本发明专利技术提供一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，包括：ECR等离子体源、电子束引出模块和电子光学模块；按自上向下方向，依次同轴设置ECR等离子体源、电子束引出模块和电子光学模块；ECR等离子体源，用于产生等离子体；电子束引出模块，用于从等离子体中引出电子，形成电子束，并对电子束实现加速和聚束；电子光学模块，用于调节控制电子束引出模块输出的电子束的束斑大小和位置。本发明专利技术提供一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，通过电极的调控稳定的引出电子以及配合电子光学模块，最终聚束成满足加工要求的束斑，本发明专利技术可以获得稳定的电子束流和高精度的电子束斑，最终满足在轨制造的需求。最终满足在轨制造的需求。最终满足在轨制造的需求。
【技术实现步骤摘要】
面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构
[0001]本专利技术属于电子束增材制造
，具体涉及一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构。
技术介绍
[0002]等离子体阴极电子束枪作为高能热源，可用于金属冶炼、增材制造等，现阶段等离子体阴极电子束枪存在以下问题：电子束由等离子体中引出，无固定发射面，电子难以约束导致现有等离子体电子束枪精度不足，在增材制造领域仅可用于较为粗糙的零件加工，难以满足高精度制造的需求。
技术实现思路
[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，可有效解决上述问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，包括：ECR等离子体源(1)、电子束引出模块(2)和电子光学模块(3)；
[0006]按自上向下方向，依次同轴设置所述ECR等离子体源(1)、所述电子束引出模块(2)和所述电子光学模块(3)；
[0007]所述ECR等离子体源(1)，用于产生等离子体；
[0008]所述电子束引出模块(2)，用于从所述等离子体中引出电子，形成电子束，并对所述电子束实现加速和聚束；
[0009]所述电子光学模块(3)，用于调节控制所述电子束引出模块(2)输出的电子束的束斑大小和位置。
[0010]优选的，所述电子束引出模块(2)，包括依次同轴设置的高压电极(21)、第二电极(22)和地电极(23)；
[0011]其中：
[0012]所述高压电极(21)，加载电压为负高压；
[0013]所述第二电极(22)，加载电压为负高压，所加载电压的绝对值，位于所述高压电极(21)加载电压的绝对值和地电极(23)之间，相比于所述高压电极(21)加载的负高压，所述第二电极(22)处于正电位；
[0014]所述地电极(23)的电位为大地，相比于所述高压电极(21)和所述第二电极(22)加载的负高压，所述地电极(23)处于正电位；
[0015]因此，所述高压电极(21)和所述第二电极(22)之间，形成第一电场，电场方向由第二电极(22)指向高压电极(21)，电场结构为近锥形；
[0016]所述地电极(23)和所述第二电极(22)之间形成第二电场，电场方向由地电极(23)指向第二电极(22)，电场结构为近锥形；
[0017]所述高压电极(21)的中心开设与所述ECR等离子体源(1)连通的引出孔(21A)；所述第二电极(22)的中心开设第二电极通过孔(22A)；所述地电极(23)的中心开设地电极通过孔(23A)；所述引出孔(21A)、所述第二电极通过孔(22A)和所述地电极通过孔(23A)同轴设置；
[0018]所述ECR等离子体源(1)产生的电子和离子向下运动到达引出孔(21A)的上方时，通过第一电场的作用，阻隔离子通过，仅使电子通过引出孔(21A)，实现电子引出功能；
[0019]从引出孔(21A)穿过的电子，首先在第一电场的作用下加速，并穿过第二电极通过孔(22A)；
[0020]从第二电极通过孔(22A)穿过的电子，首先在第二电场的作用下加速，并穿过地电极通过孔(23A)；
[0021]依次从引出孔(21A)、第二电极通过孔(22A)和地电极通过孔(23A)穿过的电子在第一电场和第二电场共同组成的静电透镜的作用下，实现一次聚束的作用。
[0022]优选的，所述引出孔(21A)的形状为：包括自上向下连通的圆柱孔(21A
‑
1)和锥形孔(21A
‑
2)，其中，所述锥形孔(21A
‑
2)的锥尖朝上，与所述圆柱孔(21A
‑
1)的底面连通，并与所述圆柱孔(21A
‑
1)的孔径相同。
[0023]优选的，所述高压电极(21)为平板状电极；
[0024]所述第二电极(22)为上部分为锥形，下部分为圆柱形的中空腔体结构；
[0025]所述地电极(23)为上部分为锥形，下部分为圆柱形的中空腔体结构，并且，所述地电极(23)的腔体直径，小于所述第二电极(22)的腔体直径。
[0026]优选的，所述第二电极(22)的圆柱形腔体，延长到所述地电极(23)的圆柱形腔体的中部位置，使所述第二电极(22)的圆柱形腔体具有阻挡带电粒子和等离子体的作用。
[0027]优选的，还包括高压电极法兰(24)、绝缘环(25)和地电极法兰(26)；
[0028]所述绝缘环(25)为圆柱形，所述绝缘环(25)的上下两端，各装配所述高压电极法兰(24)和所述地电极法兰(26)，以保证所述高压电极法兰(24)和所述地电极法兰(26)上下平行且共轴设置；
[0029]所述高压电极法兰(24)的中心开设高压电极法兰锥形孔(24A)；所述高压电极法兰(24)的中心上方装配所述高压电极(21)，且使所述高压电极(21)的引出孔(21A)和所述高压电极法兰锥形孔(24A)同轴设置；
[0030]所述地电极法兰(26)的中心上方装配所述地电极(23)；
[0031]所述地电极法兰(26)开设抽气孔(27)；
[0032]所述地电极法兰(26)的下方，安装用于与所述电子光学模块(3)装配的转接法兰(28)。
[0033]优选的，所述电子光学模块(3)，包括依次设置的一级聚焦透镜(31)、二级聚焦透镜(32)和偏转线圈(33)；
[0034]所述电子束引出模块(2)引出的电子束，投射到所述一级聚焦透镜(31)，经所述一级聚焦透镜(31)透射后，聚焦于焦点位置；再从所述焦点位置投射到所述二级聚焦透镜(32)，经所述二级聚焦透镜(32)透射后，聚焦于偏转线圈(33)的中心，经所述偏转线圈(33)调节电子束角度后，投射到工作台的目标位置。
[0035]优选的，通过所述一级聚焦透镜(31)和所述二级聚焦透镜(32)的作用，实现对电
子束的聚束作用。
[0036]本专利技术提供的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构具有以下优点：
[0037]本专利技术的提供一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，通过电极的调控稳定的引出电子以及配合电子光学模块，最终聚束成满足加工要求的束斑，本专利技术可以获得稳定的电子束流和高精度的电子束斑，最终满足在轨制造的需求。
附图说明
[0038]图1为本专利技术提供的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构的剖面图；
[0039]图2为本专利技术提供的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构的剖开后的立体图；
[0040]图3为本专利技术提供的电子束引出模块的剖面图；
[0041]图4为本专利技术提供的电子束引出模块的剖开后的立体图；
[0042]图5为本专利技术提供的高压电极和高压电极法兰的放大图；
[0043]图6为本专利技术提供的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构的原理图；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，其特征在于，包括：ECR等离子体源(1)、电子束引出模块(2)和电子光学模块(3)；按自上向下方向，依次同轴设置所述ECR等离子体源(1)、所述电子束引出模块(2)和所述电子光学模块(3)；所述ECR等离子体源(1)，用于产生等离子体；所述电子束引出模块(2)，用于从所述等离子体中引出电子，形成电子束，并对所述电子束实现加速和聚束；所述电子光学模块(3)，用于调节控制所述电子束引出模块(2)输出的电子束的束斑大小和位置。2.根据权利要求1所述的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，其特征在于，所述电子束引出模块(2)，包括依次同轴设置的高压电极(21)、第二电极(22)和地电极(23)；其中：所述高压电极(21)，加载电压为负高压；所述第二电极(22)，加载电压为负高压，所加载电压的绝对值，位于所述高压电极(21)加载电压的绝对值和地电极(23)之间，相比于所述高压电极(21)加载的负高压，所述第二电极(22)处于正电位；所述地电极(23)的电位为大地，相比于所述高压电极(21)和所述第二电极(22)加载的负高压，所述地电极(23)处于正电位；因此，所述高压电极(21)和所述第二电极(22)之间，形成第一电场，电场方向由第二电极(22)指向高压电极(21)，电场结构为近锥形；所述地电极(23)和所述第二电极(22)之间形成第二电场，电场方向由地电极(23)指向第二电极(22)，电场结构为近锥形；所述高压电极(21)的中心开设与所述ECR等离子体源(1)连通的引出孔(21A)；所述第二电极(22)的中心开设第二电极通过孔(22A)；所述地电极(23)的中心开设地电极通过孔(23A)；所述引出孔(21A)、所述第二电极通过孔(22A)和所述地电极通过孔(23A)同轴设置；所述ECR等离子体源(1)产生的电子和离子向下运动到达引出孔(21A)的上方时，通过第一电场的作用，阻隔离子通过，仅使电子通过引出孔(21A)，实现电子引出功能；从引出孔(21A)穿过的电子，首先在第一电场的作用下加速，并穿过第二电极通过孔(22A)；从第二电极通过孔(22A)穿过的电子，首先在第二电场的作用下加速，并穿过地电极通过孔(23A)；依次从引出孔(21A)、第二电极通过孔(22A)和地电极通过孔(23A)穿过的电子在第一电场和第二电场共同组成的静电透镜的作用下，实现一次聚束的作用。3.根据权利要求2所述的面向空间制造用的电子束枪小型化引出结构，其特征在于，所述引出孔(21A)的形状为：包括自上向下连通的圆柱孔(21A
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【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，刘亦飞，王功，刘兵山，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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