅片的高度限制，固体推进剂容量不会很大，与其相比之下，本专利技术在硅片尺寸很大的长度方向上制作燃烧室，提高了其固体推进剂存储量，燃烧室的形状也可以根据需要进行设计。目前大部分阵列式推进器的点火电阻与固体推进剂接触面积很小，而本专利技术由于燃烧室1和玻璃片5接触面积很大，因此玻璃片上的点火电阻7与燃烧室1中火要接触面积大，提高点火成功率和效率，实现更快更可靠地点火。同时由于隔离层2在点火时的起到的提高极限压力的作用，提高了其出射速度，而与传统微推进器相比又提高了出射的能量密度、实现了较精确的推进方向控制。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明：图1是本专利技术中的卧式自密封微推进器硅基底；图2是本专利技术中的卧式自密封微推进器玻璃片及其电极；图3是卧式自密封微推进器工艺透视图；图4是卧式自密封微推进器制备流程。图中，1-燃烧室，2-隔离层，3-喷嘴，4-硅基底，5-玻璃片，,6-点火器,7-点火电阻，8-焊盘。具体实施方式：参阅图1、图2，本实施例中的卧式自密封微推进器，包括燃烧室1、隔离层2、喷嘴3、硅基底4、玻璃片5、点火器6、点火电阻7、焊盘8、；所属推进器中的燃烧室1、隔离层2和喷嘴3是在硅片上经过干法刻蚀形成的，燃烧室1和喷嘴3的形状和大小是可以改变的，可以根据需要的固体推进剂用量和其他需求对形状和大小进行设计，隔离层的厚度也可以根据推力要求和喷射速度进行计算得到，一般约为5-10微米；燃烧室1里填充固体推进剂；所属推进器中的玻璃片5的表面溅射有点火电阻7和焊盘8形成点火器6；点火电阻7由一根蛇形折叠状金薄膜电阻构成，点火电阻7也可以为了增大接触面积而设计成多跟蛇形折叠状金薄膜电阻，点火器6位于燃烧室1的顶部，点火电阻7直接与固体推进剂接触，通过焊盘8给点火电阻7供电。工作时，外部电路通过焊盘8给点火电阻7通电，点火电阻7温度升高，燃烧室1热量聚集达到固体推进剂的点燃温度，固体推进剂点燃后，燃烧室内的气体膨胀，压强增大，达到隔离层2的屈服极限，隔离层2破裂，气体通过喷嘴3喷出，产生推进效果。该实施例中硅基自密封式微推进器的制作流程为：第一步，图4(a)所示，对硅片进行清洗；第二步，图4(b)所示，在硅片表面图形化光刻胶，再对硅基底进行刻蚀将设计的图形转移到硅片上，得到需要的燃烧室、喷嘴、隔离层的形状；第三步，图4(c)所示，待燃烧室1填好推进剂后，将玻璃片通过静电键合、粘接等方式连接到硅基底4的上表面上，燃烧室1与点火电阻7的位置相对应。由于玻璃片长度与硅基底相同，宽度大于硅基底，因此可保证两焊盘露在外面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
卧式自密封微推进器,其特征在于，主要包括位于硅基上的燃烧室部分1、隔离层2、喷嘴部分3和玻璃片5以及玻璃片上的点火器6；所述燃烧室部分1和喷嘴部分2是由刻蚀硅片形成的图形化凹槽与玻璃片5通过粘接或者键合形成，两者之间通过隔离层2分隔，使得燃烧室部分1形成一密闭空腔，其内填充火药，喷嘴部分2则与外界连通；所属隔离层2为刻蚀燃烧室部分1与喷嘴部分2时由于图形间隔形成的硅材料结构层；所述点火器6由焊盘8和点火电阻7组成，所述的点火电阻7由一根或者多根电阻构成。

【技术特征摘要】
1.卧式自密封微推进器,其特征在于，主要包括位于硅基上的燃烧室部分1、隔离层2、喷嘴部分3和玻璃片5以及玻璃片上的点火器6；所述燃烧室部分1和喷嘴部分2是由刻蚀硅片形成的图形化凹槽与玻璃片5通过粘接或者键合形成，两者之间通过隔离层2分隔，使得燃烧室部分1形成一密闭空腔，其内填充火药，喷嘴部分2则与外界连通；所属隔离层2为刻蚀燃烧室部分1与喷嘴部分2时由于图形间隔形成的硅材料结构层；所述点火器6由焊盘8和点火电阻7组成，所述的点火电阻7由一根或者多根电阻构成。2.如权利要求1所述的卧式自密封微推进器,其特征在于，所述燃烧室部分1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建平，侯建文，谢建兵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61