CN102446675B - 一种空间行波管收集极内芯及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间行波管收集极内芯及其制作工艺，所述空间行波管收集极内芯，包括无氧铜内芯本体，在所述无氧铜内芯本体上设有黑铬层；所述空间行波管收集极内芯的制作工艺，包括以下工序：喷砂工序-电镀工序-检测工序-真空退火工序。所述空间行波管收集极内芯及其制作工艺，通过在无氧铜内芯本体上电镀黑铬层，利用黑铬层的产品性能，提高无氧铜内芯本体的抗击电子轰击的能力；进而有效抑制了二次电子的回流，提高了行波管收集极内芯电子的收集效率；进一步的消除了低能电子对空间行波管产品性能的影响。

Description

一种空间行波管收集极内芯及其制作工艺

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件领域，具体涉及一种空间行波管收集极内芯及其制作工艺。

背景技术

行波管广泛用于雷达、电子战、卫星通信和精确制导等武器装备。近年来，对于行波管需求量增加，同时提出了更高的要求，其中包括更高的整管效率。更高的整管效率不仅意味着降低行波管的功耗、减小电源的重量和体积，而且意味着提供改善器件可靠性和寿命的空间。这对于机载和空间行波管来说尤为重要，因为这类装备的行波管不可避免的要受到功耗、重量和体积的限制。目前国内空间行波管放大器的研制水平与国外有很大差距，且我国Ka及更高的毫米波段新型卫星通信系统的研究刚刚起步，所以发展空间行波管势在必行。

国内在空间行波管的研制中，多从行波管多级降压收集极(MDC)的电、热结构出发进行仿真设计，改进后的结构确实能使得行波管效率提高。行波管收集极用于吸收与微波互作用后的电子，行波管收集极包括收集极内芯、收集极壳体及用于收集极内芯与收集极壳体之间绝缘的绝缘陶瓷；行波管收集极工作时，电子打在收集极内芯上，收集极内芯吸收电子能量后，能量通过绝缘陶瓷及收集极壳体耗散掉。

目前常用的空间行波管收集极内芯材料为导热率和导电率优异的无氧铜；无氧铜的二次电子发射系数高达1.3，而且在极宽的一次电子能量范围内都呈现出较高的二次电子发射系数。空间行波管在工作时，以防电子回流进入电子与微波的互作用区，收集极上必须加上足够高的电压；所以一次电子到达收集极时不可避免地产生大量二次电子，以及一定量的弹性散射的一次电子；这些一次电子及二次电子的存在会带来以下问题：一方面，这些带能电子出现在各级收集极附近，他们再次打到收集极上时会造成可观的能量损耗，从而降低空间行波管收集极的效率；另一方面，大量低能二次电子的存在，可能造成回流、增加热耗散功率并形成噪声，将极大的影响行波管的产品性能，进而影响空间行波管的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够提高行波管收集极内芯电子收集效率，进而消除低能电子对空间行波管产品性能的影响的空间行波管收集极内芯及其制作工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述空间行波管收集极内芯，包括无氧铜内芯本体，在所述无氧铜内芯本体上设有黑铬层。

所述黑铬层电镀于所述无氧铜内芯本体上。

所述无氧铜内芯本体为边缘设有弹性花瓣槽的圆盘结构。

所述黑铬层电镀于无氧铜内芯本体的两端面上。

所述黑铬层的厚度为3-6um。

所述空间行波管收集极内芯的制作工艺，包括：喷砂工序-电镀工序-检测工序-真空退火工序；具体为：

喷砂工序；

将收集极内芯放置于喷砂机上，先用夹具、螺钉将收集极内芯上不需进行喷砂处理的位置保护起来；用喷砂机将研磨粉注入到收集极内芯的处理区，然后从喷砂机上取下收集极内芯，拆下保护夹具及螺钉，转入电镀工序；

电镀工序；

(1)配置好电镀所需的黑铬电解液，然后将黑铬电解液倒入镀铬槽中，将锡阳极和钢片放入黑铬电解液中，保持黑铬电解液温度20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间为2-3min；经过钢片的预电镀之后，电解液方可投入正常使用；

(2)将喷砂处理好的收集极内芯进行表面去油，然后用自来水将收集极内芯冲洗干净后放入镀铬槽中；保持黑铬电解液温度为20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间2-3min；

检测工序；

在显微镜下检查电镀处理的收集极内芯表面；

退火工序；

将收集极内芯放入退火炉内，将温度升至680-700℃，保持25-30min进行真空退火。

所述电镀工序中，黑铬电解液的各成分配比为：铬酐：300-500重量份，氟硅酸钾：10-15重量份，硝酸：2-5重量份，水：2500-3000重量份。

所述电镀工序中，收集极内芯进行表面去油的方法为超声波化学去油15分钟，其中化学去油溶液成份比例为：草酸钠：3±0.05重量份；酒石酸钠：2±0.02重量份；OP乳化剂：1.5±0.02重量份；去离子水：1.0±0.02重量份。

所述检测工序中，在显微镜下检查收集极内芯表面，若收集极内芯表面出现起泡、脱落或花斑现象；则要将收集极内芯放入盐酸中退除不合格的镀层，然后按电镀工序中步骤(2)对盐酸处理后的收集极内芯进行电镀操作；收集极内芯电镀完后再重复检测工序。

所述黑铬电解液的配置方法为：取部分水，将铬酐溶解到水中后倒入镀铬槽中；将氟硅酸钾溶解到装有铬酐的镀铬槽中；将剩余的水倒入镀铬槽中，直到液面上升至工作位置；将硝酸倒入槽中；将电解液搅拌均匀，完成黑铬电解液的配置。

本发明的优点在于：所述空间行波管收集极内芯，通过在无氧铜内芯本体上电镀黑铬层，利用黑铬层的产品性能，提高无氧铜内芯本体的抗击电子轰击的能力；进而有效抑制了二次电子的回流，提高了行波管收集极内芯电子的收集效率；进一步的消除了低能电子对空间行波管产品性能的影响。

所述空间行波管收集极内芯的制作工艺，提供了制作电镀黑铬层的空间行波管收集极内芯的工艺流程，通过该制作工艺，黑铬层稳定的电镀在无氧铜表面上，不会影响原有无氧铜内芯的性能；既保持了原来的收集极部件特征，尺寸满足设计要求，焊接牢固性好，散热效果强，高效率、体积小、重量轻、可靠性高；又使得空间行波管收集极抗电子轰击的能力大大提高，使二次电子的回流得以减少，二次电子吸收的能力得以提高，从而改善了收集极的电子收集效率；进而有效消除了低能电子对空间行波管产品性能的影响。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明空间行波管收集极内芯的结构示意图；

图2为图1空间行波管收集极内芯的A-A方向示意图；

图3为本发明空间行波管收集极内芯的制作工艺的工艺流程图；

上述图中的标记均为：

1、无氧铜内芯本体，2、黑铬层，3、弹性花瓣槽。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，所述空间行波管收集极内芯，包括无氧铜内芯本体1，在无氧铜内芯本体1上设有黑铬层2。

黑铬层2的热稳定性高，用电镀好的收集极内芯进行后续的收集极组件焊接，温度升至780℃，取出后外观未发生变化；黑铬层2的耐蚀性和抗氧化性都优于无氧铜，同时无氧铜的二次电子发射系数为1.3-1.4，这是黑铬层2二次电子发射系数的2倍左右；因而在无氧铜内芯本体1上设置黑铬层2，无氧铜内芯本体1的抗击电子轰击的能力能够大大提高，其能有效的减小二次电子反射及回流，进而提高了收集极二次电子吸收的能力，从而达到了改善电子收集效率的目的。

黑铬层2电镀于无氧铜内芯本体1上；黑铬层2电镀在无氧铜表面上，工艺比较稳定，不会影响原有无氧铜内芯的性能；无氧铜内芯本体1为边缘设有弹性花瓣槽3的圆盘结构；该收集极内芯沿用常用结构，在内芯边缘设置弹性花瓣槽口，该方案工艺比较稳定；在无氧铜内芯本体1的中心设有通孔；由于行波管收集极在吸收电子时，收集极内芯在收集极入口处需满足具备极强的抗击电子轰击的要求，黑铬层2电镀于无氧铜内芯本体1的两端面上；优选的，黑铬层2的厚度为3-6um；在无氧铜内芯本体1的两端面上镀黑铬层2的方式，提高了无氧铜内芯的抗击电子轰击的能力，有效抑制了收集极内芯的二次电子的回流，进而改善了收集极的电子收集效率。

如图3所示，所述空间行波管收集极内芯的制作工艺，包括以下工序：喷砂工序-电镀工序-检测工序-真空退火工序；具体为：

喷砂工序；

将收集极内芯放置于喷砂机上，先用工装夹具、螺钉将收集极内芯上不需进行喷砂处理的地方保护起来；用喷砂机将研磨粉注入到收集极内芯的处理区，然后从喷砂机上取下收集极内芯，拆下保护夹具及螺钉，用压缩空气清除零件上的研磨粉，转入电镀工序；

电镀工序；

(1)配置好电镀所需的黑铬电解液，然后将黑铬电解液倒入镀铬槽中，将锡阳极和与电镀零件大小相等的钢片放入黑铬电解液中，保持黑铬电解液温度20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间为2-3min；经过钢片的预电镀之后，电解液方可投入正常使用；

(2)将喷砂处理好的收集极内芯进行超声波化学去油15分钟，其中化学去油溶液按下列成份比例配制：草酸钠：3±0.05重量份；酒石酸钠：2±0.02重量份；OP乳化剂：1.5±0.02重量份；去离子水：1.0±0.02重量份；然后用自来水将收集极内芯冲洗干净后放入镀铬槽中；保持黑铬电解液温度为20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间2-3min；

检测工序；

在显微镜下检查电镀处理的收集极内芯；若收集极内芯表面出现起泡、脱落或花斑现象，则要将收集极内芯放入70％的稀盐酸中退除不合格的镀层，然后再按电镀工序中步骤(2)重新对盐酸处理后的收集极内芯进行电镀；收集极内芯电镀完后再重复检测工序；

退火工序；

将收集极内芯放入退火炉内，将温度升至680-700℃，保持25-30min进行真空退火。

所述电镀工序中，黑铬电解液的各成分配比为：铬酐CrO3：300-500重量份，氟硅酸钾(K2SiF6)：10-15重量份，硝酸(溶质含量65％)：2-5重量份，水(H2O)：2500-3000重量份；黑铬电解液的具体配置方法如下：取部分水，将铬酐溶解到水中后倒入镀铬槽中；将氟硅酸钾(K2SiF6)溶解到装有铬酐的镀铬槽中；将剩余的水倒入镀铬槽中，直到电解液到达工作水平位置；将硝酸倒入槽中；将电解液仔细搅拌均匀，完成黑铬电解液的配置。

所述行波管收集内芯及其制作工艺，通过最终的测试结果验证，这种行波管收集内芯既保持了原来的收集极部件特征，尺寸满足设计要求，焊接牢固性好，散热效果强，高效率、体积小、重量轻、可靠性高；又使得收集极抗电子轰击的能力大大提高，使二次电子的回流得以减少，二次电子吸收的能力得以提高，从而达到了改善收集极的电子收集效率；进而能有效消除低能电子对空间行波管产品性能的影响。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空间行波管收集极内芯，包括无氧铜内芯本体（1），其特征在于：在所述无氧铜内芯本体（1）上设有黑铬层（2）；所述无氧铜内芯本体（1）为边缘设有弹性花瓣槽（3）的圆盘结构；所述黑铬层（2）电镀于无氧铜内芯本体（1）的两端面上。

2.按照权利要求1所述的空间行波管收集极内芯，其特征在于：所述黑铬层（2）的厚度为3-6um。

3.一种权利要求1所述的空间行波管收集极内芯的制作工艺，其特征在于：包括：喷砂工序—电镀工序—检测工序—真空退火工序；具体为：

喷砂工序；

将收集极内芯放置于喷砂机上，先用夹具、螺钉将收集极内芯上不需进行喷砂处理的位置保护起来；用喷砂机将研磨粉注入到收集极内芯的处理区，然后从喷砂机上取下收集极内芯，拆下保护夹具及螺钉，转入电镀工序；

电镀工序；

（1）配置好电镀所需的黑铬电解液，然后将黑铬电解液倒入镀铬槽中，将锡阳极和钢片放入黑铬电解液中，保持黑铬电解液温度20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间为2-3min；

（2）将喷砂处理好的收集极内芯进行表面超声波化学去油15分钟，其中化学去油溶液成份比例为：草酸钠：3±0.05重量份；酒石酸钠：2±0.02重量份；OP乳化剂：1.5±0.02重量份；去离子水：1.0±0.02重量份；然后用自来水将收集极内芯冲洗干净后放入镀铬槽中；保持黑铬电解液温度为20-25℃，保持时间为1.5-2小时；然后向黑铬电解液内通电，电流密度为50-100A/dm3，通电时间2-3min；

检测工序；

在显微镜下检查电镀处理的收集极内芯表面；

退火工序；

将收集极内芯放入退火炉内，将温度升至680-700℃，保持25-30min进行真空退火。

4.按照权利要求3所述的空间行波管收集极内芯的制作工艺，其特征在于：所述电镀工序中，黑铬电解液的各成分配比为：铬酐：300-500重量份，氟硅酸钾：10-15重量份，硝酸：2-5重量份，水：2500-3000重量份。

5.按照权利要求3所述的空间行波管收集极内芯的制作工艺，其特征在于：所述检测工序中，在显微镜下检查收集极内芯表面，若收集极内芯表面出现起泡、脱落或花斑现象；则将收集极内芯放入盐酸中退除不合格的镀层，然后按电镀工序中步骤（2）对盐酸处理后的收集极内芯进行电镀操作；收集极内芯电镀完后再重复检测工序。

6.按照权利要求4所述的空间行波管收集极内芯的制作工艺，其特征在于：所述黑铬电解液的配置方法为：取部分水，将铬酐溶解到水中后倒入镀铬槽中；将氟硅酸钾溶解到装有铬酐的镀铬槽中；将剩余的水倒入镀铬槽中，直到液面上升至工作位置；将硝酸倒入槽中；将电解液搅拌均匀，完成黑铬电解液的配置。

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