【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间推进，更具体地，涉及一种电喷雾推力器多孔发射极板及其制造方法。
技术介绍
1、电喷雾推力器具有高比冲、高效率和大推功比等优势，可通过模块化拓展实现推力由μn量级到mn量级的覆盖，已被应用于微纳卫星的推进系统。其工作原理是利用发射极板与提取栅极之间的强静电场在发射体尖端的导电液体中抽取出带电粒子，并进一步对其进行加速而获得推力。
2、发射极板的作用是实现推进剂供给和增强发射体尖端电场，完成带电粒子的引出和加速，是决定推力器性能的最核心器件。根据推进剂输运到发射体尖端的方式，发射体可分为毛细管型、外部浸润型和多孔材料型。多孔材料型发射体能够实现推进剂(一般为离子液)的被动供给，具有结构简单、效率高的相对综合性能优势，是目前电喷雾推力器的发展主流。
3、多孔材料型电喷雾推力器的推力、比冲、寿命等推进性能，不仅受材料特性(孔径、孔隙率等)和发射极板参数(发射体几何形状、阵列密度等)影响，同时还受发射极板加工质量的制约。发射极板的加工质量受材料自身特性与加工工艺共同决定。为获得具备高形状精度、高定位精度和高阵列密度的发射极板，需要相关多孔材料制备与加工工艺相匹配且要具备极高的技术水平。
4、目前，相关技术中采用非颗粒烧结的硼硅酸盐玻璃为发射体基材，利用激光加工锥形发射体制备发射极板，相比烧结玻璃或陶瓷，能有效避免烧结颗粒的剥落。然而这种方法采用先成孔后激光加工，容易导致多孔材料的孔道堵塞，影响发射极板的发射效率。
5、因此，如何解决孔道堵塞导致的发射极板的发射效率低的问题，
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电喷雾推力器多孔发射极板及其制造方法，旨在解决孔道堵塞导致的发射极板的发射效率低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，包括：
3、制备符合发射极板材料的前驱体陶瓷；
4、对所述前驱体陶瓷进行热分相处理；
5、采用激光在热分相处理后的前驱体陶瓷刻蚀出发射体阵列；
6、配置目标浓度的酸溶液，对激光成型后的前驱体陶瓷的阵列发射极板进行酸浸成孔和烘干处理，得到多孔发射极板。
7、在一些实施例中，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理之后，还包括：
8、配置目标浓度的酸溶液，对热分相的前驱体陶瓷进行酸浸成孔和烘干处理，得到多孔陶瓷；
9、采用激光在所述多孔陶瓷上刻蚀出发射体阵列，所述发射体阵列的发射体特征和阵列排布方式均是根据推力器性能技术指标确定的。
10、在一些实施例中，所述采用激光在热分相处理后的前驱体陶瓷刻蚀出发射体阵列，包括：
11、规划激光的分层加工方案与扫描路径，调整每层的激光扫描图形，同时调节扫描振镜的各类延时以提高加工的精度；
12、基于分层的厚度选择激光参数；
13、将前驱体陶瓷定位到加工中心进行激光扫描逐层加工；
14、降低所述激光参数，对粗加工的前驱体陶瓷二次逐层加工，去除侧壁附着粉尘的样品，并对加工后的样品进行形貌检测，根据检测结果微调所述激光参数直至满足加工精度要求。
15、在一些实施例中，所述制备符合发射极板材料的前驱体陶瓷，包括：
16、选择制备符合所述发射极板材料，且合适成孔的氧化物材料，确定原始陶瓷的组分；
17、将各组分的混溶陶瓷浆料放入加热炉中高温熔制；
18、将高温熔制的原始陶瓷置入精密退火炉中退火，得到所述前驱体陶瓷。
19、在一些实施例中，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理，包括：
20、在所述前驱体陶瓷中加入过渡金属离子添加剂，并将前驱体陶瓷加入到550℃-650℃进行分相处理；所述过渡金属离子包括钛离子或锰离子；
21、将分相后的陶瓷置于高温退火炉中退火，释放应力。
22、在一些实施例中，所述发射体形状为微锥形阵列结构、锥柱阵列结构、圆柱阵列结构、或刃口式阵列结构。
23、在一些实施例中，所述前驱体陶瓷的陶瓷体系为硅锆、硅硼和硅磷。
24、在一些实施例中，所述规划激光的分层加工方案与扫描路径，包括：
25、根据发射体的高度进行均等化分，每层深度不大于50μm；
26、根据分层的层数调整加工图形的图形尺寸；
27、所述扫描路径为圆形填充、线填充或螺旋线填充，以获得最大的扫描加工精度。
28、在一些实施例中，所述激光参数包括激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、填充方式、搭接率、聚焦光斑尺寸和加工次数；所述激光的波长为266nm-2000nm，所述聚焦光斑尺寸不大于30μm；
29、所述激光为皮秒或飞秒激光，频率范围为1hz-20000khz。
30、在一些实施例中，所述激光扫描逐层加工采用自上而下顺序逐层扫描加工，通过z轴移动样品、通过机械z轴移动激光焦点或通过动态聚焦移动激光焦点位置；
31、所述前驱体陶瓷的定位采用激光系统中的同轴或傍轴ccd观察。
32、在一些实施例中，所述酸溶液为硝酸、盐酸或硫酸，所述成孔的孔径大小为5nm～200nm。
33、本专利技术还提供一种电喷雾推力器多孔发射极板，所述多孔发射极板基于如上述任一项所述的电喷雾推力器多孔发射极板及其制造方法确定。
34、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
35、(1)本专利技术提供的多孔发射极板制造方法区别于现有的制造方法，采用先制备前驱体陶瓷、再分相、再激光加工成型、最后成孔的顺序，可以避免先成孔后加工的顺序下材料重熔或材料粉尘堵塞孔道的问题，提高发射极板的发射效率。
36、(2)本专利技术提供的发射极板制造方法采用玻璃或陶瓷作为发射极板材料，其成本低廉且易于被激光加工，另外该陶瓷采用高温熔制工艺，使得制备的发射极板具有耐腐蚀、耐高温、寿命长等优点；采用无需掩膜、扫描速度快的激光加工方法，降低了发射极板的加工时间。综合来看，本专利技术可以降低发射极板的制造成本，提高发射极板的加工效率和使用寿命。
37、(3)本专利技术提供的多孔发射极板制造方法可以根据发射极板的设计结果，灵活改变激光扫描图案及分层次数，对定制化排布的发射极阵列进行加工，相较现有加工方法极大提高了发射极板的制造能力。
38、(4)本专利技术提供的多孔发射极板制造方法可以通过对分相过程中过渡金属离子添加剂的控制，实现多孔陶瓷材料内部结构的改变，从而控制多孔陶瓷孔径和孔隙率等参数，获得孔道参数可调的多孔陶瓷发射极板。
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1.一种电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理之后，还包括：
3.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述采用激光在热分相处理后的前驱体陶瓷刻蚀出发射体阵列，包括：
4.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述制备符合发射极板材料的前驱体陶瓷，包括：
5.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理，包括：
6.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述发射体形状为微锥形阵列结构、锥柱阵列结构、圆柱阵列结构、或刃口式阵列结构；
7.根据权利要求3所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述规划激光的分层加工方案与扫描路径，包括：
8.根据权利要求3所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述激光参数
9.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述激光扫描逐层加工采用自上而下顺序逐层扫描加工，通过Z轴移动样品、通过机械Z轴移动激光焦点或通过动态聚焦移动激光焦点位置；
10.一种电喷雾推力器多孔发射极板，其特征在于，所述多孔发射极板基于如权利要求1-9中任一项所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法确定。
...【技术特征摘要】
1.一种电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理之后，还包括：
3.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述采用激光在热分相处理后的前驱体陶瓷刻蚀出发射体阵列，包括：
4.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述制备符合发射极板材料的前驱体陶瓷，包括：
5.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述对所述前驱体陶瓷进行热分相处理，包括：
6.根据权利要求1所述的电喷雾推力器多孔发射极板的制造方法，其特征在于，所述发射体形状为微锥形阵列结构、锥...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓磊敏，吴思，刘浩，乔亚庆，郭大伟，李小康，杨雄，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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