微推进器结构与制作工艺研究

发布时间：2017-04-17 19:23

  本文关键词：微推进器结构与制作工艺研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 微推进器是一种基于MEMS技术的新型微推进系统,主要用于微小型航天器的位置保持、姿态控制、轨道调整等。论文从结构设计、工艺研究和性能测试三方面介绍了MEMS微化学推进器的设计与制备过程,获得了9mm×9mm面积上集成4×6个微推进器单元的原理样机,用ANSYS热分析软件对点火桥膜和药室点火后的温度分布进行了模拟。 微化学推进器采用底层点火电路、中间装药室、顶层喷孔的三明治结构。应用磁控溅射、光刻、湿法刻蚀等微电子制作工艺在玻璃基片上制备了点火电路;应用机械加工方法在环氧树脂板上加工出4×6的药室孔阵列;应用掩膜沉积、反应离子刻蚀(RIE)及硅的各项异性湿法刻蚀等加工方法制备了类似拉瓦尔喷管的喷孔层。对制备后的各部分进行了组装,得到了初步的原理样机。 测试了不同工艺条件下制备的点火电路的发火性能。随着点火电压的提高,桥膜熔断时间呈指数衰减。150W、30min的薄膜沉积工艺条件下,10V时点火桥膜的熔断时间约为225ms,30V时桥膜熔断时间为10μs左右。 测试了在不同药室直径下装药为AP/NHN和AP/THPC的微推进器的推力。从微推力大小、推力时间及冲量大小等方面综合考虑,选择80/20配比的AP/NHN药剂性能较好,燃烧持续时间:大于146ms,冲量大于30μN·s,并且点火成功率较高。 用ANSYS热分析软件模拟了点火桥膜和药室点火后的温度分布。结果表明,桥膜温度在10ms～20ms内即可达到微推进器中常用装药的发火温度,桥膜温度分布与实验结果一致。药室点火后的模拟结果表明,用环氧树脂板和7740玻璃作为药室层材料,单个药室点火时不会影响到相邻药室。
【关键词】：微机电系统 微推进器 制作工艺 性能测试 模拟仿真
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V439
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 微推进系统研究背景7
• 1.2 微推进系统研究现状7-14
• 1.2.1 气体推进系统7-8
• 1.2.2 微电推进系统8-10
• 1.2.3 MEMS微推进系统10-11
• 1.2.4 MEMS微推进器研究现状11-14
• 1.3 本文的主要工作14-15
• 2 微推进器结构与工艺设计15-24
• 2.1 微推进器性能比较15
• 2.2 微推进器整体方案设计15-17
• 2.3 制作工艺设计17-23
• 2.3.1 点火电路层设计17-19
• 2.3.2 药室层工艺设计19-22
• 2.3.3 喷孔层工艺设计22-23
• 2.4 小结23-24
• 3 微推进器制作工艺研究24-49
• 3.1 点火电路层制作工艺24-34
• 3.1.1 相关工艺介绍24-26
• 3.1.2 点火电路制作工艺26-34
• 3.2 药室层制作工艺34-37
• 3.2.1 材料与工艺介绍34
• 3.2.2 环氧树脂板药室34
• 3.2.3 陶瓷药室34-35
• 3.2.4 硅药室35-36
• 3.2.5 光敏玻璃药室36-37
• 3.3 喷孔层制作工艺37-46
• 3.3.1 相关工艺介绍37-41
• 3.3.2 喷孔层制作41-46
• 3.4 微推进器的封装46-48
• 3.4.1 MEMS封装技术46-47
• 3.4.2 微推进器封装方法47-48
• 3.5 小结48-49
• 4 微推进器性能测试49-66
• 4.1 点火桥膜发火性能测试49-55
• 4.1.1 测试设备49-50
• 4.1.2 测试结果及分析50-55
• 4.2 微推进器推力测试55-64
• 4.2.1 药剂的注装55-57
• 4.2.2 微推力测试57-64
• 4.3 小结64-66
• 5 点火桥膜和药室的有限元模拟66-77
• 5.1 点火桥膜点火模拟66-71
• 5.2 药室热性能模拟71-75
• 5.3 小结75-77
• 6 结论及展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-82

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