中国科学院太空制造技术重点实验室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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研究进展

长寿命、低功耗空间制造用电子束枪方面取得重要进展

  发布时间:2018-03-20     浏览次数:323  分享至:

电子束原位制造技术因其能量利用效率高、制造速度快、真空工作环境等一系列优势,成为一项最适合未来太空环境下原位制造和修复用的工艺技术之一。近日,中国科学院太空制造技术重点实验室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)在空间制造用电子束枪关键技术研究方面取得重要进展,科研人员创新性地采用高效微波ECR等离子体源研制了基于空间制约条件的长寿命、低功耗高能电子束枪,该研究成果有望为我国未来空间探索的就位制造和地外资源就位利用提供必要的技术贮备。 

微波源

2.45GHz

共振磁场强度

875 Gauss

气体流量

0.09sccm

工作气压

4-20x10-4Pa

等离子体源

密度 1017-1018/m3

引出孔直径

3mm

束斑直径

小于1mm

加速电压

0-30kV

束流强度

0-100mA

能量密度

200 kW/ cm2

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微波ECR等离子体阴极电子源采用无极放电方式产生电子,避免了热阴极带来的高热负荷、短寿命以及不能在有出气的环境下工作的严重缺点;再者,微波ECR等离子体阴极电子源是高密度电子源,比热阴极发射电子的密度高得多,因此,可以形成更高束流密度的电子束;同时,与其他等离子体阴极电子源相比,微波ECR等离子体阴极电子源运行气压较低,需求气量较小,因此,更有利于提高电压,更适合在空间环境中运行。SMT重点实验室科研人员采用高效微波ECR等离子体源从根本上解决了电子束枪阴极材料易损耗问题,电子束枪的寿命由2000小时显著提升到大于1万小时,功耗由10kW大幅降低为2kW

SMT重点实验室科研人员为基于微波ECR等离子体源的高能电子束枪搭建了小型的真空实验腔体,来验证其加工金属材料的能力。利用电子束自由成形制造技术(Electron beam freeform fabrication,EBF),通过高能量密度的电子束照射形成熔池,送丝系统提供的焊丝进入熔池熔化,逐层熔敷焊丝形成测试样件。未来,SMT重点实验室科研人员将通过编程调节熔敷轨迹,从而实现任意形状实体的制造。


 

下一阶段,SMT重点实验室科研人员将会把研究重点放在电子束枪的小型化设计上,在保持电子束枪引出束斑的能量密度不变的条件下,进一步优化结构设计,减小整个电子束枪的尺寸,增强电子束设备可操作性,这将更加有助于在轨原位制造和修复、空间大型装配、空间焊接和地外资源的提炼等领域的应用。


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