Hall推力器抗离子溅射陶瓷材料理论与实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjundu1980
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Hall推力器具有高效率、高比冲以及高可靠性等优点,自从1970年成功研制以来,已经广泛用于各种实际飞行任务中,成为世界各航天大国电推进装置研究中的热点。随着航天技术的不断发展,对Hall推力器的使用寿命提出了更高的要求,在限制推力器寿命的因素中,通道器壁溅射侵蚀最为严重,已成为影响推力器寿命的最主要因素,并引起研究者的广泛关注。  本文将围绕Hall推力器通道器壁材料侵蚀问题展开相应的研究工作,重点对器壁侵蚀的微观机制进行分析,进而对器壁侵蚀进行较全面的基础性理论和实验研究,主要包括以下内容:  BN陶瓷通道器壁微观溅射侵蚀机理分析及测量方法。首先通过对BN陶瓷材料的微观结构、材料性能和Hall推力器通道内溅射侵蚀机制分析,确定了Hall推力器的溅射类型。然后依据前人实验结果,分析材料表面束缚能对通道器壁微观溅射侵蚀的影响。最后简单的介绍了一下实验研究过程所需要使用的光谱测量系统,以及光谱测量的基本原理。  温度对溅射侵蚀速率的影响。通过利用外部加热源对壁面加热来研究壁面温度对溅射侵蚀速率影响的实验,分析Sigmund溅射系数的半经验计算公式,找出半经验公式中的变量与靶材温度之间的关系,再从温度对靶材表面原子束缚能和靶材内部原子热运动影响的微观角度,结合晶格原子振动理论,来分析壁面温度对离子溅射侵蚀特性的影响。  变组分材料对壁面溅射侵蚀速率的影响。不同材料的通道壁面有着不同的表面束缚能,不同的表面束缚能影响着材料本身的抗离子溅射能力。本文将通过改变壁面材料的成分进行抗溅射能力的测试实验,并将实验结果同使用 SRIM粒子模拟软件模拟溅射侵蚀的模拟结果相对比,由此分析出哪种成分的壁面材料具有较高的抗离子溅射能力。  Hall推力器加速通道内择优溅射现象的研究。由于溅射产额同靶材的种类有关,不同元素的溅射产额差别较大,它们被溅射出去的几率将不同,因此,在多组分靶中存在着择优溅射现象。本文将通过测量ATON型推力器陶瓷器壁的溅射侵蚀过程,来讨论择优溅射对Hall推力器通道器壁表面组分的影响,进而为材料抗溅射侵蚀优化提供理论参考。
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