CN103346053A - 一种2450MHz大功率连续波磁控管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2450MHz大功率连续波磁控管及其制备方法，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(3)，固定在阳极腔体组合(1)上的输出天线(4)，输出天线(4)另一端位于输出窗组合(3)内部；所述的阳极腔体组合(1)连接有腔体冷却水进出水管(5)。该连续波磁控管结构设计合理，功率大，输出功率可达30KW以上，使用寿命可达5000小时以上，微波泄漏少，安全性能高；本发明提供的制备方法，通过大量实验筛选，具有工艺设计合理，可操作性强的优点，尤其是制备得到的磁控管，具有高度气密性和真空度，耐压性能高，打火几率少，性能稳定，可克服现有技术的诸多不足。

Description

一种2450MHz大功率连续波磁控管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁控管，具体涉及一种2450MHz大功率连续波磁控管及其制备方法。

背景技术

节能环保是我国经济可持续发展的基本国策。我国六大高耗能行业能耗已占工业总能耗的77%，其中5个行业涉及加热处理。微波加热是一种与被加热物质直接相互作用的选择性加热方式，具有显著的高效清洁节能特点，在化工和冶金等行业使用微波加热替代传统加热可以极大提高能源的利用率，达到节能减排的目的。目前，国内在2450MHz频段，单只磁控管的微波输出功率只能达到15kW，寿命仅2000小时，输出功率与寿命非常有限。工业生产中加热对象往往体积庞大，微波功率不够高将直接影响加热效果，并严重制约生产规模，远不能满足大规模工业连续生产的需求。因此，为了满足工业快速发展的需求，很有必要在现有技术基础上设计开发一种功率大，应用安全，寿命长，可广泛应用的2450MHz大功率连续波磁控管。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种结构设计合理，输出功率可达30kW，寿命可达5000小时以上，输出效率高，微波泄漏少，安全性能更高的2450MHz大功率连续波磁控管，该磁控管可广泛应用于微波加热各领域中，满足大规模工业应用的各种实际需求。本发明另一个目的是提供该2450MHz大功率连续波磁控管的制备方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:

一种2450MHz大功率连续波磁控管，它包括阳极腔体组合，阴极引出线组合，与阳极腔体组合相连的输出窗组合，固定在阳极腔体组合上的输出天线，输出天线另一端位于输出窗组合内部；所述的阳极腔体组合连接有腔体冷却水进出水管；

所述的阴极引出线组合包括绝缘陶瓷筒，位于绝缘陶瓷筒内的扼流筒，位于扼流筒内的支持筒，位于支持筒内的灯丝扼流筒，位于灯丝扼流筒内部的内引线组合，引线杆，安装在引线杆一端上的灯丝，连接在内引线组合一端的排气管，扼流筒一端连接有上极靴，引线杆上安装有屏蔽帽，连接灯丝电源的灯丝引线柱，内引线组合外周设置有防止灯丝回路短路的灯丝回路绝缘陶瓷，所述的引线杆和支持筒之间设置有耐高温，保持引线杆垂直度的宝石瓷；所述的绝缘陶瓷筒可以保证磁控管20KW以上的耐压。所述的支持筒具有良好的传导散热性能，可保证灯丝多余的热量耗散。所述的扼流筒能形成固定频率微波短路装置，防止微波泄漏。

所述的阳极腔体组合包括位于腔体内的腔体叶片，设置在腔体外周的水冷套，每个腔体叶片上均开设有进水管，出水管和螺纹状水嘴塞子，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的双端双环的隔膜带；本发明采用螺纹状水嘴塞子，不仅可以增加冷却水的与腔片的接触面积，并且能使磁控管内真空系统与阳极腔体组合的水循环系统隔离。

所述的输出窗组合包括陶瓷输出窗和下极靴，所述的下极靴呈阶梯结构。

以上所述的2450MHz大功率连续波磁控管，所述的输出窗既能使磁控管形成密闭的空间，又能保证功率输出，所述的下极靴可为磁控管形成另一部分的磁场回路装置。

作为优选方案，以上所述的2450MHz大功率连续波磁控管，所述的隔膜带为双环双隔膜带，本发明创新的采用双环双隔膜带可以有效的增加π模的分隔度，防止跳模，使磁控管工作更加稳定，具有很好的技术效果。

作为优选方案，以上所述的2450MHz大功率连续波磁控管，所述的扇槽形谐振系统的谐振腔数目为12。本发明通过大量实验筛选谐振腔的结构，优选得到特性阻抗较高的扇槽形谐振腔系统。

本发明磁控管工作时有一定的效率，损耗的功率会在阳极形成耗散，阳极承受的耗散功率会使阳极变热，如果不及时对阳极进行冷却造成阳极温度过高，会影响磁控管的正常工作。因此必须对磁控管腔体进行冷却，而良好的冷却回路结构是保证阳极能否充分冷却的重要因素。本发明在每个腔体叶片上均开设有进水管，出水管和螺纹状水嘴塞子，腔体叶片的水路结构构成∏型水路冷却结构。采用这种水冷结构，可以增大冷却水与翼片的接触面积；并且在水路中增加螺纹状水嘴塞子，同样也可增大冷却水与阳极的接触面积。可大大提高冷却效率，可保证阳极在大功率下能够稳定工作。取得非常好的技术效果。

本发明所述的引线杆另一端连接有排气管，排气管外周设有保护帽组合，防止排气管受外力受损。

本发明所述的阳极腔体组合内焊接有12个有腔体叶片，腔体叶片之间构成扇槽形谐振腔。

本发明所述的2450MHz大功率连续波磁控管的制备方法，其包括以下步骤：

（a）阴极引出线组合的制备：首先选用金为焊料，辅助焊接模具，将上极靴、扼流筒、绝缘陶瓷筒焊接在一起，组成上极靴组合，其中扼流筒位于绝缘陶瓷筒内部，并保持同轴心；然后采用氩弧焊方法将支持筒焊接在扼流筒内，并保持二者同轴心；然后将引线杆另一端装配在支持筒内，并在引线杆和支持筒之间焊接有宝石瓷；辅助焊接模具，最后将灯丝通过氩弧焊焊接在引线杆一端上；

（b）阳极腔体组合的制备：采用金铜焊料，辅助焊接模具，在腔体叶片上车削出进水管和出水管，使水路结构成∏型水路冷却结构，并将能增加水路接触面积的螺纹状水嘴塞子装配到腔体叶片水路结构中，然后通过烧氢焊接将腔体叶片环形焊接在腔体内，使腔体叶片之间构成扇槽形谐振腔，然后将能增加模式分割度的双端双环的隔膜带焊接在阳极腔体两端；然后将水冷套焊接在阳极腔体的外周，并将输出天线焊接在腔体叶片上；

（c）然后将步骤（a）装配好的阴极引出线组合从步骤（b）装配得到的阳极腔体组合的引线端装入，并用销钉控制阴极引出线组合和阳极腔体组合位置，使灯丝刚好位于阳极腔体组合的中心腔体内，然后通过氩弧焊将阴极引出线组合的上极靴与阳极腔体组合焊接在一起；

（d）采用铜银为焊料，通过烧氢焊将陶瓷输出窗和下极靴焊接连接装配得到输出窗组合；

（e）通过氩弧焊将输出窗组合焊接在阳极腔体组合上，使阳极腔体组合上的输出天线穿过输出窗组合中的下极靴后位于陶瓷输出窗内部；

（f）排气处理：将步骤（e）装配得到的磁控管装入双真空排气台上，通过排气管对磁控管进行抽气，抽气后再将灯丝接入电压回路，进行点灯丝排气处理，具体排气处理时的电流和时间如下表所示：

直流灯丝电流(安培)	45	50	60	66	70	75
							点灯丝时间(分钟)	5	5	15	30	45	5

排气处理后使磁控管内的真空度小于1×10^-4Pa，然后对磁控管的排气管进行封离，得到高气密性的真空磁控管；

（g）将腔体冷却水进出水管通过锡焊连在步骤（f）排气处理过的真空磁控管上，使腔体冷却水进出水管和腔体外周的水冷套相连通；

（h）最后将保护帽采用锡焊固定在磁控管封离过的排气管上。

步骤（a）中，本发明首先通过大量实验对焊料进行筛选，银基焊料由于饱和蒸汽压较高，工作时容易蒸发，特别是高频打火时，蒸发更加重，磁控管的耐压性能降低。

铜焊料虽然不易蒸发，但在焊接时的温度要高于1100℃，导致封接可伐晶格的涨大，不能满足真空器件的使用；

而实验结果表明，金系焊料的饱和蒸汽压较低，不易蒸发，通过对金系焊料焊接后的晶粒度分析、烘烤试验和抗拉试验，结果表明金系焊料可以进行陶瓷金属封接，可提高磁控管的耐压性能。

磁控管必须保证高度的气密性和真空度，而现有技术制备方法不能达到高的真空度，大大限制了磁控管的耐压等性能。本发明在现有技术的基础上通过大量实验筛选，不仅采用真空抽气处理，还对灯丝接入电压，实验结果表明，灯丝在接入电压，产生电流时，会出现放气，使磁控管内的真空度降低。本发明实验筛选结果表明：当灯丝电流I在60A～75A时放气量较大，所以本发明在这段电流范围内延长点灯丝时间，避免灯丝突然大量放气造成真空度下降，造成焊料的蒸发，本发明采用如下表的直流电流和时间，排气处理后可使磁控管内的真空度小于5×10^-5Pa。

直流灯丝电流(安培)	45	50	60	66	70	75
							点灯丝时间(分钟)	5	5	15	30	45	5

从而能够大大提高磁控管的耐压性和使用寿命，并且能够明显降低磁控管打火现象，性能更加优越。

有益效果：本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管，本发明通过大量实验优化阳极结构，采用易于加工、特性阻抗高的扇形谐振系统结构，并对阳极冷却结构进行优化，采用∏型水路冷却结构，散热效果更好，并通过大量实验对阴极结构进行大量实验筛选优化，打火几率明显减少，工作更加稳定；

本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管的制备方法，通过大量试验筛选装配工艺和辅助模具，整个工艺设计合理，可操作性强，制备得到的磁控管功率可达30KW，使用寿命可达5000小时以上，并且微波泄漏低，更加安全，并且磁控管的频率一致性好，可满足工业用的大功率微波加热设备。

附图说明

图1为本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管的结构示意图。

图2为本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管中阴极引出线组合的结构示意图。

图3为本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管中阳极腔体组合的结构示意图。

图4为本发明提供的2450MHz大功率连续波磁控管中输出窗组合的结构示意图。

图5为阴极引出线组合装配时的焊接的结构示意图。

图6为阴极引出线组合的灯丝焊接时的结构示意图。

图7为阳极腔体组合装配时的焊接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如图1至图4所示，一种2450MHz大功率连续波磁控管，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(3)，固定在阳极腔体组合(1)上的输出天线(4)，输出天线(4)另一端位于输出窗组合(3)内部；所述的阳极腔体组合(1)连接有腔体冷却水进出水管(5)；

所述的阴极引出线组合(2)包括绝缘陶瓷筒(2-1)，位于绝缘陶瓷筒(2-1)内的扼流筒(2-2)，位于扼流筒(2-2)内的支持筒(2-3)，位于支持筒(2-3)内的灯丝扼流筒(2-4)，位于灯丝扼流筒(2-4)内部的内引线组合(2-5)，引线杆(2-6)，安装在引线杆(2-6)一端上的灯丝(2-7)，连接在内引线组合(2-5)一端的排气管(2-8)，扼流筒(2-2)一端连接有上极靴(2-9)，引线杆(2-6)上安装有屏蔽帽(2-10)，连接灯丝电源的灯丝引线柱(2-11)，内引线组合(2-5)外周设置有防止灯丝回路短路的灯丝回路绝缘陶瓷(2-12)，所述的引线杆(2-6)和支持筒(2-3)之间设置有耐高温，保持引线杆(2-6)垂直度的宝石瓷(2-13)；

所述的阳极腔体组合(1)包括位于腔体内的腔体叶片(1-1)，设置在腔体外周的水冷套(1-2)，每个腔体叶片(1-1)上均开设有进水管(1-3)，出水管(1-4)和螺纹状水嘴塞子(1-5)，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的双端双环的隔膜带(1-6)；

所述的输出窗组合(3)包括陶瓷输出窗(3-1)和下极靴(3-2)，所述的下极靴(3-2)呈阶梯结构。

以上所述的2450MHz大功率连续波磁控管，所述的谐振系统为扇槽形，谐振腔数目为12。

实施例2

一种2450MHz大功率连续波磁控管的制备方法，其包括以下步骤：

（a）阴极引出线组合的制备：首先选用金为焊料，辅助焊接模具（2-14）（如图5所示），将上极靴(2-9)、扼流筒(2-2)、绝缘陶瓷筒(2-1)焊接组成上极靴组合，其中扼流筒(2-2)位于绝缘陶瓷筒(2-1)内部，并保持同轴心；然后采用氩弧焊方法将支持筒(2-3)焊接在扼流筒(2-2)内，并保持二者同轴心；然后将引线杆(2-6)另一端装配在支持筒(2-3)内，并在引线杆(2-6)和支持筒(2-3)之间焊接有宝石瓷(2-13)；辅助焊接模具（2-15）（如图6所示），最后将灯丝(2-7)通过氩弧焊焊接在引线杆(2-6)另一端上；

（b）阳极腔体组合的制备：采用金铜焊料，辅助焊接模具(1-7)（如图7所示），在腔体叶片(1-1)上车削出进水管(1-3)和出水管(1-4)，使水路结构成∏型水路冷却结构，并将能增加水路接触面积的螺纹状水嘴塞子(1-5)装配到腔体叶片(1-1)水路结构中，然后通过烧氢焊接将腔体叶片(1-1)环形焊接在腔体内，使腔体叶片(1-1)之间构成扇槽形谐振腔，然后将能增加模式分割度的双端双环的隔膜带(1-6)焊接在阳极腔体两端；然后将水冷套(1-2)焊接在阳极腔体的外周，并将输出天线(4)焊接在腔体叶片(1-1)上；

（c）然后将步骤（a）装配好的阴极引出线组合(2)从步骤（b）装配得到的阳极腔体组合(1)的引线端装入，并用销钉控制阴极引出线组合(2)和阳极腔体组合(1)位置，使灯丝(2-7)刚好位于阳极腔体组合(1)的中心腔体内，然后通过氩弧焊将阴极引出线组合(2)的上极靴(2-9)与阳极腔体组合(1)焊接在一起；

（d）采用铜银为焊料，通过烧氢焊将陶瓷输出窗(3-1)和下极靴(3-2)焊接连接装配得到输出窗组合(3)；

（e）通过氩弧焊将输出窗组合(3)焊接在阳极腔体组合(1)上，使阳极腔体组合(1)上的输出天线(4)穿过输出窗组合(3)中的下极靴(3-2)后位于陶瓷输出窗(3-1)内部；

（f）排气处理：将步骤（e）装配得到的磁控管装入双真空排气台上，通过排气管(2-8)对磁控管进行抽气，抽气后再将灯丝(2-7)接入电压回路，进行点灯丝排气处理，具体排气处理时的电流和时间如下表所示：

直流灯丝电流(安培)	45	50	60	60	70	75
							点灯丝时间(分钟)	5	5	15	30	45	5

排气处理后使磁控管内的真空度小于5×10^-5Pa，然后对磁控管的排气管(2-8)进行封离，得到高气密性的真空磁控管；

（g）将腔体冷却水进出水管(5)通过锡焊连在步骤（f）排气处理过的真空磁控管上，使腔体冷却水进出水管(5)和腔体外周的水冷套(1-2)相连通；

（h）最后将保护帽采用锡焊固定在磁控管封离过的排气管(2-8)上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种2450MHz大功率连续波磁控管，其特征在于，它包括阳极腔体组合(1)，阴极引出线组合(2)，与阳极腔体组合(1)相连的输出窗组合(3)，固定在阳极腔体组合(1)上的输出天线(4)，输出天线(4)另一端位于输出窗组合(3)内部；所述的阳极腔体组合(1)连接有腔体冷却水进出水管(5)；

所述的阴极引出线组合(2)包括绝缘陶瓷筒(2-1)，位于绝缘陶瓷筒(2-1)内的扼流筒(2-2)，位于扼流筒(2-2)内的支持筒(2-3)，位于支持筒(2-3)内的灯丝扼流筒(2-4)，位于灯丝扼流筒(2-4)内部的内引线组合(2-5)，引线杆(2-6)，安装在引线杆(2-6)一端上的灯丝(2-7)，连接在内引线组合(2-5)一端的排气管(2-8)，扼流筒(2-2)一端连接有上极靴(2-9)，引线杆(2-6)上安装有屏蔽帽(2-10)，连接灯丝电源的灯丝引线柱(2-11)，内引线组合(2-5)外周设置有防止灯丝回路短路的灯丝回路绝缘陶瓷(2-12)，所述的引线杆(2-6)和支持筒(2-3)之间设置有耐高温，保持引线杆(2-6)垂直度的宝石瓷(2-13)；

所述的阳极腔体组合(1)包括位于腔体内的腔体叶片(1-1)，设置在腔体外周的水冷套(1-2)，每个腔体叶片(1-1)上均开设有进水管(1-3)，出水管(1-4)和螺纹状水嘴塞子(1-5)，设置在腔体两端，用于增加模式分割度的双端双环的隔膜带(1-6)；

所述的输出窗组合(3)包括陶瓷输出窗(3-1)和下极靴(3-2)，所述的下极靴(3-2)呈阶梯结构。

2.根据权利要求1所述的2450MHz大功率连续波磁控管，其特征在于，所述的谐振系统为扇槽形，谐振腔数目为12。

3.    权利要求1或2所述的2450MHz大功率连续波磁控管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（a）阴极引出线组合的制备：首先选用金为焊料，辅助焊接模具（2-14），将上极靴(2-9)、扼流筒(2-2) 、绝缘陶瓷筒(2-1)焊接组成上极靴组合，其中扼流筒(2-2)位于绝缘陶瓷筒(2-1)内部，并保持同轴心；然后采用氩弧焊方法将支持筒(2-3)焊接在扼流筒(2-2)内，并保持二者同轴心；然后将引线杆(2-6)一端装配在支持筒(2-3)内，并在引线杆(2-6)和支持筒(2-3)之间焊接有宝石瓷(2-13)；辅助焊接模具（2-15），最后将灯丝(2-7)通过氩弧焊焊接在引线杆(2-6)另一端上； 

（b）阳极腔体组合的制备：采用金铜焊料，辅助焊接模具（1-7），在腔体叶片(1-1)上车削出进水管(1-3)和出水管(1-4)，使水路结构成∏型水路冷却结构，并将能增加水路接触面积的螺纹状水嘴塞子(1-5)装配到腔体叶片(1-1)水路结构中，然后通过烧氢焊接将腔体叶片(1-1)环形焊接在腔体内，使腔体叶片(1-1)之间构成扇槽形谐振腔，然后将能增加模式分割度的双端双环的隔膜带(1-6)焊接在阳极腔体两端；然后将水冷套(1-2)焊接在阳极腔体的外周，并将输出天线(4)焊接在腔体叶片(1-1)上；

（c）然后将步骤（a）装配好的阴极引出线组合(2)从步骤（b）装配得到的阳极腔体组合(1)的引线端装入，并用销钉控制阴极引出线组合(2)和阳极腔体组合(1)位置，使灯丝(2-7)刚好位于阳极腔体组合(1)的中心腔体内，然后通过氩弧焊将阴极引出线组合(2)的上极靴(2-9)与阳极腔体组合(1)焊接在一起；

（d）采用铜银为焊料，通过烧氢焊将陶瓷输出窗(3-1)和下极靴(3-2)焊接连接装配得到输出窗组合(3)；

（e）通过氩弧焊将输出窗组合(3)焊接在阳极腔体组合(1)上，使阳极腔体组合(1)上的输出天线(4)穿过输出窗组合(3)中的下极靴(3-2)后位于陶瓷输出窗(3-1)内部；

（f）排气处理：将步骤（e）装配得到的磁控管装入双真空排气台上，通过排气管(2-8)对磁控管进行抽气，抽气后再将灯丝(2-7)接入电压回路，进行点灯丝排气处理，具体排气处理时的电流和时间的单位分别为安培和分钟，如下表所示： 

直流灯丝电流 45 50 60 66 70 75 点灯丝时间 5 5 15 30 45 5

排气处理后使磁控管内的真空度小于                                               

，然后对磁控管的排气管(2-8)进行封离，得到高气密性的真空磁控管；

（g）将腔体冷却水进出水管(5) 通过锡焊连在步骤（f）排气处理过的真空磁控管上，使腔体冷却水进出水管(5)和腔体外周的水冷套(1-2)相连通；

（h）最后将保护帽采用锡焊固定在磁控管封离过的排气管(2-8)上。

Images