[发明专利]空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置及方法

说明书

本发明公开了一种空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置及方法，涉及电子束加工制造技术领域。该装置通过上磁轭、不锈钢衬和下磁轭围成放电腔，并在不锈钢衬的外侧设置永磁体，放电腔的上端分别与微波源和气体源连接，放电腔的下端连接电子引出孔和加速电极，该结构的电子束发生装置，体积小，占用空间少，同时，由于本发明装置中的等离子体电子由工质气体产生，不涉及电子束发生装置本身结构的消耗，所以，理论上电子束发生装置的使用寿命可以无限延长，因此，本发明提供的体积小、寿命长的空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置，十分适合用于空间环境下的焊接、制造等任务。

技术领域

本发明涉及电子束加工制造技术领域，尤其涉及一种空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置及方法。

背景技术

基于电子束的太空增材制造技术因其能量利用效率高、制造速度快、工作环境为真空环境等一系列优势，成为最适合于未来太空环境下原位制造和修复用的一项工艺技术。

目前，电子束增材制造包括电子束熔融技术和电子束自由成形技术，其中，电子束自由成形技术在地面上主要采用热阴极的方式，通过加热钨丝，表面产生大量的热电子，在阳极和阴极之间的高压电场作用下，热电子加速向阳极方向高速移动，并获得很高的动能，该种方式由于对钨丝的加热温度很高，需要定期的更换阴极材料，同时装置及附件的体积和重量都比较大，不易于维护和维修，更不适用于在轨的工作。空间条件下的电子束制造，有着很强的资源约束以及维护维修要求，现有的电子束设备以及发生装置普遍具有，体积重量大，附件复杂，核心部件寿命短，不易维护维修等问题，不能很好的完成在轨的电子束金属增材制造等相关任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置，包括微波天线、上磁轭、不锈钢衬、下磁轭、永磁体、引出孔法兰、绝缘垫片、加速电极和加速电源；

所述不锈钢衬设置在所述上磁轭和所述下磁轭之间，并与所述上磁轭和所述下磁轭共同围成放电腔，所述永磁体位于所述不锈钢衬的外侧；

所述放电腔的上端通过所述微波天线与微波源连接，且通过进气孔与气体源连接，所述放电腔的下端与电子引出孔连接，且所述电子引出孔穿过依次连接的所述引出孔法兰、绝缘垫片和加速电极；

所述加速电源的负极连接至所述引出孔法兰，所述加速电源的正极连接至所述加速电极。

优选地，所述进气孔设置在所述上磁轭上，所述微波天线直接穿过所述上磁轭插入所述放电腔中。

优选地，所述电子引出孔首先穿过所述下磁轭，然后穿过依次连接的所述引出孔法兰、绝缘垫片和加速电极。

优选地，所述绝缘垫片的两侧内嵌有钢制螺纹孔，用于装置与其它部分固定。

优选地，所述下磁轭、引出孔法兰及绝缘垫片使用螺栓固定在一起，所述加速电极通过螺栓自下而上的固定在所述绝缘垫片上。

优选地，所述绝缘垫片的周边加工成波浪形，所述加速电极的周边设置有散热片，且所述加速电极与所述散热片加工成一体形式。

优选地，所述永磁体设置为多个，且均匀分布在所述不锈钢衬的外侧。

优选地，所述装置包括的各结构的连接处均加工有密封槽，且所述密封槽内均装有橡胶密封圈。

优选地，所述上磁轭、下磁轭、加速电极均采用不锈钢制作而成，所述不锈钢衬、引出孔法兰均采用钼钢制作而成.

一种利用上述的空间用小型微波ECR等离子体电子束发生装置产生电子束的方法，其特征在于，包括如下步骤：