本发明专利技术公开了一种球面阻滞势分析仪的制造方法，首先采用冲压成型和热处理定型对金属板材进行加工以获得球面构型件，然后采用电化学刻蚀加工获得薄球面构型件，再采用超快激光刻蚀加工获得球面型栅极组件，最后采用机加工方法获取壳体和收集极，将球面型栅极组件和收集极装配于壳体上，以获得球面阻滞势分析仪；本方案采用通过电化学刻蚀获得薄球面构型件，以最大限度的保证栅孔加工球面的形状精度，再针对薄壁易变形的特点，采用超快激光刻蚀获得球面高形状精度和高栅孔同轴装配精度的球面型栅极组件，进而装配获得具有球面型栅极组件的球面阻滞势分析仪，并通过球面型栅极组件实现对离子液体电喷雾推力器中的带电粒子能量的准确测量。的准确测量。的准确测量。
【技术实现步骤摘要】
一种球面阻滞势分析仪的制造方法及装置
[0001]本专利技术涉及能量分析
，特别地，涉及一种球面阻滞势分析仪的制造方法。此外，本专利技术还涉及一种采用上述球面阻滞势分析仪的制造方法制造获得的球面阻滞势分析仪装置。
技术介绍
[0002]离子液体电喷雾推力器是一种以离子液体作为推进剂工质，利用静电场在推进剂中提取相应极性的离子并对其进行加速的静电式电推力器。提取的离子包含单体和离子簇(二聚体、三聚体甚至是其它多聚体)，离子簇在提取栅极与发射体间静电场的作用下可能破碎形成新的离子/离子簇和中性分子。离子簇破碎对于推力器的性能具有重要的影响，掌握离子簇在加速区的破碎率对于推进剂选择和推力器优化设计具有重要的意义。通过采用阻滞势分析仪对束流中的带电粒子能量分布进行精确测量，是获得离子簇破碎率的有效方法。
[0003]阻滞势分析仪(RPA)是一种用来测量等离子体中离子能量分布测量装置。一般情况下，RPA由至少3个平面栅极和1个收集极组成，居中的栅极作为阻滞栅极，其余两个栅极接地。通过在阻滞栅极上扫描施加偏置电压(V)，在临近的接地栅极间建立等势面，形成带电粒子势垒，只允许能量E≥qV的带电粒子通过并最终到达收集极。通过对偏置电压进行扫描，采集到的电流和相应的阻滞栅极扫描电压形成I
‑
V曲线，通过对曲线进行分析即可获得带电粒子的能量分布。然而，离子液体电喷雾推力器的束流具有一定的发散，若采用平面型RPA，进入RPA中的带电粒子飞行方向与阻滞电场方向存在夹角θ，而阻滞电场只能阻滞带电粒子沿电场方向的速度分量，垂直于电场方向的速度分量并不改变。因此，带电粒子的实际截断能量与其入射角θ度相关，产生与入射角θ相关的测量误差。如果入射角θ已知，则可以对测量结果进行修正，但实际测量中的粒子入射方向无法准确测量。
[0004]针对这一测量误差问题，通过采用同心半球形栅极结构，使带电粒子的飞行起始位置位于栅极组件的球心处，带电粒子的入射方向将始终与阻滞电场的方向一致，进而消除由粒子束流发散引入的误差。然而，球面栅极加工困难，为了保证高粒子透过率，栅极一般采用薄导体材料，厚度在几十微米至百微米量级，其上的栅孔轴心与球面的法向方向一致，指向球心，同时栅孔间的线宽在几十微米量级。平面栅极的成孔相对简单，但是将先成孔的栅极再成型为球面栅极的方法容易造成栅极孔间断裂，良品率极低；并且由于成型过程中发生非弹性变形，栅极孔的截面尺寸与平面栅时相比将发生变化，在进行栅极组件装配时，各栅极上的相同位置处的栅孔难以保证较高的同轴装配精度，导致带电粒子能量测量精度低。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了一种球面阻滞势分析仪的制造方法及装置，以解决阻滞势分析仪中平面型栅极组件存在入射角偏差，无法对离子液体电喷雾推力器中的带电粒子能量分布进
行准确测量，而球面型栅极组件，加工难度大，同轴装配精度难以保证，同样无法对离子液体电喷雾推力器中的带电粒子能量分布进行高精度测量的技术问题。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种球面阻滞势分析仪的制造方法，包括以下步骤：S1，采用冲压成型和热处理定型对金属板材进行加工，以获得球面构型件，球面构型件包括边缘框架和中心球面；S2，采用电化学刻蚀在中心球面上蚀刻出栅孔加工球面，以获得薄球面构型件；S3，采用超快激光刻蚀在薄球面构型件的栅孔加工球面上蚀刻出栅孔阵列，以获得球面型栅极组件；S4，采用机加工方法获取壳体和收集极，将球面型栅极组件和收集极装配于壳体上，以获得球面阻滞势分析仪。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进：
[0008]进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：S201，对球面构型件进行清洗，喷涂光刻胶，并在温度小于80℃的环境中干燥30分钟以上，随后采用紫外光进行曝光处理，以浸入显影液中露出待加工区域轮廓；S202，将曝光显影后的球面构型件放入刻蚀液中进行电化学刻蚀，并根据金属板材与刻蚀液的反应速率来控制反应时间以实现对栅孔加工球面厚度的精确控制，进而获得厚度符合要求的栅孔加工球面；S203，栅孔加工球面刻蚀完成后进行薄球面构型件的清洗，去除光刻胶。
[0009]进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：S311，多块薄球面构型件通过边缘框架和布设于相邻两边缘框架之间的绝缘垫片堆叠固定；S312，采用超快激光进行刻蚀加工，通过调整激光焦深或者激光器位置以依次完成各薄球面构型件上处于同一轴线的对应位置的孔加工；S312，重复步骤S312，直至完成栅孔阵列的加工，以获得球面型栅极组件。
[0010]进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：S321，采用超快激光刻蚀工艺在栅孔加工球面上以栅孔加工球面的中心位置为定位基准完成栅孔阵列的加工，并在边缘框架上以栅孔加工球面的中心位置为定位基准，加工出至少两个定位孔，以获得球面栅极；S322，重复步骤S321，依次获得多块球面栅极，然后通过定位孔和布设于相邻两边缘框架之间的绝缘垫片进行多块球面栅极的堆叠固定，以获得球面型栅极组件。
[0011]进一步地，步骤S3和步骤S4之间还包括步骤：采用超声波清洗方法对球面型栅极组件进行清洗，然后采用电化学抛光去除球面型栅极组件表面激光加工过程中的毛刺。
[0012]进一步地，栅孔阵列中的栅孔的孔形呈正方形布设；和/或栅孔阵列中栅孔的截面尺寸范围为0.3
‑
0.5mm，且相邻两栅孔之间的线宽范围为0.04
‑
0.06mm。
[0013]进一步地，在步骤S1中采用冲压成型，在边缘框架上冲压出装配孔。
[0014]进一步地，在步骤S2中采用电化学刻蚀，在边缘框架上蚀刻出装配孔。
[0015]进一步地，步骤S1之前还包括步骤：S0，根据所需栅极的设计曲率和几何尺寸，设计和获取相应的冲压模具和金属板材。
[0016]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种球面阻滞势分析仪装置，其采用上述的球面阻滞势分析仪的制造方法制造获得。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术中的球面阻滞势分析仪的制造方法，首先采用冲压成型和热处理定型对金属板材进行加工，以获得具有边缘框架和中心球面的球面构型件，然后采用电化学刻蚀方法在中心球面上刻蚀出栅孔加工球面，以获得薄球面构型件，在电化学刻蚀接触应力，可以最大程度的保证栅孔加工球面的形状精度，边缘框架可以提高整体刚度，抑制栅孔加工球
面变形，有利于栅孔加工球面的维持，同时便于后续球面型栅极组件的装配；再采用超快激光刻蚀工艺在薄球面构型件的栅孔加工球面上蚀刻出栅孔阵列，以获得球面型栅极组件，超快激光刻蚀能够实现亚微米的加工精度，并且具有近似冷加工的效果，能够有效避免传统常规激光的热效应导致的变形，以保证栅孔阵列加工精度和球面构型；最后采用机加工方法获取壳体和收集极，将球面型栅极组件和收集极装配于壳体上，以获得球面阻滞势分析仪；本方案采用先球面成型再进行栅孔阵列加工，以获得球面型栅极组件，且在加工过程中，通过电化学刻蚀获得薄球面构型件，以最大限度的保证栅孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种球面阻滞势分析仪的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，采用冲压成型和热处理定型对金属板材进行加工，以获得球面构型件，球面构型件包括边缘框架和中心球面；S2，采用电化学刻蚀在中心球面上蚀刻出栅孔加工球面，以获得薄球面构型件；S3，采用超快激光刻蚀在薄球面构型件的栅孔加工球面上蚀刻出栅孔阵列，以获得球面型栅极组件；S4，采用机加工方法获取壳体和收集极，将球面型栅极组件和收集极装配于壳体上，以获得球面阻滞势分析仪。2.根据权利要求1所述的球面阻滞势分析仪的制造方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S201，对球面构型件进行清洗，喷涂光刻胶，并在温度小于80℃的环境中干燥30分钟以上，随后采用紫外光进行曝光处理，以浸入显影液中露出待加工区域轮廓；S202，将曝光显影后的球面构型件放入刻蚀液中进行电化学刻蚀，并根据金属板材与刻蚀液的反应速率来控制反应时间以实现对栅孔加工球面厚度的精确控制，进而获得厚度符合要求的栅孔加工球面；S203，栅孔加工球面刻蚀完成后进行薄球面构型件的清洗，去除光刻胶。3.根据权利要求1所述的球面阻滞势分析仪的制造方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：S311，多块薄球面构型件通过边缘框架和布设于相邻两边缘框架之间的绝缘垫片堆叠固定；S312，采用超快激光进行刻蚀加工，通过调整激光焦深或者激光器位置以依次完成各薄球面构型件上处于同一轴线的对应位置的孔加工；S312，重复步骤S312，直至完成栅孔阵列的加工，以获得球面型栅极组件。4.根据权利要求1所述的球面阻滞势分析仪的制造方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：S321，采用超快激光刻蚀工艺在栅孔加工球面上以栅孔加工球面的中心位置为定位基准完...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭大伟，程谋森，张颖，李小康，杨雄，车碧轩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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