《新型碳纖維天鵝絨陰極研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由樊玉偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型碳纖維天鵝絨陰極研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：樊玉偉
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
陰極材料是高功率微波技術的重要研究內容之一。對於高功率微波器件來說，陰極材料的性能直接影響甚至決定著其技術性能。良好的陰極材料要求具有發射閾值低、啟動快、束流密度大、發射均勻性好、出氣率低、長壽命、電漿閉合速度慢、可維護性好且價格便宜等優點。但目前常用的陰極材料如天鵝絨、碳纖維、石墨、不鏽鋼等都存在一定的缺點，難以滿足上述所有要求。近年來，美國空軍武器實驗室研製了一種新型碳纖維天鵝絨陰極，該陰極具有上述所有的優點，已成為陰極材料研究的重要發展方向。本項目擬探索研究由碳纖維製作新型碳纖維天鵝絨陰極，闡明其產生陰極電漿的物理機制，明確其陰極電漿膨脹、束流發射能力、運行壽命、發射域值和發射均勻性等物理特性，並結合相關的高功率微波器件開展套用研究。本項目對於拓展陰極基礎研究和提高高功率微波器件的技術性能都具有重要意義。
結題摘要
本項目從碳纖維天鵝絨材料製備、陰極電漿光學診斷平台建立、碳纖維天鵝絨陰極工作性能研究及其套用等方面開展了系統深入的研究。相關工作對於拓展陰極基礎研究、深入認識強流電子束二極體基礎物理問題，以及改善天鵝絨陰極套用性能具有重要的理論及現實意義。本項目的研究內容主要包括以下方面： 1. 碳纖維天鵝絨材料製備 根據碳纖維電導率高的特點，理論分析了良導體纖維在靜電場中的動力學特性；採用碳纖維表面改性的方法，解決了碳纖維短切絲在氣體環境中的團聚問題； 採用在植絨裝置中填充N2/SF6混合氣體的方法，解決了碳纖維短切絲引起的植絨電極短路問題；製備了碳纖維天鵝絨材料，長度為2.0±0.5mm的碳纖維短切絲均勻分布於基底表面，覆蓋率達5%。 2. 強流電子束陰極電漿光學診斷平台建立 搭建了作為陰極電漿光學診斷平台基礎的脈衝功率調製器；研製了信號處理器，在5ns時間內獲得了抖動小於1.5ns的高速相機同步觸發時間基準；採用高壓電脈衝延時輔以二極體電漿發光信號延時的方案，實現了高速相機的納秒級同步觸發；綜合採用禁止和濾波等電磁兼容措施，保證了高速相機在距離脈衝功率調製器5m範圍內安全穩定工作；開展了陰極電漿光學高速照相實驗，圖像時間解析度為10ns，空間解析度為0.167mm/pixel。 3. 碳纖維天鵝絨陰極的工作性能研究 對比研究了常規天鵝絨和碳纖維天鵝絨陰極的電漿特性和陰、陽極材料對二極體放氣的影響。提出了一種基於光學高速照相和數字圖像處理技術的方法，據此計算得到了陰極電漿二維膨脹速度；研究了陰極邊緣效應及陽極濺射對陰極的燒蝕。研究了重頻運行條件下的脈衝不穩定性問題。根據陽極表面入射電子束功率的時間變化和空間分布特性，修正了Mesyats關於陽極表面熱過程研究的模型，據此得到的理論結果可以在更長的時間和更寬的空間範圍內分析脈衝電子束輻照條件下陽極表面的熱過程。 4. 碳纖維天鵝絨材料套用 開展了碳纖維天鵝絨陰極在磁絕緣線振盪器中的套用研究；此外，開展了碳纖維天鵝絨材料在微波隱身和雜散光抑制領域的套用。
