阴极材料的电弧烧蚀研究

综述了近年来阴极材料的电弧等离子体烧蚀研究现状，包括基本过程与数值模拟研究和实验研究。总结得出阴极烧蚀问题的关键是氧化物扩散速率太低，认为纳米材料具有高扩散速率等优异性能，可望通过制备纳米晶Ｗ－氧化物阴极以解决其烧蚀问题。

几种氙灯用钨阴极抗烧蚀性能的研究

采用E3、Er-W、La-W1和La-W2四种材料作为氙灯的阴极材料，研究氙灯点灯一段时间后阴极的烧蚀形貌，分析阴极的烧蚀特征。结果表明：在电压3 000 V，频率3 Hz，电容23μF的条件下点灯100万发次，Er-W氙灯发黑最为严重，La-W2氙灯发黑程度最轻，管壁黑色物质是由阴极发生溅射形成的，成分由大量的WO3和少量的W组成；烧损后阴极端面的微观组织显示，Er-W阴极端面烧蚀凹坑最大，La-W2阴极的烧蚀坑最小，说明Er-W阴极工作温度较高，喷溅损失的材料较多，La-W2阴极的工作温度较低，材料的稳定性较好，从侧面说明La-W2的电子发射性能好；烧损后阴极纵截面金相组织显示，Er-W再结晶晶粒粗大，La-W2再结晶晶粒细小，细小的晶粒为第二相的扩散提供了更多通道，减轻材料的烧蚀。因此，Er-W阴极的抗烧损性能较差，La-W2阴极的抗烧损性能较好。

磁绝缘线振荡器阴极烧蚀与电压波形的关系研究

通过粒子模拟和实验研究相结合的方法,研究了磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀与输入电压波形的关系,找到了造成阴极烧蚀的根本原因,给出了电子束回轰阴极的清晰图像,并通过对低阻抗加速器平台输出电压波形的调整,抑制了反向电压,解决了器件的阴极烧蚀问题.研究结果表明:在正向电压作用下已经发射出来的电子束在超过一定幅度的反向电压作用下发生反向运动并回轰阴极,产生反向电流并造成器件阴极的烧蚀,因此注入电压下降沿之后的反向电压是引起磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀的最根本因素.

阴极等离子体电解法制备氧化铝纳米颗粒

以金属铝为阴极材料,以3mol·L-1浓度的NH4NO3水溶液为电解液,采用非对称电极阴极等离子体电解方法制备出氧化铝纳米颗粒.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对颗粒的形貌和结构进行了表征.结果表明颗粒以立方相Al2O3为主.还对放电过程的电流变化和发光现象进行了研究.结合实验结果提出了这种颗粒的生长机制.

同轴型微阴极电弧推力器的设计及性能测试

为了给微纳卫星在轨动作提供合适的推力,研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(CA-μCAT),采用同轴布置的棒状阳极和圆筒形阴极,利用真空环境下电弧放电产生的高温烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场耦合作用下高速喷出推力器产生推力。文章分别对该推力器的放电特性、推进剂烧蚀速率、等离子体离子电流、元冲量等多个参数进行了测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,电离率在4%～7%;无外加磁场下,元冲量和比冲分别为0.485μN·s和195.6 s;在磁感应强度为0.044 T时,元冲量和比冲分别为1.285μN·s和518.2 s;平均推力在10μN量级。

直流电弧空气等离子体炬阴极材料的烧蚀研究

空气等离子发生器中阴极材料的烧蚀行为直接影响阴极寿命,阴极材料和工作环境不同是影响阴极烧蚀的重要因素。通过直流电弧空气等离子体炬切割实验,研究了两种切割电极用阴极材料(Hf和Ag)烧蚀行为,采用扫描电镜(SEM)深入分析了阴极烧蚀机制。发现在同等条件下,Hf阴极的烧蚀量和烧蚀率远低于Ag阴极,Hf阴极的抗烧蚀性能较好。随着工作时间间隔的延长,Hf阴极和Ag阴极的烧蚀率都会降低,并且在连续工作时间大于60 s后,两种阴极材料的阴极烧蚀率都逐渐趋于一定值。分析表明,阴极烧蚀量的大小主要取决于阴极液化区域的大小以及液体或气体溅射量的大小,在工作环境下,阴极的导热性和电子逸出功对阴极的烧蚀量都有着至关重要的影响。在影响阴极烧蚀性能诸因素中,阴极材料的电子逸出功占据主导地位,为主要因素;阴极材料的导热性和熔点占据次等地位,为次要因素。

磁等离子体动力推力器回顾和认识

磁等离子体动力推力器因其高比冲、大推力密度及与空间核电功率匹配性好等特点,成为未来大速度增量深空任务的优选方案。回顾了磁等离子体动力推力器技术发展历史,总结了推力产生机制和推力模型,分析了推进剂选择、工作不稳定性、功率沉降、电极结构和阴极烧蚀等关键问题对推力器性能的影响,针对磁等离子体动力推力器技术和未来应用,给出了相关认识和建议。