CN102446677A - 一种抑制脉冲行波管栅发射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，涉及微波电真空技术，阐述了一种有效抑制脉冲行波管栅极热电子发射(简称栅发射)的改进措施，即采用新型材料铪(Hf)作为脉冲行波管电子枪中栅网的材料。该金属具有较高的逸出功、低二次电子发射系数、以及高熔点/低饱和蒸汽压的特性，通过二极管试验及其物理分析，以及制管应用等试验表明将这种铪金属箔作为栅网基底材料，能抑制目前脉冲行波管在工作寿命期间出现的栅发射现象，从而有力保障了栅控脉冲行波管工作的可靠性和稳定性。

Description

一种抑制脉冲行波管栅发射的方法

技术领域

本发明涉及微波电真空技术领域，是一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，实现抑制栅极热电子发射现象的目标，提高了脉冲行波管工作可靠性和稳定性。

背景技术

目前栅控脉冲行波管被广泛应用于雷达、电子对抗等国防重点工程，其工作原理是通过在栅网上施加负直流电位来截止阴极电子的发射，或施加正脉冲调制信号来控制阴极电子的发射，从而使行波管工作在一定脉宽和重频的脉冲调制状态，实现高峰值功率的脉冲输出。

在栅控脉冲行波管的电子枪中，栅网是用来发挥控制极的作用，控制极本身是不应该有电子发射的，如果该控制极有电子发射，将扰乱从阴极发射出来的电子注的层流性，使行波管电子注层流性变差，或导致调制器打火，严重时使行波管及其供电高压电源失效，从而极大程度上降低了栅控脉冲行波管的工作可靠性和稳定性。目前栅控脉冲行波管均采用钼(Mo)作为栅网材料，这是因为钼不仅具备高温电真空材料特性，还具有很好的塑性加工性能，但在行波管工作期间经常出现了栅极热电子发射现象，导致发射机出现打火故障并失效。而目前针对这种现象通常采取的措施是对钼基底栅网进行表面改性处理，即在钼基底栅网上增加一层反发射薄膜(如C、Au、Hf、Pt等)，也能在一定程度上改善栅发射现象，但表面改性的薄膜与基底之间存在结合力不牢问题，有脱落现象，因此会产生次生问题影响脉冲行波管工作可靠性和稳定性。由于脉冲行波管在现代军事领域所占比例不断上升，因此脉冲行波管的栅发射问题亟待彻底解决。

发明内容

本发明的目的，是为了克服目前栅控脉冲行波管中钼基底栅网的栅发射现象，提供一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，能够有效抑制栅发射，提高栅控脉冲行波管的可靠性。该发明方法操作简单、应用成果显著。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，用于改善脉冲行波管工作可靠性和稳定性，其采用铪(Hf)材料作为栅网基底材料，制作脉冲行波管电子枪中的栅网。

所述的抑制脉冲行波管栅发射的方法，其所述电子枪中的栅网，其制作工艺包括步骤：

a)栅网毛坯采用铪金属箔；

b)将铪箔在真空炉中进行退火，温度是850±20℃，保温15±3分钟；

c)将b步骤中获得的退火态铪箔，经过机械冲制加工成所需的球形弧面栅网毛坯；

d)将c步骤中所得的栅网毛坯，采取电火花或光刻加工成所需的网状结构；

e)将d步骤中获得的加工好的铪栅网进行高温真空去气，再采用激光焊接方式将之与其支撑零件焊接牢固，得成品。

所述的抑制脉冲行波管栅发射方法，其还包括装配工艺：

f)将e步骤中所得的部件装架到电子枪上；

g)采用氩弧焊或真空炉焊接方式，将装架好的电子枪与高频组件进行对接。

所述的抑制脉冲行波管栅发射的方法，其所述a步骤中，铪箔的厚度为0.05～0.08mm。

所述的抑制脉冲行波管栅发射方法，其所述e步骤中的高温真空去气，其真空度优于1×10^-5Pa，温度是800±20℃，保温10±3分钟。

本发明的有益效果是：通过在脉冲行波管电子枪中应用铪基底栅网能杜绝栅发射现象，保证了脉冲行波管工作的可靠性和稳定性，使管子工作更稳定、更可靠、使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明的一种抑制脉冲行波管栅发射的方法中所用栅网的三维示意图；

图2是铪基底栅网直流伏安特性曲线图；

图3是钼基底栅网俄歇电子能谱分析曲线图；

图4是铪基底栅网俄歇电子能谱分析曲线图。

具体实施方式

本发明的一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，直接采用铪(Hf)作为栅网材料。铪也是高温电真空材料，只是塑性加工性能较钼差些，但经过严格控制退火工艺以及一系列的工艺操作流程，能有效提高成品率。另外需要特别强调的是由于铪在一定的温度下能与H₂、O₂、N₂发生反应，因此需要注意高温时的环境气氛，以免在一定的高温下和一定的气氛中铪发生了物质形态的变化，导致栅网机械强度显著降低。

本发明的一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，特别涉及栅控脉冲行波管，通过大量二极管试验和行波管制管应用试验得到了铪栅网抑制栅发射的作用机理是：当低逸出功的阴极活性蒸发物质(Ba、BaO)附着在铪基底栅网上时，在一定的高温下发生反应，得到了一种新的衍生物BaHfO₃(XRD分析结果)，从而阻止了Ba原子向栅网基底的扩散，使得在栅网厚度方向上Ba原子的含量比钼基底栅网少得多(俄歇分析结果)。因此铪基底栅网在行波管电子枪工作期间其表面是一种稳定金属化合物的高逸出功状态，从而达到抑制栅发射的目的，通过二极管试验测试伏安特性得到其有效逸出功是

而钼基底栅网在表面附着阴极活性蒸发物质后的有效逸出功是

因此铪基底栅网表面即使附着了阴极的活性蒸发物质，也能表现出高逸出功的表面状态，从而抑制了栅网的热电子发射。因此在脉冲行波管中应用铪基底栅网，能够杜绝栅发射现象，从而使行波管工作更稳定、更可靠、使用寿命更长。

本发明的一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，具体工艺是：

首先采用厚度为0.05～0.08mm的铪金属箔作为栅网毛坯，其退火过程在真空炉中进行，主要退火工艺要求是850±20℃、保温15±3分钟。退火好的铪箔经过机械冲制加工成所需的球形弧面，之后再采取电火花或光刻等方式加工成所需的网状结构。加工好的栅网经过高温真空去气后，采用激光焊接铪栅网及其支撑件，将包含铪栅网的行波管电子枪与高频组件进行对接时，需要采用氩弧焊或真空炉焊接。

图1是脉冲行波管中应用的栅网举例，其厚度为0.05～0.08mm，径向丝径和环向丝径一般为0.03～0.08mm。

图2是二极管试验中Hf基底栅网表面附着阴极活性蒸发物质后的直流伏安特性曲线。在二极管试验中采用钡钨浸渍铝酸盐覆膜阴极(6BaO·1CaO·2Al₂O₃)作为蒸发源，其直径为Φ6mm，栅极直径也为Φ6mm，两极后方均有热源，两极距离为1±0.1mm。经过装架、封装、排气、激活后，二极管的真空度优于1×10^-5Pa。首先进行阴极激活蒸发试验，使得阴极的活性蒸发物Ba、BaO附着在对面的栅极表面上，之后将Hf基底栅网加热到一定温度，再改变阳极电压(阴极相对于栅极来说可以充当阳极的作用)，得到一组直流发射伏安特性数据，通过计算得到拐点电流密度分别是：0.155×10^-3A/cm²，0.471×10^-3A/cm²，1.246×10^-3A/cm²。并结合理查森发射方程得到有效逸出功是

图3是俄歇电子能谱分析钼基底栅网表面附着阴极活性蒸发物质后随着纵向深度的增加各成分比例的变化(Ba、Mo、O)，结果表明Mo和Ba在一定的温度下很容易结合并渗透，形成了Mo-O-Ba的三明治结构，逸出功较低，具有较强的热电子发射能力。

图4是铪基底栅网表面附着阴极活性蒸发物质后的俄歇分析结果，可以看到随着纵向深度的增加，Ba原子比例下降很快，即Ba原子向Hf基底扩散很少，主要集中在Hf基底表面或近表面。结合XRD分析得知铪基底栅网表面得到了新的衍生物，因此表面逸出功较高，能够抑制栅极热电子发射。

Claims (5)

1.一种抑制脉冲行波管栅发射的方法，用于改善脉冲行波管工作可靠性和稳定性，其特征在于：采用铪材料作为栅网基底材料，制作脉冲行波管电子枪中的栅网。

2.如权利要求1所述的抑制脉冲行波管栅发射的方法，其特征在于，所述电子枪中的栅网，其制作工艺包括步骤：

a.栅网毛坯采用铪金属箔；

b.将铪箔在真空炉中进行退火，温度是850±20℃，保温15±3分钟；

c.将b步骤中获得的退火态铪箔，经过机械冲制加工成所需的球形弧面栅网毛坯；

d.将c步骤中所得的栅网毛坯，采取电火花或光刻加工成所需的网状结构；

e.将d步骤中获得的加工好的铪栅网进行高温真空去气，再采用激光焊接方式将之与其支撑零件焊接牢固，得成品。

3.如权利要求2所述的抑制脉冲行波管栅发射方法，其特征在于，还包括装配工艺：

f.将e步骤中所得的部件装架到电子枪上；

g.采用氩弧焊或真空炉焊接方式，将装架好的电子枪与高频组件进行对接。

4.如权利要求2所述的抑制脉冲行波管栅发射方法，其特征在于，所述a步骤中，铪箔的厚度为0.05～0.08mm。

5.如权利要求2所述的抑制脉冲行波管栅发射方法，其特征在于，所述e步骤中的高温真空去气，其真空度优于1×10^-5Pa，温度是800±20℃，保温10±3分钟。

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