中國科學院太空制造技術重點實驗室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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研究進展

長壽命、低功耗空間制造用電子束槍方面取得重要進展

  發布時間:2018-03-20     瀏覽次數:686  分享至:

電子束原位制造技術因其能量利用效率高、制造速度快、真空工作環境等一系列優勢,成為一項最適合未來太空環境下原位制造和修復用的工藝技術之一。近日,中國科學院太空制造技術重點實驗室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)在空間制造用電子束槍關鍵技術研究方面取得重要進展,科研人員創新性地采用高效微波ECR等離子體源研制了基于空間制約條件的長壽命、低功耗高能電子束槍,該研究成果有望為我國未來空間探索的就位制造和地外資源就位利用提供必要的技術貯備。 

微波源

2.45GHz

共振磁場強度

875 Gauss

氣體流量

0.09sccm

工作氣壓

4-20x10-4Pa

等離子體源

密度 1017-1018/m3

引出孔直徑

3mm

束斑直徑

小于1mm

加速電壓

0-30kV

束流強度

0-100mA

能量密度

200 kW/ cm2

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微波ECR等離子體陰極電子源采用無極放電方式產生電子,避免了熱陰極帶來的高熱負荷、短壽命以及不能在有出氣的環境下工作的嚴重缺點;再者,微波ECR等離子體陰極電子源是高密度電子源,比熱陰極發射電子的密度高得多,因此,可以形成更高束流密度的電子束;同時,與其他等離子體陰極電子源相比,微波ECR等離子體陰極電子源運行氣壓較低,需求氣量較小,因此,更有利于提高電壓,更適合在空間環境中運行。SMT重點實驗室科研人員采用高效微波ECR等離子體源從根本上解決了電子束槍陰極材料易損耗問題,電子束槍的壽命由2000小時顯著提升到大于1萬小時,功耗由10kW大幅降低為2kW

SMT重點實驗室科研人員為基于微波ECR等離子體源的高能電子束槍搭建了小型的真空實驗腔體,來驗證其加工金屬材料的能力。利用電子束自由成形制造技術(Electron beam freeform fabrication,EBF),通過高能量密度的電子束照射形成熔池,送絲系統提供的焊絲進入熔池熔化,逐層熔敷焊絲形成測試樣件。未來,SMT重點實驗室科研人員將通過編程調節熔敷軌跡,從而實現任意形狀實體的制造。


 

下一階段,SMT重點實驗室科研人員將會把研究重點放在電子束槍的小型化設計上,在保持電子束槍引出束斑的能量密度不變的條件下,進一步優化結構設計,減小整個電子束槍的尺寸,增強電子束設備可操作性,這將更加有助于在軌原位制造和修復、空間大型裝配、空間焊接和地外資源的提煉等領域的應用。


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