本實(shí)用新型屬于微航天應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于微型化的衛(wèi)星系統(tǒng)方向，具體涉及一種鐵電微等離子體推進(jìn)器。

背景技術(shù)：

上世紀(jì)末伴隨著技術(shù)的發(fā)展微型化衛(wèi)星系統(tǒng)被提出。微型化的衛(wèi)星系統(tǒng)以其體積小、質(zhì)量輕、成本低、效率高、精度高和研制周期短等特點(diǎn)被廣泛提倡應(yīng)用，甚至與有學(xué)者認(rèn)為這將代表了航天器微型化發(fā)的方向是未來的重要發(fā)展趨勢(shì)。微航天器可以單獨(dú)的或者應(yīng)用于艦隊(duì)來完成外太空或地表任務(wù)。與大型推進(jìn)器相比，這種推進(jìn)器可以實(shí)現(xiàn)成本的重大節(jié)約并且減少風(fēng)險(xiǎn)。微推進(jìn)器是微航天器的一項(xiàng)技術(shù)。FEPT是其中一種微推進(jìn)器。

目前，已經(jīng)有好幾種成熟的技術(shù)給微航天器提供推力，其中三種是場(chǎng)發(fā)射推進(jìn)器、膠體推進(jìn)器和脈沖等離子體推進(jìn)器。場(chǎng)發(fā)射推進(jìn)器具有高比沖和高推力的準(zhǔn)確性，但是相對(duì)較高的功率和電壓是它的潛在劣勢(shì)。膠體推進(jìn)器操作功率比較低但需要比較大的功率去調(diào)節(jié)單元而且實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。脈沖等離子體推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，有足夠小的沖量，但有較高的功率推力比和推進(jìn)劑引入的污染問題。相對(duì)于其他微推進(jìn)器，F(xiàn)EPT推進(jìn)器產(chǎn)生等離子體和加速離子采用單電源，這不僅是其他推進(jìn)器所不具備的優(yōu)勢(shì)同時(shí)也大大減少了電源加工單位的重量和復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種鐵電微等離子體推進(jìn)器，通過微噴管鍵合在鐵電體放電器上，微噴管和鐵電體放電器中設(shè)有微通道，微噴管上設(shè)有出氣的噴嘴，鐵電體放電器內(nèi)設(shè)有鐵電陰極放電區(qū)，推進(jìn)劑氣體由微通道的進(jìn)氣口進(jìn)入鐵電陰極放電區(qū)，經(jīng)過微噴管的噴嘴噴出。本實(shí)用新型相比于其他推進(jìn)器，此推進(jìn)器采用單一電源就可以實(shí)現(xiàn)等離子體的產(chǎn)生和加速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)，有較高的功率推力比的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，我們加上一個(gè)類似拉瓦爾噴管形式的噴嘴，對(duì)產(chǎn)生的等離子體和噴出氣體有加速作用，從而放大了推力器產(chǎn)生的推力。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種鐵電微等離子體推進(jìn)器，所述鐵電微等離子體推進(jìn)器包括微噴管和鐵電放電器，微噴管鍵合在鐵電放電器上，微噴管和鐵電放電器之間的固定劑采用環(huán)氧樹脂，微噴管和鐵電放電器中設(shè)有微通道，微噴管上設(shè)有出氣的噴嘴，鐵電放電器內(nèi)設(shè)有鐵電陰極放電區(qū)，推進(jìn)劑氣體由微通道的進(jìn)氣口進(jìn)入鐵電陰極放電區(qū)，經(jīng)過微噴管的噴嘴噴出，噴嘴上設(shè)有內(nèi)進(jìn)氣口和外出氣口，內(nèi)進(jìn)氣口和外出氣口成倒金字塔形狀。

上述推進(jìn)器中，所述微噴管采用硅材料制備，微噴管的外表面設(shè)有二氧化硅掩膜，鐵電放電器的表面設(shè)有電極膜。所述內(nèi)進(jìn)氣口在微噴管上的接觸面大于外出氣口在微噴管上的接觸面。所述微通道設(shè)置在微噴管和鐵電放電器之間形成水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)或微通道安裝在鐵電放電器上形成垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。所述水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，微噴管和鐵電放電器之間設(shè)有兩個(gè)接觸端，一個(gè)接觸端是環(huán)氧樹脂，另一個(gè)接觸端是微通道。所述垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，微噴管和鐵電放電器之間設(shè)有兩個(gè)接觸端，兩個(gè)接觸端都采用環(huán)氧樹脂固定，鐵電放電器上設(shè)置通孔為微通道。

本實(shí)用新型有益效果是:本實(shí)用新型中推進(jìn)劑氣體由噴嘴預(yù)留的微通道進(jìn)氣進(jìn)入鐵電陰極放電區(qū)，氣體在該區(qū)域被外電場(chǎng)激勵(lì)發(fā)生碰撞產(chǎn)生等離子體，然后通過噴嘴噴出。鐵電陰極的電子發(fā)射增強(qiáng)了放電區(qū)域內(nèi)的等離子體濃度，可有效提高微推進(jìn)器的推力?；贛EMS工藝的批量加工方法，可實(shí)現(xiàn)微推進(jìn)器陣列的加工和制造。

附圖說明

下面對(duì)本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說明：

圖1是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式推進(jìn)器垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式推進(jìn)器水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的微噴管硅片雙面氧化的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的硅片正面RIE刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的硅片背面RIE刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的硅片正反兩面KOH刻蝕出噴管喉頸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式對(duì)圖6硅片處理后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式刻蝕出水平通氣流道的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式對(duì)圖8處理后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的鐵電體正面沉積電極膜后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的鐵電體背面沉積電極膜后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)微推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式對(duì)圖6去除SiO₂掩膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式對(duì)圖13的硅片雙面氧化后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式鐵電體上制作通孔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)微推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1，二氧化硅；2，硅；3，環(huán)氧樹脂；4、鐵電體；5、電極。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

如圖所示，一種鐵電微等離子體推進(jìn)器，包括微噴管和鐵電放電器，微噴管鍵合在鐵電放電器上，微噴管和鐵電放電器之間的固定劑采用環(huán)氧樹脂，微噴管和鐵電放電器中設(shè)有微通道，微噴管上設(shè)有出氣的噴嘴，鐵電放電器內(nèi)設(shè)有鐵電陰極放電區(qū)，推進(jìn)劑氣體由微通道的進(jìn)氣口進(jìn)入鐵電陰極放電區(qū)，經(jīng)過微噴管的噴嘴噴出，噴嘴上設(shè)有內(nèi)進(jìn)氣口和外出氣口，內(nèi)進(jìn)氣口和外出氣口成倒金字塔形狀。

微噴管采用硅材料制備，微噴管的外表面設(shè)有二氧化硅掩膜，鐵電放電器的表面設(shè)有電極膜，內(nèi)進(jìn)氣口在微噴管上的接觸面大于外出氣口在微噴管上的接觸面。微通道設(shè)置在微噴管和鐵電放電器之間形成水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)或微通道安裝在鐵電放電器上形成垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，微噴管和鐵電放電器之間設(shè)有兩個(gè)接觸端，一個(gè)接觸端是環(huán)氧樹脂，另一個(gè)接觸端是微通道。垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，微噴管和鐵電放電器之間設(shè)有兩個(gè)接觸端，兩個(gè)接觸端都采用環(huán)氧樹脂固定，鐵電放電器上設(shè)置通孔為微通道。水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)加工工藝相比于垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)加工工藝要簡(jiǎn)單，而垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)在外接進(jìn)氣管是教容易實(shí)現(xiàn)的，且利用環(huán)氧樹脂鍵合時(shí)不會(huì)堵住氣體流道。

本實(shí)用新型采用硅加工工藝，設(shè)計(jì)了一種在硅片兩面進(jìn)行雙面刻蝕倒金字塔，通過控制刻蝕厚度直至釋放出噴管喉頸結(jié)構(gòu)的推進(jìn)器噴嘴。對(duì)于垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，從鐵電體中進(jìn)氣，采用飛秒激光脈沖技術(shù)加工中央進(jìn)氣孔。

鐵電微等離子體推進(jìn)器的水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)加工方法為：

步驟1.微噴管選用硅片材質(zhì)，硅片清洗后在1100℃的高溫氧化爐內(nèi)雙面氧化，如圖3所示。

步驟2.在硅片正面涂覆光刻膠以此為掩膜，利用RIE(Reactive Ion Etching，反應(yīng)離子刻蝕)方法刻蝕SiO₂薄膜使其圖形化，如圖4所示。

步驟3.在硅片背面涂覆光刻膠為掩膜在RIE中刻蝕SiO₂薄膜使其圖形化，如圖5所示。

步驟4.以SiO₂為保護(hù)掩膜，正反兩面同時(shí)刻蝕錐形金字塔空腔直至釋放出噴管喉頸，如圖6所示。

步驟5.去除SiO₂掩膜后重新在氧化爐內(nèi)的雙面氧化，如圖7所示。

步驟6.再次以光刻膠為掩膜在釋放噴管處刻蝕出水平通氣流道，有水平通氣流道的噴管一側(cè)的厚度小于沒有水平通氣流道的噴管另一側(cè)厚度，如圖8所示。

步驟7.再次去除SiO₂掩膜后重新在氧化擴(kuò)散爐內(nèi)雙面氧化，如圖9所示。

步驟8.鐵電放電器選用鐵電體，利用薄膜沉積工藝在鐵電體正面沉積電極膜并光刻后圖形化，如圖10所示，利用薄膜沉積工藝在鐵電體背面沉積電極膜，如圖11所示。

步驟9.使用鍵合技術(shù)把微噴管和鐵電陰極放電器鍵合一起構(gòu)成具有水平進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的微推進(jìn)器，如圖12所示。

鐵電微等離子體推進(jìn)器的垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)加工方法：

步驟1.微噴管選用硅片材質(zhì)，硅片清洗后在1100℃的高溫氧化爐內(nèi)雙面氧化，如圖3所示。

步驟2.在硅片正面涂覆光刻膠以此為掩膜，利用RIE(Reactive Ion Etching，反應(yīng)離子刻蝕)方法刻蝕SiO₂薄膜使其圖形化，如圖4所示。

步驟3.在硅片背面涂覆光刻膠為掩膜在RIE中刻蝕SiO₂薄膜使其圖形化，如圖5所示。

步驟4.以SiO₂為保護(hù)掩膜，正反兩面同時(shí)刻蝕錐形金字塔空腔直至釋放出噴管喉頸，如圖6所示。

步驟5.去除SiO₂掩膜，如圖13所示，再重新1100℃的高溫氧化爐內(nèi)的雙面氧化微噴管部分完成，如圖14所示，圖14中的噴管兩側(cè)的厚度相同，和圖9中的噴管兩側(cè)厚度不同。

步驟6.鐵電放電器選用鐵電體，利用薄膜沉積工藝在鐵電體正面沉積電極膜并光刻后圖形化，如圖11所示。接著利用薄膜沉積工藝在鐵電體背面沉積電極膜，如圖12所示。

步驟7.在鐵電體上制作通孔以作為通氣孔完成鐵電陰極放電器部分，如圖15所示。

步驟8.使用鍵合技術(shù)把微噴管和鐵電陰極放電器鍵合一起構(gòu)成具有垂直進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的微推進(jìn)器，如圖16所示。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。