CN102074438B - 一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 - Google Patents
一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102074438B CN102074438B CN200910241535A CN200910241535A CN102074438B CN 102074438 B CN102074438 B CN 102074438B CN 200910241535 A CN200910241535 A CN 200910241535A CN 200910241535 A CN200910241535 A CN 200910241535A CN 102074438 B CN102074438 B CN 102074438B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphite
- welding
- solder
- coating
- porcelain piece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨复合多级降压收集极及制造方法，涉及真空电子技术，是新型的可用于卫星行波管的多级降压收集极及其制造工艺。本发明的多级降压收集极电极由普通压制石墨基底和热解石墨涂层构成，经金属化、钎焊，装配成多级降压收集极组件。本发明充分利用了普通压制石墨和热解石墨的优点，通过采用低二次电子发射系数的石墨电极材料提高多级降压收集极的回收效率，进而提高行波管的总效率。本发明采用的工艺方法避免了因普通石墨强度低、颗粒结合力小而容易产生粉尘的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及真空电子技术领域，具体的是用于卫星行波管的一种石墨复合多级降压收集极及制造方法。
背景技术
卫星行波管作为末级功放，广泛地用于通讯、导航定位、军事测绘、微波遥感、电子侦察、数据传输等有效载荷技术，是星载核心元器件。
作为卫星用行波管，高效率是其核心技术指标之一。行波管的效率主要决定于电子效率和收集极的回收效率。电子效率达到一定限度后，很难再进一步提高，此时效率的提高主要取决于收集极的回收效率。国外高效率行波管基本上都采用多级降压收集极，采用多级降压收集极技术可将某些频段行波管的效率提高到70％以上，收集极的回收效率可达85％以上[参考文献：Menninger W L，Benton R T，Choi M S，et al.70％EfficientKu-Band and C-Band TWTs for Satellite Downlinks，IEEE Transactionson Electron Devices，2005，52(5)：673-678]。
高效率多级降压收集极可以从两个方面来实现：一个是从电子光学设计角度，对电子能量及分布、飞行轨迹进行计算和模拟，为设计高回收效率的收集极结构提供依据；另外一方面，从材料和工艺角度，选用二次级电子发射系数小的材料作为收集极电极，或者对电极表面进行技术处理，提高回收效率。
在结构设计确定的情况下，要获得更高的回收效率，收集极电极表面应具有低的二次电子发射系数。高导无氧铜是应用最广泛的多级降压收集极电极材料，但是其二次电子发射系数较高[参考文献：Curren A N andJensen K A，Secondary Electron Emission Characteristics ofIon-Textured Copper and High-Purity Isotropic Graphite Surfaces，NASA Technical Paper 2342(1984)；Ebihara B T and Ramins P，Design，Fabrication，and Performance of Small，Graphite DepressedCollectors With 200-W，CW，8-18GHz Traveling-Wave Tubes，NASATechnical Paper 2693(1987)]。采用离子束表面改性技术使其表面发生微米或亚微米尺度的粗化，可以显著降低无氧铜表面的二次电子发射系数[参考文献：Ebihara B T and Ramins P，Design，Fabrication，andPerformance of Small，Graphite Depressed Collectors With 200-W，CW，8-18GHz Traveling-Wave Tubes，NASA Technical Paper 2693(1987)；Curren A N，Jensen K A and Roman R F，Secondary Electron EmissionCharacteristics of Molybdenum-Masked，Ion-Textured OFHC Copper，NASA Technical Paper 2967(1990)]。但是，离子束表面改性需要专用工艺设备，工艺机理复杂，影响因素较多，导致处理过程控制难度较大。而且，对实际工件的处理还需要设计专门的工装卡具，效果也受到一定限制。在长时间工作的条件下其可靠性能否满足空间行波管的使用要求尚存在种种疑问。
采用二次电子发射系数小的石墨类材料(各向同性石墨和热解石墨等)也可以获得高的回收效率，在此基础上再进行离子束改性处理可以获得更佳的实验效果[参考文献：Ramins P and Curren A N，Performance ofTextured Carbon on Copper Electrode Multistage Depressed Collectorswith Medium-Power Traveling Wave tubes，NASA Technical Paper2665(1986)]。但是，由于普通压制石墨材料的结构一般比较疏松、强度较低，在电子束的长期轰击下容易产生石墨微尘，致使收集极的绝缘性能难以保证。
发明内容
本发明的目的是公开一种石墨复合多级降压收集极及制造方法，通过在普通压制石墨表面沉积一层热解石墨涂层，获得石墨复合电极，经过金属化、装配、焊接得到多级降压收集极组件。该多级降压收集极电极利用了石墨类材料低二次电子发射的特性，同时又避免了普通压制石墨强度低、容易产生石墨粉尘的问题，为高效率卫星行波管的研制提供了新的技术支持。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种石墨复合多级降压收集极，其在电极的普通压制石墨基底上，位于电极的非焊接区域，覆有一层热解石墨涂层；金属化的石墨基底焊接区域与金属化的绝缘瓷件钎焊焊接；依据需要，将多个石墨复合电极组装成多级降压收集极组件。
所述的石墨复合多级降压收集极，其所述热解石墨涂层，厚度为10-50μm，采用化学气相沉积(CVD)工艺沉积在石墨基底的非焊接区域表面上。
所述的石墨复合多级降压收集极，其所述石墨基底的焊接区域金属化，为真空离子镀工艺，金属化层为金属钛(Ti)，厚度5-15μm。
所述的石墨复合多级降压收集极，其所述绝缘瓷件为95％～99％氧化铝(Al2O3)或氧化铍(BeO)陶瓷；金属化的绝缘瓷件，其焊接面的金属化，为常规的高温钼-锰(Mo-Mn)法金属化工艺处理，表面镀镍(Ni)，厚度5-15μm。
一种所述的石墨复合多级降压收集极的制造方法，其包括步骤：
1)根据需要加工出多级普通压制石墨电极；
2)用普通压制石墨材料加工遮挡卡具，以挡住不需要沉积热解石墨涂层的区域(与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域)；
3)将遮挡卡具装在各个石墨电极上，进行沉积(CVD)热解石墨涂层处理，涂层厚度为10-50μm；
4)对3)步得到的石墨复合电极做金属化处理：用不锈钢遮挡卡具将电极上沉积热解石墨涂层的区域遮挡起来，进行真空离子镀钛(Ti)处理，钛(Ti)层的厚度控制在5-15μm；
5)对绝缘瓷件焊接面的金属化：用常规的高温钼-锰(Mo-Mn)法进行金属化工艺处理，然后表面镀镍(Ni)、烧氢；
6)焊接：
a)钎焊焊料为纯铜(Cu)、金-铜(Au-Cu)或银-铜(Ag-Cu)共晶焊料；
b)气氛为真空，焊料熔化时真空压强＜3×10-3Pa；
c)进行电极与引线焊接后，再将电极引线另一端与绝缘瓷件焊接固定，得一石墨复合电极单元；
7)将多个6)步得到的石墨复合电极单元依轴向顺序组装起来后，套上无氧铜或蒙乃尔套筒，进炉焊接；接固后，自然冷却，得成品。
所述的制造方法，其所述2)步中，所述不需要沉积热解石墨涂层的区域，为与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域，与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域为石墨基底，沉积热解石墨涂层时，用石墨制卡具遮挡。
所述的制造方法，其所述6)步中c)，是用铜(Cu)焊料丝将φ0.6mm的镍丝焊在已金属化的石墨复合电极的引线孔上，升、降温速率10-40℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟；再用金-铜(Au-Cu)焊料丝将镍丝的另一端与金属化的绝缘瓷件焊接起来，升、降温速率10-20℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟。
所述的制造方法，其所述7)步中，是将多个组装起来的石墨复合电极单元的外周圆，装上银-铜(Ag-Cu)共晶焊料丝，套上无氧铜或蒙乃尔套筒，进炉焊接；气氛为真空，焊料熔化时真空压强＜3×10-3Pa，升、降温速率10-20℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟。
本发明的一种卫星行波管用石墨复合多级降压收集极及制造方法，可以将多级降压收集极电极的二次电子发射系数由目前无氧铜材料的1.3降至0.8左右(垂直入射的最大值)。
本发明的一种石墨复合多级降压收集极，利用普通压制石墨与热解石墨的工艺相容性(高温CVD)，在普通压制石墨表面沉积一层厚度为10-50μm的热解石墨涂层，避免普通压制石墨表面产生石墨粉尘的问题，同时保留了电极表面的低二次电子发射特性。
本发明的成功实施，可以在不降低其他性能指标的条件下将卫星行波管的总效率提高几个百分点，为卫星行波管的全面国产化提供强有力的技术支持。
附图说明
图1为本发明的一种石墨复合多级降压收集极结构示意图；其中：
1-绝缘瓷；2-热解石墨涂层；3-普通石墨基底；4-引线瓷；
图2为本发明的热解石墨涂层与普通压制石墨基底的SEM照片；其中：
白色虚线以上为热解石墨涂层；白色虚线以下为普通石墨基底。
具体实施方式
本发明的一种石墨复合多级降压收集极及制造方法，是通过在普通压制石墨表面沉积一层热解石墨涂层，获得石墨复合电极，经过金属化、装配、焊接得到一个以热解石墨涂层为电极表面的多级降压收集极组件。
本发明的石墨复合多级降压收集极：
(1)基底为普通压制石墨，表面为热解石墨涂层；
(2)热解石墨涂层采用化学气相沉积(CVD)方法沉积，涂层厚度为10-50μm；
(3)不需要沉积热解石墨涂层的区域用普通压制石墨制遮挡卡具遮挡。
本发明的石墨复合多级降压收集极的制造方法：
(1)电极金属化：
a)采用真空离子镀金属化工艺对电极的焊接区域进行金属化处理，金属化层为金属钛(Ti)，镀层厚度5-15μm；
b)在真空离子镀时，电极表面的热解石墨涂层区域采用不锈钢制遮挡卡具遮挡。
(2)钎焊焊接：
a)钎焊焊料为纯铜(Cu)、金-铜(Au-Cu)或银-铜(Ag-Cu)共晶焊料；
b)焊接气氛为真空，焊料熔化时真空压强＜3×10-3Pa；
c)引线焊接时的升、降温速率为10-40℃/分钟，其余10-20℃/分钟。焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温时间1-5分钟。
本发明的多级降压收集极电极利用了石墨类材料低二次电子发射的特性，同时又避免了普通压制石墨强度低、容易产生石墨粉尘的问题。
实施例：
1.按图1所示加工出普通压制石墨电极(四极)。图1中，绝缘瓷件(第一极)1、热解石墨涂层2、石墨基底3、引线(瓷)4。
2.采用普通压制石墨材料加工遮挡卡具，以挡住不需要沉积热解石墨涂层的区域(与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域)。
3.将遮挡卡具装在各个电极上后，进行沉积(CVD)热解石墨涂层处理，涂层厚度控制在40-50μm。处理后电极的断面如图2所示。
4.金属化处理。用不锈钢遮挡卡具将电极上沉积热解石墨涂层的区域遮挡起来，进行真空离子镀钛(Ti)处理，钛(Ti)层的厚度控制在8-12μm。
5.真空钎焊
(1)引线焊接。用两圈φ0.4的铜(Cu)焊料丝将φ0.6mm的镍丝焊在已金属化电极的引线孔上。升、降温速率控制在35℃/分钟，焊接温度1090-1110℃，保温2分钟；
(2)电极-绝缘瓷件焊接。用黑化不锈钢模具对电极和已金属化的95％Al2O3绝缘瓷环进行定位，在每个焊缝上安置一圈经高温定型的φ0.6mm金-铜(Au80Cu20)焊料丝，进炉焊接。升、降温速率15℃/分钟，焊接温度900-920℃，保温2分钟；
(3)按照图1将各极组装起来，引线从绝缘瓷环的引线孔中穿过，在每个瓷环的外圆圆周上装上两圈φ0.5mm银-铜(Ag-Cu)共晶焊料丝，套上无氧铜套筒，进炉焊接，升、降温速率15℃/分钟，焊接温度790-810℃，保温2分钟；
(4)焊料熔化时炉内真空压强保持在2.5×10-3Pa以下。
按照上述工艺制造的多级降压收集极各极之间及各极与外筒(地)之间的绝缘电阻大于2500MΩ(2500V绝缘电阻表测量)，在某波段卫星行波管上上管试验验证表明：收集极返流明显减小，螺流也因此减小40％左右。
Claims (6)
1.一种石墨复合多级降压收集极，其特征在于，在电极的普通压制石墨基底上，位于电极的非焊接区域，覆有一层热解石墨涂层；金属化的石墨基底焊接区域与金属化的绝缘瓷件钎焊焊接；依据需要，将多个石墨复合电极组装成多级降压收集极组件；
所述热解石墨涂层，厚度为10-50μm，采用化学气相沉积工艺沉积在石墨基底的非焊接区域表面上；
所述石墨基底的焊接区域金属化，为真空离子镀工艺，金属化层为金属钛，厚度5-15μm。
2.如权利要求1所述的石墨复合多级降压收集极，其特征在于，所述绝缘瓷件为95％～99％氧化铝或氧化铍陶瓷；金属化的绝缘瓷件，其焊接面的金属化，为常规的高温钼-锰法金属化工艺处理，表面镀镍，厚度5-15μm。
3.一种如权利要求1所述的石墨复合多级降压收集极的制造方法，其特征在于，包括步骤：
1)根据需要加工出多级普通压制石墨基底；
2)用普通压制石墨材料加工遮挡卡具，以挡住不需要沉积热解石墨涂层的区域；
3)将遮挡卡具装在各个石墨基底上，进行沉积热解石墨涂层处理，涂层厚度为10-50μm；
4)对3)步得到的石墨复合电极做金属化处理：用不锈钢遮挡卡具将电极上沉积热解石墨涂层的区域遮挡起来，进行真空离子镀钛处理，钛层的厚度控制在5-15μm；
5)对绝缘瓷件焊接面的金属化：用常规的高温钼-锰法进行金属化工艺处理，然后表面镀镍、烧氢；
6)焊接：
a)钎焊焊料为纯铜、金-铜或银-铜共晶焊料；
b)气氛为真空，焊料熔化时真空压强＜3×10-3Pa；
c)进行电极与引线焊接后，再将电极引线另一端与绝缘瓷件焊接固定，得一石墨复合电极单元；
7)将多个6)步得到的石墨复合电极单元依轴向顺序组装起来后，套上无氧铜或蒙乃尔套筒，进炉焊接；接固后，自然冷却，得成品。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述2)步中，所述不需要沉积热解石墨涂层的区域，为与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域，与绝缘瓷件焊接区域及引线焊接区域为石墨基底，沉积热解石墨涂层时，用石墨制卡具遮挡。
5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述6)步中c)，是用铜焊料丝将φ0.6mm的镍丝焊在已金属化的石墨复合电极的引线孔上，升、降温速率10-40℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟；再用金-铜焊料丝将镍丝的另一端与金属化的绝缘瓷件焊接起来，升、降温速率10-20℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟。
6.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述7)步中，是将多个组装起来的石墨复合电极单元的外周圆，装上银-铜共晶焊料丝，套上无氧铜或蒙乃尔套筒，进炉焊接，升、降温速率10-20℃/分钟，焊接温度高于指示焊料熔化温度10-40℃，保温1-5分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910241535A CN102074438B (zh) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910241535A CN102074438B (zh) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102074438A CN102074438A (zh) | 2011-05-25 |
| CN102074438B true CN102074438B (zh) | 2012-09-26 |
Family
ID=44032937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910241535A Expired - Fee Related CN102074438B (zh) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102074438B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103681174B (zh) * | 2013-10-31 | 2016-06-29 | 中国科学院电子学研究所 | 一种扁平式多级降压收集极 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045518A (en) * | 1979-03-22 | 1980-10-29 | English Electric Valve Co Ltd | Travelling wave tube collectors |
| US4349424A (en) * | 1981-05-15 | 1982-09-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ion sputter textured graphite |
| US4417175A (en) * | 1981-05-15 | 1983-11-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ion sputter textured graphite electrode plates |
| US4527092A (en) * | 1983-09-30 | 1985-07-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Multistage spent particle collector and a method for making same |
| US4968527A (en) * | 1986-06-24 | 1990-11-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for the manufacture of pyrolytic graphite with high crystallinity and electrodes with the same for rechargeable batteries |
| CN1100234A (zh) * | 1993-06-03 | 1995-03-15 | Eev有限公司 | 电子束管 |
-
2009
- 2009-11-25 CN CN200910241535A patent/CN102074438B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045518A (en) * | 1979-03-22 | 1980-10-29 | English Electric Valve Co Ltd | Travelling wave tube collectors |
| US4349424A (en) * | 1981-05-15 | 1982-09-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ion sputter textured graphite |
| US4417175A (en) * | 1981-05-15 | 1983-11-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ion sputter textured graphite electrode plates |
| US4527092A (en) * | 1983-09-30 | 1985-07-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Multistage spent particle collector and a method for making same |
| US4968527A (en) * | 1986-06-24 | 1990-11-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for the manufacture of pyrolytic graphite with high crystallinity and electrodes with the same for rechargeable batteries |
| CN1100234A (zh) * | 1993-06-03 | 1995-03-15 | Eev有限公司 | 电子束管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102074438A (zh) | 2011-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3594716B2 (ja) | 透過型ｘ線管 | |
| JP6480806B2 (ja) | セラミックと金属を接合するための方法およびその封止構造 | |
| US20110132973A1 (en) | Method of manufacturing high-heat-load equipment by metallurgically joining carbon material with copper-alloy material | |
| US20100267194A1 (en) | Method for applying electrical contacts on semiconducting substrates, semiconducting substrate and use of the method | |
| KR20110135855A (ko) | 열전 장치의 제조방법 | |
| KR20120115079A (ko) | 열전장치, 전극 물질 및 그 제조방법 | |
| CN102693888A (zh) | 一种陶瓷软x射线管的制备方法 | |
| CN105039902A (zh) | 一种利用热扩散技术连接石墨与钼的方法 | |
| CN102409299A (zh) | 一种氧化物陶瓷溅射靶及其制备方法和所用的钎焊合金 | |
| Deng et al. | Effects of brazing technology on hermeticity of alumina ceramic-metal joint used in nuclear power plants | |
| CN201153099Y (zh) | 用于微波管的多级降压收集极结构 | |
| CN102074438B (zh) | 一种石墨复合多级降压收集极及制造方法 | |
| CN101752168A (zh) | 一种多级降压收集极双层电极及制备工艺 | |
| CN111261767A (zh) | 一种碲化铋基热电元件及其制备方法 | |
| CN100434218C (zh) | 表面合金化陶瓷的应用方法 | |
| CN102543631A (zh) | 一种碳-无氧铜多级降压收集极及制造方法 | |
| CN112786418B (zh) | 一种高效抗振的离子源灯丝组件及其制造方法 | |
| CN107146750B (zh) | 一种电子枪引线支架结构及其制造方法 | |
| CN214175967U (zh) | 一种高效抗振的离子源灯丝组件 | |
| CN102568984A (zh) | 各向同性热解石墨多级降压收集极及制造方法 | |
| CN109986232A (zh) | 一种石英玻璃封接用Sn-Ti-Cu三元合金焊料 | |
| US5786666A (en) | Collector surface for a microwave tube comprising a carbon-bonded carbon-fiber composite | |
| CN116364503A (zh) | 行波管用收集极复合结构及其制备方法 | |
| CN206076192U (zh) | 多级降压收集极上的收集极瓷筒及包括该瓷筒的收集极 | |
| RU2340036C1 (ru) | Способ изготовления замедляющей системы лампы бегущей волны |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120926 Termination date: 20151125 |