空心阴极是电推进系统的电子源,它是电推进系统可靠性的最主要因素。工质气体纯度是影响阴极可靠性的关键因素之一,高要求的工质纯度增加了电推进系统地成本。同时,较弱的抗氧化能力制约了传统空心阴极(LaB6、BaO-W)的应用空间。C12A7:e~-电子化合物具有低逸出功、化学性质稳定的特性,而且本身具备一定耐氧化能力。通过将C12A7:e~-电子化合物作为阴极的发射体,研究其放电特性,评估其耐氧化能力。有助于降低电推进的应用成本以及拓展阴极的应用空间,因此研究C12A7阴极具有重要意义。针对C12A7:e~-电子化合物熔点低以及发射体容易退化的现象,改进了阴极部件的结构尺寸和材料,同时利用仿真软件对阴极的热量分布和等离子体演化规律进行分析。测量了C12A7:e~-电子化合物和(掺杂Sr)C12A7:e~-电子化合物的热电子发射特性。验证了C12A7阴极的启动性能,相对于传统阴极,C12A7阴极启动过程需要比较长的时间。随着点火次数的增加,C12A7阴极的启动会逐渐变得容易。详细地研究了以C12A7:e~-电子化合物和(掺杂Sr)C12A7:e~-电子化合物两种阴极的放电特性和规律,对比了两种发射体阴极放电差异,以及和传统空心阴极的优缺点。着重测量了稳态放电时电压、电流、温度、等离子体密度、电子温度以及光谱特性。研究结果发现阴极可以自持放电能力比较弱,增加放电电流可以增加钙元素的消耗。针对C12A7阴极可能具备耐氧化能力。开展了C12A7阴极耐氧化特性研究,通过改变工质气体中氧气的浓度,研究了电流、氧气浓度、工质流量等因素对C12A7阴极耐氧化能力的影响。利用示波器记录了相关参数变化情况,并且对实验前后的发射体进行电子显微镜扫描和能谱分析。实验结果表明C12A7阴极具备一定耐氧化能力,可以在氧气浓度高达1.8%的混合氙气下放电,但是发射体发射电子能力会下降。为了拓展阴极的应用空间,向含氧气、高背压的低轨道临近空间发展。因此研究了背压对空心阴极放电特性的影响。定性地分析了背压对空心阴极放电特性的影响规律,实验结果发现背压可以影响工质气体的电离来影响阴极的放电特性。