一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法技术

一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，本发明专利技术涉及陶瓷材料抗溅射性能的评价方法。解决现有缺少对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的筛选与评价方法的问题。方法：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，得到试样；二、将试样置于靶台上，设定离子束流与试样法向夹角、离子源与试样的距离及靶台转速；三、抽真空，通入气体工质，调整气体工质；四、启动离子源，依次设定离子能量、阳极电压及加速电压，设定离子束流及电子束流，进行溅射试验，得到溅射后的试样；五、计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌。本发明专利技术用于针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价。

A Method for Evaluating Sputtering Resistance of Hall Electric Propulsion Channel Materials

【技术实现步骤摘要】
一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法
本专利技术涉及陶瓷材料抗溅射性能的评价方法。
技术介绍
霍尔电推进器是一类具有广阔应用前景的电推进装置，它利用电能将推进剂电离成等离子体，并在通道内进行放电过程中加速离子产生推力。该推进器已在各类卫星上得到应用，相关的需求也与日俱增。随着飞行器向长寿命及高功率的不断发展，霍尔电推进器的使用寿命有着更高的要求，而限制其服役寿命的最主要因素之一就是离子流对通道材料的溅射侵蚀。由于工作时离子流的发散特性，通道内等离子体会与通道壁面发生碰撞，导致通道材料发生溅射侵蚀。这不仅会造成通道构件的质量损失，甚至可将通道材料完全侵蚀掉，使磁极裸露在等离子体环境下，导致推进器失效。因此，通道材料的溅射侵蚀影响运行稳定性和制约服役寿命。针对霍尔推进器要求的长寿命服役特点，通道材料抗溅射性能的优劣是影响推进器服役寿命重要因素。对通道材料抗溅射性能进行评价，评定通道材料的抗溅射性能强弱，解决通道材料的抗溅射性能的筛选与评价问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有缺少对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的筛选与评价方法的问题，而提供一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法。一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法是按以下步骤进行：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，然后抛光、超声清洗、烘干及称重，得到试样；所述的试样表面粗糙度Ra≤0.5μm；二、将试样置于靶台上，调整靶台对准离子源，使试样处于离子源工作中心区域，设定离子束流与试样法向夹角为0°～85°，离子源与试样的距离为100mm～500mm，设定靶台转速为0.1r/min～10r/min；三、设定循环冷却水温度，启动制冷机，锁紧真空罐炉门与炉体，将各个阀门处于关闭状态，抽真空至真空度≤1×10-3Pa，通入气体工质，气体工质流量为1sccm～20sccm，调整气体工质流量直至流量与真空度稳定；四、启动离子源，依次设定离子能量为100eV～1700eV、阳极电压为60V～100V及加速电压为200V～400V，设定离子束流为1mA～90mA及电子束流为1.2倍的离子束流，调节阴极电压使离子源持续稳定工作，进行溅射试验，溅射试验结束后，进行超声清洗、烘干及称量，最后放入干燥箱保存，得到溅射后的试样；五、利用溅射前后试样的质量差，计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌，即完成针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法；所述的其中v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；m0为溅射前试样质量，单位为g；m为溅射后的试样质量，单位为g；ρ为试样密度，单位为g/cm3；S为溅射面积，单位为cm2；t为溅射试验时间，单位为h；所述的其中Y为溅射系数，单位为mm3/C；i为电流密度，单位为mA/mm2，v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；所述的i＝I/πr2，其中I为离子束流，单位为mA；r为离子束流辐照半径，单位为mm。本专利技术的有益效果是：1、霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法阐述了通道材料的溅射试验方法、不同材料抗溅射性能的评价方法、溅射后材料组织结构的分析表征方法。本专利技术中调节离子源的能量、束流等参数，可进行不同参数要求的抗溅射性能试验。2、针对不同材料的选取，在相同的溅射试验条件下，分析溅射后通道材料的溅射速率及溅射产额，溅射侵蚀速率及溅射产额越低的陶瓷材料更优选选作为霍尔推进器通道材料，优选出具有良好抗溅射性能的陶瓷材料。针对同种材料的分析，在不同的溅射条件下，分析溅射后陶瓷材料的溅射速率、溅射产额、表面粗糙度、试样价键组成、元素含量及表面形貌，评价材料及其各组分的抗溅射性能。可分析出不同条件下，对于材料溅射侵蚀速率、溅射产额、表面粗糙度、试样价键组成、元素含量及表面形貌的影响，如通过溅射侵蚀速率、溅射产额及表面粗糙度，分析相同的溅射侵蚀入射角度时，随着入射能量的增加，溅射速率与溅射产额逐渐增加，溅射后试样的表面粗糙度增加，如通过试样价键组成及元素含量分析，溅射后百分含量增多的组分，则为材料中具有更优的抗溅射性能组分，可应用于后续研发霍尔推进器通道材料。3、本专利技术溅射试验方法简单，可操作性强；溅射后陶瓷材料组织结构的分析表征有针对性、系统性。针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法具有系统性、准确性、有效性。本专利技术用于一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法。附图说明图1为实施例一步骤四得到的溅射后的试样三维光学照片；图2为实施例一步骤四得到的溅射后的试样价键组成图谱；图3为实施例一步骤四得到的溅射后的试样扫描电镜图；图4为实施例二步骤四得到的溅射后的试样三维光学照片；图5为实施例二步骤四得到的溅射后的试样价键组成图谱；图6为实施例二步骤四得到的溅射后的试样扫描电镜图；图7为实施例三步骤四得到的溅射后的试样三维光学照片；图8为实施例三步骤四得到的溅射后的试样价键组成图谱；图9为实施例三步骤四得到的溅射后的试样扫描电镜图；图10为实施例一步骤二中试样摆放示意图，1为试样，2为盖板，3为样品支架；图11为实施例一工作系统示意图，1为真空罐，2为离子源，3为气源，4为靶台，5为扩散泵，6为罗茨泵，7为机械泵，8为制冷机，9为控制电源。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法是按以下步骤进行：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，然后抛光、超声清洗、烘干及称重，得到试样；所述的试样表面粗糙度Ra≤0.5μm；二、将试样置于靶台上，调整靶台对准离子源，使试样处于离子源工作中心区域，设定离子束流与试样法向夹角为0°～85°，离子源与试样的距离为100mm～500mm，设定靶台转速为0.1r/min～10r/min；三、设定循环冷却水温度，启动制冷机，锁紧真空罐炉门与炉体，将各个阀门处于关闭状态，抽真空至真空度≤1×10-3Pa，通入气体工质，气体工质流量为1sccm～20sccm，调整气体工质流量直至流量与真空度稳定；四、启动离子源，依次设定离子能量为100eV～1700eV、阳极电压为60V～100V及加速电压为200V～400V，设定离子束流为1mA～90mA及电子束流为1.2倍的离子束流，调节阴极电压使离子源持续稳定工作，进行溅射试验，溅射试验结束后，进行超声清洗、烘干及称量，最后放入干燥箱保存，得到溅射后的试样；五、利用溅射前后试样的质量差，计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌，即完成针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法；所述的其中v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；m0为溅射前试样质量，单位为g；m为溅射后的试样质量，单位为g；ρ为试样密度，单位为g/cm3；S为溅射面积，单位为cm2；t为溅射试验时间，单位为h；所述的其中Y为溅射系数，单位为mm3/C；i为电流密度，单位为mA/mm2，v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；所述的i＝I/πr2，其中I为离子束流，单位为mA；r为离子束流辐照半径，单位为mm。步骤一中所述的试样可以为圆片，或为具有其他尺寸的规则形状，如：正方体、长方体等。步骤二中离子束流与试样法向夹角(入射角度)可以为0°、15°、30°本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，其特征在于一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法是按以下步骤进行：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，然后抛光、超声清洗、烘干及称重，得到试样；所述的试样表面粗糙度Ra≤0.5μm；二、将试样置于靶台上，调整靶台对准离子源，使试样处于离子源工作中心区域，设定离子束流与试样法向夹角为0°～85°，离子源与试样的距离为100mm～500mm，设定靶台转速为0.1r/min～10r/min；三、设定循环冷却水温度，启动制冷机，锁紧真空罐炉门与炉体，将各个阀门处于关闭状态，抽真空至真空度≤1×10

【技术特征摘要】
1.一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，其特征在于一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法是按以下步骤进行：一、将霍尔电推进器通道所用的陶瓷材料加工，然后抛光、超声清洗、烘干及称重，得到试样；所述的试样表面粗糙度Ra≤0.5μm；二、将试样置于靶台上，调整靶台对准离子源，使试样处于离子源工作中心区域，设定离子束流与试样法向夹角为0°～85°，离子源与试样的距离为100mm～500mm，设定靶台转速为0.1r/min～10r/min；三、设定循环冷却水温度，启动制冷机，锁紧真空罐炉门与炉体，将各个阀门处于关闭状态，抽真空至真空度≤1×10-3Pa，通入气体工质，气体工质流量为1sccm～20sccm，调整气体工质流量直至流量与真空度稳定；四、启动离子源，依次设定离子能量为100eV～1700eV、阳极电压为60V～100V及加速电压为200V～400V，设定离子束流为1mA～90mA及电子束流为1.2倍的离子束流，调节阴极电压使离子源持续稳定工作，进行溅射试验，溅射试验结束后，进行超声清洗、烘干及称量，最后放入干燥箱保存，得到溅射后的试样；五、利用溅射前后试样的质量差，计算溅射速率v及溅射产额Y，分析溅射后的试样表面粗糙度、价键组成、元素含量及表面形貌，即完成针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法；所述的其中v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；m0为溅射前试样质量，单位为g；m为溅射后的试样质量，单位为g；ρ为试样密度，单位为g/cm3；S为溅射面积，单位为cm2；t为溅射试验时间，单位为h；所述的其中Y为溅射系数，单位为mm3/C；i为电流密度，单位为mA/mm2，v为溅射侵蚀速率，单位为μm/h；所述的i＝I/πr2，其中I为离子束流，单位为mA；r为离子束流辐照半径，单位为mm。2.根据权利要求1所述的一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，其特征在于步骤二中所述的离子源为考夫曼型离子源或霍尔电推进器样机。3.根据权利要求1所述的一种针对霍尔电推进器通道材料抗溅射性能的评价方法，其特征在于步骤三...

【专利技术属性】
技术研发人员：段小明，邱宝付，毛威，扈延林，沈岩，丁永杰，宁中喜，于达仁，贾德昌，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23