[发明专利]一种空心阴极高温加热器

说明书

本发明公开了一种空心阴极高温加热器，用于加热阴极管内的发射体，包含从内到外同轴嵌套装配的：绝缘内衬、发热体、骨架、多层碳毡热屏蔽层；绝缘内衬和骨架均为耐高温绝缘陶瓷；发热体的发热段、引线端及引线固定件采用等静压高密度石墨整体加工而成，发热体引线端截面比发热段显著增大；绝缘内衬为薄壁圆筒，与发热体内壁及阴极管外壁完全紧密贴合，绝缘内衬与陶瓷骨架实现对发热体的结构夹持固定与可靠绝缘。本发明使用等静压高密度石墨作为发热体，成本低，可靠性高，耐高温性能强，加热效率高，使用寿命长，对引线端、绝缘内衬、骨架、热屏蔽层的设计提高了向内热传导的效率，减少了不必要的发热和散热，且工艺简单，易于制造、装配和调试。

技术领域

本发明涉及属于空间电推进技术领域，具体涉及一种用于空心阴极的小型化组装式石墨高温加热器。

背景技术

电推进系统具有显著的高比冲优势，能大幅减少推进剂携带量而增加有效载荷，或在不增加推进剂条件下显著延长航天器工作寿命，正得到越来越多的应用。目前国内外主流应用的离子推力器与霍尔推力器都依靠空心阴极发射电子才能正常启动与可靠工作。空心阴极点火的先决条件是通过外部高温加热器将六硼化镧或钡钨发射体加热到足够高的工作温度使其发射电子，因此高温加热器是整个电推进系统启动工作的关键，它的性能直接影响整个系统的正常启动、长时间工作与重复启动寿命及可靠性。

空心阴极发射体工作温度最高可达1800℃，对加热器的材料选择、结构设计与制造工艺等提出严苛要求。传统空心阴极通常使用的铠装式加热器与组装式加热器均以高温难熔金属丝作为发热体，如钽丝、钨丝、钨铼丝等。金属丝经历高温后变脆，极易碎断；金属丝高温持续蒸发会导致加热丝变细乃至断路；金属蒸发物在绝缘件上逐渐渗透或沉积，会导致加热器短路；金属电阻率随温度变化大，可能出现高温功率失控导致加热丝熔断。尤其铠装式加热器由同轴电阻加热丝盘绕模压而成，内外导体间用绝缘材料分隔，端部内外导体焊接后形成加热电流从内导体到外导体的回路，工艺难度高，成品率低，可靠性差，常常成为单点失效元件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有空心阴极高温加热器存在的加热丝短路或熔断导致的可靠性低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种空心阴极高温加热器，用于加热阴极管内的发射体，包含：

以阴极管为中心，依次从内向外嵌套组装的筒状的绝缘内衬、发热体、骨架、热屏蔽层；

所述的绝缘内衬和骨架选取耐高温绝缘陶瓷；绝缘内衬壁厚为0.3-1mm，其内表面贴合所述的阴极管；

所述的发热体材质为等静压高密度石墨；发热体包含一体加工形成的发热段和引线端，发热段为一条折线形电流通道，紧贴绝缘内衬的外壁，从绝缘内衬的一端轴向延伸到另一端后折返并重复该过程，直到将绝缘内衬的外壁铺满，使所述电流通道沿轴向铺设成若干段，相邻两段之间设有间隙以防止短路；所述的引线端由电流通道两端沿轴向继续延伸形成的，两个引线端相邻并设有间隙，引线端截面大于电流通道的截面；

骨架包覆并固定于发热体的外表面，所述的骨架的两端沿径向向外延伸，使骨架的外表面形成凹槽；在所述的凹槽中铺设若干层隔热材料，形成所述的热屏蔽层；

所述的绝缘内衬和骨架分别包覆所述的引线端的两侧，用于固定引线端。

较佳地，所述的骨架分别与所述的发热段外表面的两端抵接并固定，骨架与发热段外表面的其他区域设有间隙。

较佳地，所述的骨架与绝缘内衬夹持固定所述的引线端的两侧，所述的绝缘内衬与所述引线端的部分区域抵接，与引线端的其他区域设有间隙。

较佳地，所述的骨架靠近引线端的一侧为阶梯状，且与引线端的部分区域设有间隙。

较佳地，所述的隔热材料为碳毡。

较佳地，所述的引线端设有引线固定件，用于连接外部电路；所述引线固定件的材料选取等静压高密度石墨。