空心阴极的发射热特性研究

空心阴极的发射体在电子发射时会处于动态热平衡状态,这种发射热特性对发射体的利用率和工作寿命有重要意义。为研究空心阴极发射热特性及相关热设计方法,建立一种流-热耦合数值模型,将等离子体流场计算与组件热分布计算进行耦合,并采取一种逆向迭代方法来收敛计算,数值模型在验证试验下的计算误差低于11.3%。在此基础上,对发射体温差的机理以及阴极顶孔径对发射体温差的影响规律进行数值分析,主要结论为:羽状模式下的核心电离区较发散,导致发射体温差较点状模式高出50 K左右;适当增加阴极顶孔径可对发射体温差有降低作用。     

空间用空心阴极研究进展

空心阴极是离子推力器、霍尔推力器、等离子接触器、空心阴极微推力器的核心组件。介绍了国外针对上述空间应用所进行的空心阴极研究进展,分析了国外空间用空心阴极技术的发展趋势,对我国空间用空心阴极技术发展思路提出建议。     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料的磷酸表面改性

针对新一代空间型号产品对储能电源提出的更高需求,提出采用表面改性的方法提升LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）正极材料在锂离子电池中的循环稳定性。通过采用磷酸（H3PO4）对NCA正极材料进行表面处理,H3PO4会与NCA颗粒表面的含锂碱性物质发生反应,从而在NCA颗粒表面生成稳定且导电性良好的Li3PO4界面层。循环以及阻抗测试结果表明,经H3PO4表面处理的NCA材料组装电池循环50次后电池容量为170.5mA·h/g,容量保持率达到94%以上,界面阻抗得到抑制。H3PO4表面处理有效抑制了NCA颗粒表面碱性残留对电化学性能的不良影响,提升了界面稳定性,获得了更好的循环性能。     

精密模具大面积微结构电铸制备工艺研究

对精密模具大面积微结构的电铸制备工艺进行了研究。研究了掩膜厚度、化学微蚀刻、二次辅助阴极对精密模具大面积微结构电铸成型的影响。结果表明,化学微蚀刻能进一步去除显影残胶,提高镀层微结构与模具基板的结合力。在曝光时间为100s,曝光能量为750~810mJ/cm2的曝光工艺条件下,掩膜厚度在130~160μm时,可以得到线宽为100μm侧壁陡直度较好的精密模具微结构。采用外加电势的二次辅助阴极三电极电铸体系可以提高铸层的均匀性。     

富锂正极材料的制备及电化学性能研究

用溶胶-凝胶法结合高温煅烧过程制备富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,对800℃和900℃煅烧后得到的2种材料（标记为S8和S9）进行物相和形貌表征以及电化学测试。电化学测试结果表明,样品S9具有较高的放电容量、较好的循环稳定性和较小的电荷转移电阻。样品S9在0.1 C（25 mA·g-1）时的首次充电容量为345.0 mA·h·g-1,首次放电容量为273.9 mA·h·g-1,首次库伦效率为79.4%。1 C时,首次放电容量为188.1 mA·h·g-1,循环30周后放电容量为173.3 mA·h·g-1,容量保持率为92.1%。结果表明,尽管富锂正极材料R-3m层状结构在800℃煅烧后已经形成,但仍需要经过更高温度煅烧,以提高锂离子和过渡金属离子在各自层中的有序度,从而有效地提高材料的电化学性能。      

基于电解扫掠成形原理的整体叶盘叶根加工方法

采用片状或管状阴极电解加工(ECM)后的整体叶盘由于加工运动、阴极形状等原因在叶根处会形成一定的加工残留,影响整体叶盘的加工精度。针对叶片电解加工后形成的叶根残留,开展去除叶根残留电解加工方法的研究,解决叶根电解加工的阴极结构、加工路径设计等难题。首先,分析了叶根的残留分布情况以及叶间通道的结构,采用了电解扫掠成形加工方案。其次,设计了阴极结构与加工路径,在阴极结构上采用了扇形流道并分析了电解液流速分布,通过增加引流槽、改变倾角等措施改善了流场;对阴极的运动路径进行了规划,利用专用仿真软件对阴极运动干涉与加工程序进行了检验;通过附加叶盘转动补偿了由于不同截面内叶间通道宽度与阴极刃口尺寸不一致给加工带来的不足。最后,制作了电解加工装置并通过试验对叶根电解加工方法进行了验证。试验结果表明,该加工方法有效去除了叶根残留,加工表面质量好,加工精度达到了要求。     

电推进系统空心阴极产品试验技术

空心阴极是电推进系统可靠性和工作寿命关键部件,空心阴极产品的研制在很大程度上依赖于阴极试验技术的支持。在介绍空心阴极试验分类和试验设备的基础上,从性能试验、验收和鉴定试验及寿命验证试验等方面讨论了电推进系统空心阴极的产品试验技术。     

铁电阴极用于中和器研究

分析了当前小功率电推进器对零流动无推进剂阴极的需求现状。提出铁电阴极用于小功率电推进中和器的可行性。研究了厚度为0.5 mm的锆钛镧酸铅(PLZT)铁电陶瓷在低激励电压(1.0～1.2 kV)下的电子发射特性。采用单极性正高压脉冲和80 Hz重复脉冲作为激励源,在收集极获得了脉宽为320～3000 ns,最高峰值分别为34 A和27 A的发射电流。在10-5Torr的真空环境中得到了可靠的电子发射。     

原子氧环境对空心阴极影响的地面模拟试验研究

为确定原子氧对六硼化镧型空心阴极的影响,将LHC-5型空心阴极放置于原子氧试验设备中反复点火,期间使用钨铼5-26热电偶测量阴极管温度。试验完成后检查空心阴极,发现阴极管出现膨胀开裂现象,其断面的XPS成分分析结果表明阴极管的断裂失效是由氧化导致的。因此,针对LEO使用六硼化镧型空心阴极的离子推力器、霍尔推力器和等离子体接触器等航天器部件,应制定正确的工作关机策略以保证阴极不受原子氧环境影响。     

节流孔板位置对空心阴极特性的影响研究

为满足全电推进系统的宽放电电流范围需求,开展了节流孔板内移研究。将传统结构空心阴极的一部分发射体转移到节流孔板下游,即节流孔板夹放在两段发射体之间。对比测试发现,新结构阴极的阳极电压大约降低4V,空心阴极的内压提升约50%,供气管外壁最大温差由原来的94℃下降到25℃,阳极电压振荡小于8V。进一步,利用光谱诊断系统,对阴极羽流区进行了研究。通过对羽流区等离子体固定位置进行全谱(400nm～1000nm)扫描,发现节流孔板内移之后,阴极羽流区新出现了波长为529nm和542nm的光线。利用Kura相机拍摄的羽流区二维等离子体分布图像显示,当放电电流为4A时,阴极羽流区的Xe和Xe+的密度低于传统结构空心阴极。宏观特性测试结果显示节流孔板内置式阴极可以在更宽的电流范围内维持点模式工作。可用于需要宽放电电流范围的全电推进系统以及需要低阴极供气流量、高比冲的小型电推进平台。