CN102117724A - 多级降压收集极用多孔金属电极 - Google Patents

Abstract

一种多级降压收集极用多孔金属电极，是利用电火花线切割方法、电火花腐蚀方法或离子轰击方法加工多孔金属材料表面，使多孔金属材料的表面产生坑凹。多孔金属材料为多孔镍、多孔钨或多孔钼材料，孔度为20％～40％。本发明采用金属制造多级降压收集极的电极，使得多级降压收集极表面出现多坑凹形貌，从而抑制了二次电子的发射，提高了多级降压收集极的效率。

Description

多级降压收集极用多孔金属电极

技术领域

本发明属于行波管器件领域，具体地涉及一种多级降压收集极用多孔金属电极。

背景技术

行波管是微波电真空器件的家族的重要成员之一，它是利用电磁波在行波管的互作用区与电子注发生相互作用而放大电磁波的器件。行波管一般包括电子枪、磁聚焦系统、慢波结构、输能装置、单级或多级降压收集极五个部分组成。其中，多级降压收集极是各类行波管及某些速调管的关键部件，其作用是回收在经过注-波互作用后的电子注中的剩余动能，从而大大提高器件的总效率。

由于行波管的频带宽，且功率和效率都较高，因此在电子对抗、电子战、雷达、气象观测与空间测量及卫星通信等领域具有广泛的应用。一般说来，各种应用对行波管等器件的要求不尽相同。但是，总的说来，更高的功率和更高的效率是各种应用所呈现出来的共同趋势。特别是对于空间测量及卫星通信的空间行波管，由于能量供应的有限性，提高行波管的效率成为行波管研制与生产首先要关注的问题。

众所周知，多级降压收集极可以大大提高行波管等真空电子器件的效率。当然，多级降压收集极的概念早在上个世纪40年代就提出了，但在上个世纪60年代后才获得了较广泛的应用。在上个世纪末，国外陆续发表了一些关于多级降压收集极的报告或论文。在这个时期，多级降压收集极获得了更广泛的应用，使得行波管的总体效率从原来的20％-30％提高到40％-55％。本世纪开始后，由于行波管在空间运用中显示出巨大潜力，为了进一步提高行波管的效率，对多级降压收集极的研究进入到了一个新的高潮。

综观针对多级降压收集极的研究，至少包括了两个方面。第一方面的工作是通过计算机模拟，确定最佳的收集极构型和收集极结构。对于这方面的工作，美国NASA Lewis Research Center公开发表了较多的文献。在早期的相关研究中，国外的研究单位一般都使用自己的专用软件开展工作，而国内只能依靠经验进行概念设计。经过多年的发展，国外软件如Egun、Tau及国内软件TWTCAD可以进行降压收集极的设计计算，但这些软件都还存在这样那样的缺点。由于这一方面与本发明的关系不大，因此不再详细讨论。

第二方面的工作是通过各种研究手段寻求二次电子发射系数更小的电极材料。对此国外有过大量的工作，但在国内开展过的研究很少。国外的研究成果大致可以综述如下：

1)通过溅射法在无氧铜电极上制备碳化钽薄膜能够略微降低电极的二次电子发射系数，从而改善多级降压收集极的效率。

2)利用离子流轰击无氧铜电极，可以在无氧铜电极刻蚀出凸凹不平的纹路，从而降低二次电子发射系数，并改善多级降压收集极的效率。

3)直接采用经过表面处理或未经表面处理的具有各向异性性质的热解石墨作为电极。由于这种材料本身的二次电子发射系数比无氧铜小得多，因此可以有效改善多级降压收集极的效率。

4)直接采用高密度各向同性石墨作为电极。高密度各向同性石墨的二次电子发射性能则与其是否经过表面处理有很大关系。对于没有经过表面处理的高密度各向同性石墨，其真二次电子的发射系数虽然比无氧铜低，但直接反射电子的反射系数仍然较大。而对于经离子流轰击过的高密度各向同性石墨电极，则无论真二次电子的发射系数还是反射电子系数都远小于无氧铜。

由上面的综述可知，如果热解石墨或高密度各向同性石墨作为电极，在结合恰当的表面处理的情况下，电极的二次电子发射系数可以比无氧铜小得多，从而有效改善多级降压收集极的效率。然而，在多级降压收集极中使用热解石墨或高密度各向同性石墨需要专门的工艺设备及工艺流程，国内行波管研究单位大多没有相关工艺线。另外，石墨材料在加工等工艺过程中容易产生大量的微小石墨颗粒，这些石墨颗粒会造成行波管绝缘性能下降等故障。尤其是国产石墨材料的强度和密度都较差，这一问题更为严重。

表1给出了无氧铜和热解石墨的二次电子发射系数，而表2给出了高密度各向同性石墨的二次电子发射系数。

表1：无氧铜与热解石墨的二次电子发射系数(实验数值)

(表1中的δ代表电子垂直于表面入射时的真二次电子发射系数；π代表电子垂直于表面入射时的反射电子发射系数)

表2：覆碳无氧铜与高密度各向同性石墨的二次电子发射系数(实验数值)

(表2中的δ代表电子垂直于表面入射时的真二次电子发射系数；π代表电子垂直于表面入射时的反射电子发射系数)

由上述可知，目前还远没有解决在多级降压收集极抑制二次电子的问题。因此，国内外的研究单位正在开始寻求新的方法或新的材料来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级降压收集极用多孔金属电极，能够抑制表面二次电子发射。

为实现上述目的，本发明提供的多级降压收集极用多孔金属电极，是利用电火花线切割方法、电火花腐蚀方法或离子轰击方法加工多孔金属材料表面，使多孔金属材料的表面具有多坑凹的表面形貌。

本发明采用的多孔金属电极为多孔镍、多孔钨或多孔钼材料。

本发明采用的多孔金属电极的孔度为20％～40％。

本发明采用多孔金属制造多级降压收集极的电极，使得多级降压收集极表面出现多坑凹形貌，从而抑制了二次电子的发射，提高了多级降压收集极的效率。

附图说明

图1是电子显微镜下车制多孔钨表面形貌(放大倍数1000倍)

图2是电子显微镜下车制多孔钨表面经过离子轰击后的形貌(放大倍数1000倍)

图3是电子显微镜下电火花线切割方法制备的多孔钨表面形貌(放大倍数1000倍)

图4是电子显微镜下电火花腐蚀方法加工的多孔钨表面形貌(放大倍数1000倍)

具体实施方式

本发明是利用公知的电火花线切割方法、电火花腐蚀方法或离子轰击方法制作多级降压收集极的电极。

本发明的多孔金属材料可以采用国内外市场上现有的多孔镍、多孔钨和多孔钼材料；其孔度没有严格要求，优选的孔度可以在20％～40％。

对多孔材料进行化学表面清洗处理后用电火花线切割方法、电火花腐蚀方法或离子轰击方法处理该多级降压收集极电极表面，使被轰击表面露出多坑凹的表面形貌。

本发明采用离子轰击方法轰击该电极表面，用电子显微镜观察后，发现了大量预想中的坑凹(如图2所示)。

本发明采用线切割方法和电火花腐蚀方法加工了同种材料的电极零件，并同样在电子显微镜下进行了观察，结果如图3和图4所示，其中同样发现了大量预想中的坑凹。

本发明把具有大量坑凹的电极零件作为第一收集极和第三收集极引进了一个三级收集极中，但其第二收集极保留为无氧铜。对该收集极的性能进行了测试，并且与另外一个同样结构的全无氧铜三级降压收集极的测试结果进行了对比。结果表明，在相同测试条件下，前者的第一收集极和第三收集极吸收的电流比率大于后者的2倍，这说明采用多孔材料的电极的二次电子发射明显要小，达到了预期的目的。

本发明的结果表明，对于同一种材料，粗糟表面二次电子发射系数比光滑表面要小。考虑到如果利用多孔金属材料制作多级降压收集极的电极，这种电极表面应该存在多坑凹的表面形貌。这种多坑凹表面，是一种精致的粗糟表面，应该能够抑制表面二次电子发射。

作为比较例，本发明也用车床车制的方法加工了电极零件样品，用电子显微镜观察表面形貌，发现零件表面只出现了少量预想中的坑凹，原因是车刀的刀纹已经把大部分预想中的坑凹抹平(图1为该零件在电子显微镜下的图片)。

本发明采用的是公知技术对上述材料进行加工，其加工条件(如：电极丝的走丝速度、使用的液体介质、高频脉冲电源的电压和电流等)没有严格限定，只要在多孔金属材料表面形成坑凹即可。

Claims (3)

1.一种多级降压收集极用多孔金属电极，是利用电火花线切割方法、电火花腐蚀方法或离子轰击方法加工多孔金属材料表面，使多孔金属材料的表面产生坑凹。

2.如权利要求1所述的多级降压收集极用多孔金属电极，其中，多孔金属材料为多孔镍、多孔钨或多孔钼材料。

3.如权利要求1或2所述的多级降压收集极用多孔金属电极，其中，多孔金属材料的孔度为20％～40％。

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