[发明专利]一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，属于真空技术应用领域。

背景技术

在中高轨道，等离子体非常稀薄，航天器表面电场的作用距离从数米延伸至数百米。这会改变航天器周围带电污染物的传输路径，使污染物在航天器表面再分布并沉积在航天器上的任何位置。污染物的重新分布使航天器整体污染程度加重，并对位于低污染区的敏感系统造成更加严重的危害。航天器表面带电形成的电场能够吸附周围空间原本不会沉积到表面的带电污染物，增大敏感表面污染物的沉积量，在短期内就可能达到污染水平的控制上限，缩短卫星有效载荷的使用寿命。例如卫星大功率射频系统中，污染物从非关键部位转移到关键部位，大大降低系统的放电阀值，使系统更容易产生放电现象而烧毁器件；同时还能导致光学镜片的防尘罩失效，影响光学系统的成像质量。

据报道，国外地球同步轨道的卫星中有31％的污染沉积效应与带电环境对污染的加速效应有关，且航天器的表面污染程度由于带电效应增强了27％。我国中高轨道卫星处于易发生卫星充放电事件的恶劣环境(电子能量高、通量大)中，卫星表面带电产生的污染增强效应对长寿命卫星高可靠运行带来的危害将变得日益严重，因此需要一种有效的真空中获得带电污染物的装置及方法，得到不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物，对星用材料的性能进行评价。

发明内容

针对现有技术中没有在真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法，本发明的目的是提供一种利用场致发射方法在真空下产生电子，并利用加速极将电子加速到一定能量，与材料受热出气产物进行相互作用产生带电污染物的装置和方法。利用本方法可得到真空条件下，不同材料出气污染物在不同能量和密度电子作用下产生的带电污染物。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，所述装置包括加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头、真空法兰、放电极夹具、钨丝、加速极连接杆、抽真空系统、出气盖、加热台、固定架、真空室、加速极支撑台、加速极、陶瓷件、加速极栅网、电缆紧固螺钉，以及外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源；

其中，将真空法兰作为真空室顶部，加速极真空过壁、放电极真空过壁、真空插头分别安装于真空法兰上；钨丝底端插入放电极夹具，并将放电极夹具固定到放电极真空过壁上；放电极夹具和钨丝在真空室内部；钨丝顶端为尖端；

在真空室内部设有固定架；

在真空室内部，加速极为中间有凹槽的圆盘形，加速极底部中心开有通孔，通孔上表面固定有加速极栅网；在加速极边缘凸起上部固定有陶瓷件；电缆紧固螺钉位于加速极侧壁；

在真空室内部，加速极安放在加速极支撑台上，加速极支撑台通过加速极连接杆固定在固定架上，在加速极支撑台与加速极栅网正对的位置开有一个通孔，钨丝位于加速极上方，且钨丝的尖端与加速极的通孔正对；

在真空室内部，加热台位于加速极支撑台下方，加热台朝向钨丝的一面安有出气盖，加热台固定在固定架上；

抽真空系统在真空室外通过管道与真空室连接；

外围设备温控系统、放电极电源、加速极电源均位于真空室外部；温控系统通过导线穿入真空插头与加热台连接；放电极电源通过导线穿入放电极真空过壁与钨丝底端连接；加速极电源通过导线穿入加速极真空过壁与电缆紧固螺钉连接；

其中，所述钨丝的尖端部分直径＜10μm；

其中，优选加热台的出气盖到真空法兰底部的垂直距离≥120mm，出气盖到真空室底部的垂直距离＞200mm；

优选加速极底部到真空法兰底部的垂直距离为50～60mm；加速极底部到出气盖的垂直距离为50mm～150mm；

优选钨丝尖端到出气盖的水平距离为20mm～150mm；

一种真空中采用场致发射制造带电污染物的方法，采用本发明所述的一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置，所述方法具体步骤如下：

步骤一、将样品放入样品容器中，将样品容器装入加热台，盖上出气盖，连接装置；

步骤二、开启抽真空系统对真空室抽真空，至真空室内压强≤7×10^-3Pa；

步骤三、开启温控系统，设定样品加热温度为室温～125℃，形成出气产物；

步骤四、开启放电极电源，设置偏置电压为-3000～12000V，使钨丝发射电子；