Page 92 - 《真空与低温》2025年第3期

李志伟等：面向空间应用的铱-氧化钇灯丝研制 363

变化曲线。可以看出，两根灯丝的发射电流都可以 了支撑结构的灯丝进行了鉴定级力学试验。在经
达到 50 mA，不过在同等温度下，18 圈丝的发射能 过力学试验之后，灯丝的外观无变化。如图 5（a）
力更强，这是因为 18 圈丝的发射面积更大。因此， 所示，分别测试了试验前后灯丝的电子发射性能，
通过加长螺旋灯丝的长度，可以提高灯丝在同等温 发现灯丝的发射性能几乎没有变化。通过在螺旋
度下的电子发射能力。最后，制备了一根直径为 灯丝中增加一条石英支撑棒，可以有效提高灯丝的
0.29 mm、20 圈的螺旋灯丝，在灯丝电压为 6 V 时， 抗振动冲击性能，避免灯丝焊点脱落、高温形变带
发射电流达到了 231 mA，如图 3（d）所示。因此，通 来的性能损伤，提高了灯丝在空间严苛条件下的适
过制备螺旋形铱-氧化钇灯丝，并增加灯丝的发射 应性和稳定性。针对空间在轨情况下温差大的特
面积，可以实现较高的发射电流，使灯丝足以应用 点，对灯丝进行了航天热冲击试验。如图 5（b）所
到部分微小卫星的推力器上。 示，一根直径为 0.15 mm、12 圈的螺旋灯丝在经过

3.2 带绝缘支撑的铱-氧化钇灯丝的发射性能 500 次±110 ℃ 的热冲击试验之后，灯丝的发射性
灯丝在工作和非工作期间都会部分接触到支 能几乎没有变化，同等加热功率下灯丝的发射电流
撑结构，通过这种“软接触”可以实现对灯丝的空 与试验前的数值相差不到 3%。因此，可以认为铱-
间限位和稳定作用。在增加支撑结构之后，灯丝可 氧化钇灯丝在经历航天热冲击试验之后发射性能
能因为接触到石英棒而增加散热通道和加热功率。 并不会衰减。
为此，对比了同一个灯丝在是否安装支撑结构条件

下的发射性能，如图 4 所示。可以看出，两次测试 60 无支撑
中灯丝的发射电流随加热功率的变化基本一致，在 50 有支撑
达到相同发射电流时加热功率仅有微小的增加。 40
例如，无支撑的灯丝在 30.6 mA 发射电流时功耗为 发射电流/mA 30
8.64 W，有支撑的灯丝在 30.0 mA 发射电流时的功 20
耗为 8.75 W，则相同发射电流下功耗仅增加 3.3%，
10
已经和灯丝安装过程中引入的偏差不相上下。因
0
此，可以认为增加石英棒并不会明显增加灯丝的功 5 6 7 8 9 10 11
加热功率/W
耗，原因是灯丝和石英棒的接触并非硬性的，且石
英的导热能力较差。 图 4 带绝缘支撑的铱-氧化钇灯丝的发射性能

3.3 带绝缘支撑的铱-氧化钇灯丝的地面试验结果 Fig. 4 The emission performance of iridium-yttrium oxide
为了验证绝缘支撑结构的抗振动效果，对安装 filaments with insulated supports

60 试验前 35 测试前
试验后 测试后
50 30
试验后 50 天 25
发射电流/mA 30 发射电流/mA 20
40
15
20
10 10 5
0 0
3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 5.5 6.0 6.5 7.0 0 2 4 6 8 10
功率/W 灯丝功率/W
（a）鉴定级力学试验 （b）热冲击试验

图 5 航天试验前后灯丝的性能对比
Fig. 5 Performance comparison of filaments before and after aerospace testing

−5
3.4 带绝缘支撑的铱氧化钇灯丝的寿命测试 左右，之后基本维持在 2×10 Pa 上下，灯丝的发射
对直径为 0.15 mm 的 18 圈螺旋形铱-氧化钇 电流控制在 50~55 mA 之间，通过网状收集极的净
热发射灯丝进行了 1∶1 的寿命测试，测试环境为自 发射电流在 30~35 mA 之间。测试曲线如图 6 所示。
−3
制的真空测试腔体，本底压力初始值为 1×10 Pa 除了因设备停电导致中断几天之外，对灯丝连续进行