[发明专利]一种离子推力器放电室内部沉积溅射的测量方法

说明书

本发明公开了一种离子推力器放电室内部沉积溅射的测量方法，能够在推力器内部适用，而且可以在短期工作验证下快速有效评估离子推力器放电室关键部组件的寿命和磨损机理。首先，将离子推力器安装在真空系统内，用于收集沉积物的基片安装在离子推力器放电室内部核心部件对应的指定位置；基片为无机非金属基片，且部分面积覆盖有遮挡物；推力器连续工作至少50h后，基片上留有累积的沉积物；推力器停止工作，将基片取下，剥离覆盖的遮挡物；利用表面轮廓测量装置量取基片沉积区域和洁净区域的厚度差；利用表面材料探测装置，采样分析基片上沉积物的元素组成；根据测试结果，半定量分析出核心部件的溅射产额及磨损速率。

技术领域

本发明涉及离子推力器放电室内部关键部组件连续工作磨损程度的测量和评价，具体涉及一种离子推力器放电室内部沉积溅射的测量方法。

背景技术

Kaufman氙离子推力器是电推进技术的一种，其具有比冲高、寿命长等突出优势，可以有效提高卫星的有效载荷比，延长卫星的在轨寿命。为有效评估离子推力器的寿命和关键部组件的可靠性，需要开展与卫星工作寿命1：1时长的寿命考核试验，所需时间较长，对技术应用和评价造成了较大的影响。

放电室内部关键部组件的磨损是离子推力器的主要失效模式之一，但对其的寿命和可靠性评估受到其结构和离子推力器的工作机理的限制，无法单独进行放电室关键部组件的寿命考核，且与整机一同验证所需时间非常长。

现有技术一种测量沉积量的手段是采用石英晶体微量天平(QCM)，由于需要外部信号和供电线路，因此不能在推力器内适用，而且QCM的量程有限，无法测量长时间(超过500h)连续工作下的推力器内部沉积。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器放电室内部沉积溅射的测量方法，能在推力器内部适用，而且可以在短期工作验证下快速有效评估离子推力器放电室关键部组件的寿命和磨损机理。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种离子推力器放电室内部沉积溅射的测量方法，包括：

步骤1、将离子推力器安装在真空系统内，用于收集沉积物的基片安装在离子推力器放电室内部核心部件对应的指定位置；所述基片为无机非金属基片，且部分面积覆盖有遮挡物；

步骤2、推力器连续工作至少50h后，基片上留有累积的沉积物；

步骤3、推力器停止点火开启真空舱，将基片取下，剥离覆盖的遮挡物；基片上部分为沉积区域，部分为无沉积的洁净区域；

步骤4、利用表面轮廓测量装置，量取基片沉积区域和洁净区域的厚度差；

步骤5、利用表面材料探测装置，采样分析基片上沉积物的元素组成；

步骤6、根据步骤4和步骤5的测试结果，半定量分析出核心部件的溅射产额及磨损速率。

优选地，所述核心部件对应的指定位置包括推力器放电室内部靠近磁钢安装处、靠近栅极组件安装处以及靠近阴极安装底座处。

优选地，所述基片与放电室内等离子体直接接触的表面粗糙度优于2μm，厚度不小于0.1mm。

优选地，基片使用无水乙醇或无水丙酮超声波清洗，风干后使用。

优选地，基片的遮挡物采用不带胶的金属箔，或者采用与基片相同材质的盖片。

优选地，基片采用无机材料或不带胶材料固定于放电室内部。

优选地，针对多工况工作的推力器，在不同工况下进行步骤1～6的操作，可以获得不同工况下的测量结果。

有益效果：