Способ изготовления элементов и сборки ионно-оптической системы (варианты), ионно-оптическая система

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы (ИОС) ионных двигателей (ИД). Технический результат - упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке ИОС; обеспечение регулировки зазора между электродами при сборке ИОС. В способе изготовления и сборки ионно-оптической системы, основанном на обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между этими электродами, согласно изобретению: изготовление отверстий осуществляют от базы, представляющей собой не менее двух базовых отверстий, выполненной в каждом из электродов; базу образуют из не менее двух неравномерно расположенных отверстий; обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением; обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением по одной и той же программе; отверстия в электродах выполняют с помощью электроэрозионной обработки; после получения отверстий в электродах выполняют их электрополировку; соосность отверстий между электродами обеспечивают настройкой соосности базовых отверстий; настройку зазора обеспечивают доработкой или подбором регулировочных шайб, при этом электроды опирают не менее чем на три элемента, представляющих собой сочетание керамических изоляторов и регулировочных шайб. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы (ИОС) ионных двигателей (ИД).

ИОС является конструктивно и технологически наиболее сложным и ответственным элементом ИД. Она состоит, как правило, из эмиссионного, ускоряющего и замедляющего электродов, в которых выполнены отверстия, причем обычно отверстия в каждом из электродов имеют свой, отличный от отверстий в других электродах, диаметр. Одной из наиболее важных проблем при изготовлении и сборке ИОС ИД является обеспечение точности изготовления электродов ИОС, обеспечения как зазора между электродами, так и соосности отверстий в электродах.

Изменение зазора между электродами на 10% по сравнению с расчетным номинальным значением приводит к падению плотности тока до 5%, отклонение диаметра отверстий в электродах от номинального на 2,5% приводит к снижению плотности тока на 2-6,5%, отклонение соосности между отверстиями на 2,5% приводит к падению плотности тока до 5%. Кроме того, плохо сфокусированный пучок ионов приводит к распылению стенок отверстий в электродах, что в итоге ведет к ухудшению параметров ИД. Все это требует особого внимания, создает существенные трудности при проектировании, изготовлении и сборке ИОС ИД.

Известна конструкция ионно-оптической системы, содержащая эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды, способ ее изготовления и сборки, основанный на изготовлении отверстий в электродах, обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между электродами (патент США 7414355 (2005 г.) "Charged particle beam extraction and formation apparatus"; Лесневский Л.Н. Технология производства космических двигателей и энергоустановок с использованием наноматериалов: Учебно-методический комплекс / Л.Н. Лесневский, В.Н. Тюрин. - Калуга, Москва: Изд-во «Эйдос», 2011. - 482 с.; Космические ядерные энергоустановки и электроракетные двигатели. Конструкция и расчет деталей: Учебное пособие / П.В. Андреев, А.С. Демидов, Н.И. Ежов и др. - М.: Изд-во МАИ, 2014. - 508 с. - прототипы).

Такая ионно-оптическая система обладает следующими недостатками:

- сложность обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке;

- невозможность регулировки зазора между электродами при сборке ИОС, что требует повышенной точности изготовления составных частей ИОС.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:

- упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке ИОС;

- обеспечение регулировки зазора между электродами при сборке ИОС.

В предлагаемом изобретении технический эффект достигается тем, что в известном способе изготовления и сборки ионно-оптической системы, основанном на обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между этими электродами согласно изобретению:

- изготовление отверстий осуществляют от базы, представляющей собой не менее двух базовых отверстий, выполненной в каждом из электродов;

- базу образуют из не менее двух неравномерно расположенных отверстий;

- обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением;

- обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением по одной и той же программе;

- отверстия в электродах выполняют с помощью электроэрозионной обработки;

- после получения отверстий в электродах выполняют их электрополировку;

- соосность отверстий между электродами обеспечивают настройкой соосности базовых отверстий;

- настройку зазора обеспечивают доработкой или подбором регулировочных шайб, при этом электроды опирают не менее чем на три элемента, представляющих собой сочетание керамических изоляторов и регулировочных шайб.

Указанные способы реализованы в ионно-оптической системе, содержащей эмиссионный, ускоряющий, замедляющий электроды и изоляторы между ними, в которой согласно изобретению:

- в электродах, как минимум в эмиссионном и ускоряющем, выполнено не менее двух дополнительных соосных базовых отверстий;

- соосные базовые отверстия расположены неравномерно;

- изоляторы выполнены с развитой поверхностью.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря ей появляется возможность обеспечить точную настройку (юстировку) ионно-оптической системы, минимизировав время на ее изготовление и сборку.

Предлагаемая ионно-оптическая система представлена на фиг. 1, 2 представлен вариант ионно-оптической системы, на фиг. 3-5 представлены элементы ионно-оптической системы, где

1 - эмиссионный электрод

2 - ускоряющий электрод

3 - замедляющий электрод;

4 - отверстие в эмиссионном электроде

5 - отверстие в ускоряющем электроде

6 - отверстие в замедляющем электроде

7 - базовое отверстие

8 - фланец эмиссионного электрода

9 - фланец ускоряющего электрода

10, 12, 15, 16 - керамический изолятор

11 - регулировочная шайба

13 - фланец замедляющего электрода

14 - регулировочная шайба

17 - кольцевой замедляющий электрод

18 - изолятор с увеличенной поверхностью контакта

δ1 - зазор между эмиссионным и ускоряющим электродами

δ2 - зазор между ускоряющим и замедляющим электродами

l1-l8 - размеры элементов ионно-оптической системы.

Ионно-оптическая система состоит из эмиссионного 1, ускоряющего 2 и замедляющего 3 электродов с отверстиями 4, 5, 6, формирующими апертурную сетку, и дополнительными базовыми отверстиями 7, фланцев 8, 9, 13 электродов, керамических изоляторов 10, 12, 15, 16, регулировочных шайб 11, 14. Отверстия 4, 5, 6, как правило, имеют различный диаметр. Для упрощения конструкции замедляющий электрод 17 может иметь кольцевую форму без отверстий. Изолятор между электродами для исключения пробоев из-за металлизации при длительной работе может иметь развитую поверхность, например в осевом направлении 18 или за счет кольцевых проточек на наружном диаметре изоляторов 10, 15.

Принцип изготовления и сборки ионно-оптической системы заключается в следующем.

При изготовлении отверстий 4, 5, 6 в эмиссионном 1, ускоряющем 2 и замедляющем 3 электродах, соответственно, в качестве базы используют не менее двух специальных базовых отверстий 7, которые выполняются в каждом из электродов. При этом, как вариант, базовые отверстия 7 могут быть расположены неравномерно как по углу, так и по диаметру для обеспечения однозначной установки электродов при сборке. Отверстия 4, 5, 6 в электродах можно выполнять сверлением, фрезерованием, лазерным и другими способами изготовления. Для повышения точности изготовления отверстия 4, 5, 6 в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением, при этом для изготовления эмиссионного, ускоряющего и замедляющего электродов используют одну и ту же управляющую программу. В качестве способа получения отверстий в электродах может быть использована электроэрозионная обработка, обеспечивающая высокую точность и чистоту поверхности отверстий. Для повышения качества поверхности электродов 1, 2, 3 и внутренней поверхности отверстий 4, 5, 6, а также удаления заусенцев на кромках после обработки отверстий выполняют их электрополировку электродов.

После изготовления электродов 1, 2, 3 при сборке ионно-оптической системы обеспечения соосности отверстий 4, 5, 6 обеспечивают выставлением (настройкой) соосности, например, за счет технологических штифтов, базовых отверстий 7, выполненных в каждом из электродов. Применение при сборке выставления соосности по базовым отверстиям 7, которые при изготовлении служили базой для обработки отверстий, позволит обеспечить высокую точность, так как обеспечено единство баз при изготовлении и сборке.

При сборке электроды опираются не менее чем на три элемента. Элементы представляют собой сочетание керамических изоляторов 10, 15 и регулировочных шайб 11, 14, устанавливаемых между фланцами 8, 11, 13. Настройка зазоров δ1 - между эмиссионным и ускоряющим электродами и δ2 - между ускоряющим и замедляющим электродами осуществляется доработкой или подбором количества регулировочных шайб 11, 14, соответственно. Расчет размеров l4 и l8 регулировочных шайб осуществляется по следующим зависимостям:

где l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7 - фактически измеренные при сборке ионно-оптической системы значения;

δ1, δ2 - расчетные, полученные при проектировании ионно-оптической системы, значения зазоров между эмиссионным и ускоряющим и между ускоряющим и замедляющим электродами зазоров.

Так как с точки зрения обеспечения параметров и характеристик ИОС наиболее важным является точная настройка зазора между эмиссионным и ускоряющим электродами (δ1), а зазор между ускоряющим и замедляющим электродами (δ2) может изменяться в достаточно широких пределах, настраивать при сборке можно только зазор δ1, а зазор δ2 обеспечить за счет точности (допусков) изготовления составных частей ионно-оптической системы, определяемых размерами l4, l5, l6, l7. После сборки необходимо определить значения зазоров между электродами по следующим зависимостям:

где l1, l2, l3, l5, l6, l7 - фактически измеренные при сборке ИОС значения;

l4, l8 - фактические, измеренные после доработки или подбора количества, значения размера регулировочных шайб.

Значения зазоров δ1, δ2 должны находиться в пределах допусков, заданных при проектировании ИОС.

Таким образом, благодаря использованию изобретения обеспечивается изготовление и сборка ионно-оптической системы с минимальным отклонением соосности отверстий и зазоров между электродами от номинального расчетного значения, что обеспечит минимальный разброс параметров и характеристик ионно-оптической системы.

1. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы, основанный на обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между этими электродами, отличающийся тем, что изготовление отверстий осуществляют от базы, представляющей собой не менее двух базовых отверстий, выполненной в каждом из электродов.

2. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что базу образуют из не менее двух неравномерно расположенных, например по длине или диаметру окружности отверстий.

3. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением.

4. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением по одной и той же программе.

5. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что обработку отверстий в электродах выполняют с помощью электроэрозионной обработки.

6. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что после получения отверстий в электродах выполняют их электрополировку.

7. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы по п. 1, отличающийся тем, что соосность отверстий между электродами обеспечивают настройкой соосности их базовых отверстий.

8. Способ изготовления и сборки ионно-оптической системы, основанный на обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между электродами, отличающийся тем, что настройку зазора обеспечивают доработкой или подбором регулировочных шайб, при этом электроды опирают не менее чем на три элемента, хотя бы один из которых представляет собой сочетание керамических изоляторов и регулировочных шайб.

9. Ионно-оптическая система, содержащая эмиссионный, ускоряющий, замедляющий электроды и изоляторы между ними, отличающаяся тем, что в электродах, как минимум в эмиссионном и ускоряющем, выполнено не менее двух дополнительных соосных базовых отверстий.

10. Ионно-оптическая система по п. 9, отличающаяся тем, что соосные базовые отверстия расположены неравномерно.

11. Ионно-оптическая система по п. 9, отличающаяся тем, что изоляторы выполнены с развитой поверхностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной промышленности, области тонкопленочных технологий, нанесения и контроля пленочных покрытий с заданными характеристиками для эмиссионной электроники.

Изобретение относится к технологии получения материалов, поверхность которых обладает стабильными электрофизическими свойствами, в частности электродов газоразрядных и электровакуумных приборов (холодных катодов газоразрядных лазеров, контакт-деталей герконов, электродов масс-спектрометров и др.).

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Анод (30) формируют, используя углерод, такой как армированный углеродом углеродный композит или иную керамическую подложку (50).

Изобретение относится к приборам вакуумной и твердотельной электроники, в частности к автоэмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок (УНТ), используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления эмиссионно-активного сплава катода для электровакуумных приборов СВЧ включает приготовление исходных компонентов сплава заданного соотношения на основе, по меньшей мере, двух компонентов, при этом одного из них - тугоплавкого металла, другого - щелочноземельного металла, соединение исходных компонентов сплава катода в инертной газовой среде посредством высокотемпературного плавления и последующей кристаллизации с обеспечением формирования заготовки сплава катода, при этом, по меньшей мере, двукратного повторения упомянутой технологической операции, обработку заготовки сплава катода с обеспечением ее заданного размера и формы.

Изобретение относится к технологии изготовления эмиттеров электронов с пониженной работой выхода, может использоваться в диоде для выпрямителей переменного тока в постоянный при высоких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам лазерной обработки материалов при изготовлении автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода, которые могут быть использованы в области приборостроения электронной техники, а именно в электровакуумных приборах с большой плотностью электронных потоков и микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электроники. Технологический прибор для обработки полого холодного катода в газовом разряде, содержащий полый холодный катод, анод, расположенный коаксиально внутри катода и равноудаленный от его поверхности, стеклянную вакуумно-плотную оболочку, в котором анод выполнен составным, рабочая часть анода, контактирующая с газовым разрядом, соединена с его внешней частью, электрически контактирующей с внешним источником напряжения или тока, посредством разъемного соединения, выполнена из того же материала, что и рабочая поверхность катода, обработана с не меньшим классом чистоты, чем у катода, со стороны входа в катод частично экранирована диэлектриком, расположенным коаксиально снаружи анода.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п.

Способ изготовления МДМ-катода предназначен для повышения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности. На подложку последовательно осаждается металлический нижний электрод на основе пленки молибдена, затем два слоя резистов, в которых формируется рисунок с помощью электронно-лучевой литографии, затем напыляется сплошная пленка молибдена.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в индикаторных приборах с электронно-лучевой трубкой или квантовым генератором, эксплуатируемых в условиях жесткого воздействия динамических факторов.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы (ИОС) ионных двигателей (ИД), ионных пушек и ускорителей. Технический результат- : упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке ИОС. В способе перфорации отверстий в электродах ионно-оптической системы, основанном на формировании ионных пучков с последующим их воздействием на обрабатываемую поверхность электрода, перед воздействием ионных пучков на обрабатываемую поверхность собирают ионно-оптическую систему, включая эмиссионный электрод, затем формируют разряд, создавая поток ионов, и направляют его через отверстия эмиссионного электрода на обрабатываемую поверхность электрода, где ионы распыляют материал электрода в точках воздействия. 4 ил.

Изобретение относится к электровакуумной технике, к технологии изготовления фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих одну или несколько микроканальных пластин (МКП). Технический результат - увеличение срока службы ФЭП без ионно-барьерной пленки. В способе изготовления фотоэлектронного прибора, включающем изготовление корпуса прибора, катодного узла, коллектора электронов, монтаж внутренних деталей и узлов, сварку узлов прибора, загрузку всех узлов в высоковакуумную установку финишной сборки, откачку всей системы, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов в вакууме, изготовление фотокатода на катодном узле, герметизацию прибора, выгрузку ФЭП из установки финишной сборки, после загрузки в высоковакуумную установку финишной сборки катодного узла, корпуса с микроканальными пластинами и коллектора электронов осуществляют откачку всей системы до давления не более 10-8 Па, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме в течение не менее 4 ч при температуре от 300 до 400°С, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов, для чего в течение не менее 30 сек при температуре от 0 до 400°С направляют электронный поток от входа к выходу МКП и далее на коллектор электронов, после чего корпус с МКП при помощи манипулятора переворачивают и направляют электронный поток от выхода к входу МКП и далее на коллектор электронов, синхронно меняя полярность напряжения питания между входом и выходом МКП, выдерживают в течение не менее 30 сек, снова переворачивают корпус с МКП, меняя полярность напряжения, и повторяют так в течение не менее 2 ч до полного обезгаживания МКП, постепенно увеличивая напряжение на МКП и выходной ток МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП, после чего формируют фотокатод на катодном узле и далее корпус с МКП устанавливают на коллектор электронов, а катодный узел на корпус и выполняют герметизацию прибора. 2 ил.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в газоразрядных устройствах с самонакаливаемым полым катодом. Способ изготовления самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для систем генерации плазмы включает формирование трубчатого изделия из смеси порошков, содержащей нитрид титана, 10 вес.% титана, не более 2 вес.% пластификатора поливинилбутираля, импульсным или статическим прессованием, экструзией, шликерным литьем или альтернативным способом, отжиг трубчатого изделия в вакуумной печи в потоке азота при давлении 1 Па при температуре 500°С в течение 1 ч для термического разложения пластификатора и удаления продуктов разложения из объема трубчатого изделия, установку трубчатого изделия в качестве катодного электрода в электроразрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку азота через трубчатое изделие, приложение между анодом и трубчатым изделием напряжения и зажигание тлеющего разряда между трубчатым изделием и анодом, ток которого постепенно увеличивают по мере прекращения дугообразования, что обеспечивает удаление поверхностных загрязнений и рост температуры трубчатого изделия, переход разряда в термоэмиссионный дуговой режим и нагрев катода до температуры 2000°С. Выдержка сформованного трубчатого изделия в плазме собственного разряда в качестве катодного электрода при работе в термоэмиссионном дуговом режиме обеспечивает его твердофазное спекание и формирование самонакаливаемого полого катода из нитрида титана с высокой плотностью, термоэмиссионными свойствами и повышенным ресурсом. 3 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано для выделения пучков электронов из плазмы рабочей среды, создания электрических генераторов на основе энергии электронных пучков, электрореактивных двигателей, электронно-лучевых и ионно-лучевых приборов. Усилитель-концентратор пучка электронов (УКЭ) содержит корпус (1) с внутренней осевой суживающейся полостью, имеющей форму усеченного конуса, на поверхность которой нанесена кремниевая решетка (2) с верхним алмазным слоем (3). В большем отверстии осевой полости установлена многослойная электронная мембрана, основой которой является динамически устойчивая высокотемпературная вольфрамовая пластина (4), имеющая сложную форму: внешняя высокотемпературная поверхность выполнена плоской, а внутренняя низкотемпературная поверхность имеет вогнутую полусферическую форму для фокусирования электронов в пучок. Пластина (4) изготовлена из сплава с пористостью до 85% и диаметром пор 10-3-10-4 мкм. На внешнюю высокотемпературную поверхность вольфрамовой пластины (4) нанесен слой из нанокомпозитного графена (5) с нанопорами (11), а на внутреннюю низкотемпературную - слой из оксида алюминия (7) с нанопорами (8). Корпус снабжен аксиальными анодами (12), (13), установленными со стороны входного и выходного отверстий и служащими для подачи ускоряющих потенциалов, обеспечивающих, соответственно, электрический вывод электронов из потока плазмы и управление энергией электронов и их концентрацией в пучке, входящем в УКЭ, и управление концентрацией, силой тока и энергией электронов пучка, выходящего из УКЭ. Технический результат - обеспечение температурной и динамической устойчивости, повышение эффективности и КПД преобразования энергии потока плазмы в электрическую мощность. 1 ил.

Изобретение относится к приборам вакуумной электроники для СВЧ-приборов, плоских дисплеев, портативных источников рентгеновского излучения и прочее, а также к способу изготовления катода на основе массива автоэмиссионных эмиттеров. Способ изготовления катода на основе массива автоэмиссионных эмиттеров включает формирование катодной структуры нанесением каталитического, углеродного и контактного слоев на поверхность диэлектрической опорной структуры, содержащей сквозные отверстия, нанесение анодного слоя на противоположной стороне опорной структуры с отверстиями, совмещенными с катодной структурой. В качестве опорной структуры используется заготовка в виде стеклянной пластины, объединяющей большое число микроструктур с каналами (МКП), внутри которых электродуговым способом на поверхности каталитического слоя формируются регулярно расположенные эмиттеры на основе графитоподобных наночастиц, эффективно эмитирующие электроны за счет низкой работы выхода электронов. Изобретение позволяет повысить надежность и улучшить электрофизические параметры устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы ионных двигателей. Технический результат - упрощение обеспечения соосности между отверстиями в электродах при сборке ИОС; обеспечение регулировки зазора между электродами при сборке ИОС. В способе изготовления и сборки ионно-оптической системы, основанном на обеспечении осесимметричности отверстий в электродах и зазора между этими электродами, согласно изобретению: изготовление отверстий осуществляют от базы, представляющей собой не менее двух базовых отверстий, выполненной в каждом из электродов; базу образуют из не менее двух неравномерно расположенных отверстий; обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением; обработку отверстий в электродах выполняют на станке с числовым программным управлением по одной и той же программе; отверстия в электродах выполняют с помощью электроэрозионной обработки; после получения отверстий в электродах выполняют их электрополировку; соосность отверстий между электродами обеспечивают настройкой соосности базовых отверстий; настройку зазора обеспечивают доработкой или подбором регулировочных шайб, при этом электроды опирают не менее чем на три элемента, представляющих собой сочетание керамических изоляторов и регулировочных шайб. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх