CN105826148A - 微波真空电子器件的零件除气方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种微波真空电子器件的零件的除气方法，包括步骤：(1)将所述零件置于一含电子枪的真空腔内；(2)固定所述零件，使电子枪对准所述零件；(3)所述真空腔抽真空后，开启电子枪轰击所述零件，进行除气。该除气方法使零件尤其是收集极中的气体去除干净，从而大大缩短微波真空电子器件的老练时间，同时提高器件内的极限真空度，从而大大延长器件的寿命而产生巨大经济效益。本发明简单易行、成本低，气体去除效率高，可以大大减少微波电真空器件的老练时间，具有很高的经济价值。

Description

微波真空电子器件的零件除气方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件技术，尤其涉及一种微波真空电子器件的零件除气方法，以及除气装置和除气系统。

背景技术

微波真空电子器件广泛用于雷达、卫星通信、电子加速器、全球定位、可控热核聚变及高功率微波武器等方面，其独特的功能和优越的性能，特别是在大功率和高频段的情况下，是其他器件所不能取代的。

对于微波真空电子器件，鉴于其结构、工艺特点及一般工作原理，在剔除了早期失效后，器件性能参数趋于稳定，加之真空器件对温度、辐射等环境因素并不敏感，寿命就成为表征其可靠性水平的重要指标。影响电真空器件寿命的因素很多，其失效模式与分布因管种不同而存在差异。在复杂的各种因素中，残余气体不仅几乎同时对阴极发射、电子注聚焦、输出功率、噪声电平和管内真空度有影响，而且会使管内精密零件受到不能修复的损伤，而这种零件会导致管子的过早损坏。因此研究满足高功率、高效率、高频率、宽频带空间行波管的超高真空获得和维持技术，对于推动卫星通信及高功率微波器件等技术的发展具有十分重要的意义。

微波真空电子器件为了获得和保持最佳性能、长寿命和高可靠性所需要的超高真空，降低器件制作材料的出气率尤为重要。微波真空电子器件通常采用烘烤除气的方法降低出气率。真空中的“烘烤”是指在抽气的某一阶段中，将真空系统升温，随后又使之降到环境温度的过程。烘烤的主要目的是使吸附的气体从被加热的表面上解吸，而且其解吸速率要远远大于在环境温度下的解吸速率，对解吸出的气体，用真空泵从系统中排除。烘烤的好处是：能在规定的抽气时间内达到较低的压力；或为达到规定的压力，所用的总抽气时间较短。在整个系统中，由烘烤而引起的系统最终的总压力的下降一般是很微小的(甚至可能略有上升)，但就烘烤的实质来看，是使结合能较低的吸附气体被有选择地从研究的表面上除去，使得在真空气氛中的被去气的部位成为比较“干净新鲜”的。

研究发现许多金属在真空中经过1000℃的长时间加热后，表面仍留有氧化膜。例如必须在10^-4Pa的真空中把Mo加热到1760℃并持续数小时才能排净Mo金属溶解的气体。因此采用烘烤(400-600℃)除气的微波真空电子器件中金属零件溶解的气体及表面的氧化膜很难去除干净。在电子束的轰击下，微波真空电子器件内金属零件(尤其是收集极，因为其接收了90％以上的电子)会放出大量的气体，因此微波真空电子器件为了获得和保持最佳性能、长寿命和高可靠性所需要的超高真空，必须经过长时间的老练(500-1000小时)，即便如此，由于用于微波真空电子器件老练用钛泵体积的限制，它们的抽速一般较小(一般为几升/秒)，因此微波真空电子器件老练后的极限真空也很难达到很高的水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波真空电子器件的零件除气方法或者装置，以解决以上所述的至少问题。

为实现上述目的，本发明提供一种微波真空电子器件的零件的除气方法，包括以下步骤：

(1)将所述零件置于一含电子枪的真空腔内；

(2)固定所述零件，使电子枪对准所述零件；

(3)所述真空腔抽真空后，开启电子枪轰击所述零件，进行除气。

根据本发明的一具体实施方案，所述零件为收集极。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(3)具体为：引入一电极，电极的阳极连接所述零件，阴极连接电子枪，真空腔抽真空后，电极上施加偏压，电子枪被加热后发射电子，轰击零件表面，进行除气。

根据本发明的一具体实施方案，真空腔抽真空后的真空度为1×10^-5Pa以上。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(3)中，进行除气时，所述零件的温度不超过600℃。

根据本发明的一具体实施方案，所述电子枪轰击方式为低压直流电子轰击或者高压脉冲电子轰击。

根据本发明的一方面，提供一种微波真空电子器件的零件的除气装置，包括：

真空腔；

固定零件的装置，其设置于真空腔内；

电子枪，固定设置于真空腔内；以及

电极，包括阴极与阳极，所述阳极用于连接所述零件，所述阴极连接所述电子枪。

根据本发明的一具体实施方案，在除气装置中，所述真空腔包括钟罩以及底盘，所述钟罩与所述底盘相扣，形成一密闭空间，所述底盘为金属法兰，所述电极的阴极和阳极固定设置在所述金属法兰盘上，阴极和阳极的一端伸入所述真空腔内，另一端伸出所述真空腔，用于连接一外接电源，所述零件为收集极。

根据本发明的一具体实施方案，在除气装置中，所述同定零件的装置与所述金属法兰固定连接，且所述电子枪也固定连接在所述金属法兰上。

根据本发明的一方面，提供一种微波真空电子器件的零件的除气系统，包括：

至少一个以上任意一项所述的除气装置，所述除气装置中的真空腔设置有抽真空通道；

电源，所述电源连接所述除气装置中的各电极；

抽真空装置，设置为与能所述抽真空通道密闭连接，用于对所述除气装置抽真空。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的零件(尤其是收集极)除气方法简单易行、成本低，可以非常快速的将微波真空电子器件的收集极吸附溶解的气体及表面的氧化膜去除干净，避免了因微波真空电子器件的收集极吸附溶解的气体过多而带来的老练时间过长；

(2)通过电子枪轰击零件进行除气，提高微波真空电子器件极限真空，进而延长其寿命，缩短了微波真空电子器件的老练时间，提高微波真空电子器件的极限真空；

(3)与加热除气相比，电子轰击除气的起始出气速率很高，一般要比热除气大几到十几倍；

(4)通过采用钟罩与法兰相扣的连接方式，且电子枪和零件设置在法兰上，简化了操作步骤，提高除气效率。

附图说明

图1为根据本发明一具体实施例的电子束轰击收集极装置示意图；

图2为根据本发明一具体实施例的微波真空电子器件的零件的除气系统示意图；

图3为根据本发明一具体实施例的微波真空电子器件的收集极除气方法的流程图。

【主要元件符号说明】

1-电极，2-电极法兰，3-钟罩，4-电子枪，5-收集极，6-电子束收集极，7-超高真空泵机组接口，8-超高真空阀门，9-超高真空系统

具体实施方式

本发明的基本构思为，提供一种微波真空电子器件的零件的除气方法，包括以下步骤：

(1)将所述零件置于一含电子枪的真空腔内；

(2)固定所述零件，使电子枪对准所述零件；

(3)所述真空腔抽真空后，开启电子枪轰击所述零件，进行除气。

对于所述零件，可以为微波真空电子器件的各个零件，优选的为收集极。

对于步骤(3)，具体为：引入一电极，电极的阳极连接所述零件，阴极连接电子枪，真空腔抽真空后，电极上施加偏压，电子枪被加热后发射电子，轰击零件表面，进行除气。

优选的，真空腔抽真空后的真空度为1×10^-5Pa以上。进行除气时，所述零件的温度不超过600℃。

优选的，电子枪轰击方式为低压直流电子轰击或者高压脉冲电子轰击。低压直流电子轰击的除气效率较低。高能电子脉冲轰击的除气效率可显著提高。一般在开始轰击时，为提高效率，可常用较高的电压，随着氧化膜的去除，放气率逐渐减小，电压也要相应降低。

基于同一发明构思，本发明提供一种微波真空电子器件的零件的除气装置，包括：

真空腔；

固定零件的装置，其设置于真空腔内；

电子枪，固定设置于真空腔内；以及

电极，包括阴极与阳极，所述阳极用于连接所述零件，所述阴极连接所述电子枪。

对于真空腔的具体构造，所述真空腔包括钟罩以及底盘，所述钟罩与所述底盘相扣，形成一密闭空间，所述底盘为金属法兰，所述电极的阴极和阳极固定设置在所述金属法兰盘上，阴极和阳极的一端伸入所述真空腔内，另一端伸出所述真空腔，用于连接一外接电源。优选的，钟罩的材料为石英、玻璃或者金属。收集极和电子枪与电极之间可通过模具和工具显微镜进行非永久连接，金属法兰可重复使用。

对于所述固定零件的装置，其与所述金属法兰固定连接，且所述电子枪也固定连接在所述金属法兰上。

基于同一发明构思，本发明提供一种微波真空电子器件的零件的除气系统，包括：

至少一个以上任意一项所述的除气装置，所述除气装置中的真空腔设置有抽真空通道；

电源，所述电源连接所述除气装置中的各电极；

抽真空装置，设置为与能所述抽真空通道密闭连接，用于对所述除气装置抽真空。

本发明的一优选实施方案为一种微波真空电子器件的收集极除气方法，该方法是采用电子束轰击收集极，首先将收集极和电子枪安装在金属法兰上，然后将金属法兰固定于石英(或玻璃、金属)钟罩上，石英钟罩两端用超高真空氟橡胶密封圈与金属电极法兰和超高真空系统排气法兰连接；将石英(或玻璃、金属)钟罩抽真空至1×10^-5Pa以上；以及在收集极和电子枪之间加上几百至几万伏特的电压并保持一定时间，使收集极中的气体去除干净；断电冷却到室温后取出，具体包括以下步骤：

1)将收集极和电子枪固定于金属法兰的电极上；

2)将金属法兰固定于石英(或玻璃、金属)钟罩上；

3)利用真空泵机组将石英(或玻璃、金属)钟罩抽真空至1×10^-5pa以上；

4)通过电极将电子枪中热阴极加热至950-1150℃，从而使热阴极发射电子，在电子枪的阴极上相对于电子枪的阳极(阳极与待除气的收集极相连接)加负偏压；

5)待所述收集极降至室温后，恢复真空腔至常压，打开真空腔，取出收集极，收集极除气处理结束。

本实施方案中将电子枪和待除气的收集极固定在电极法兰上，电子枪的阳极孔对准收集极的入射孔，在真空环境下，在电子枪的阴极上相对于电子枪的阳极(阳极与待除气的收集极相连接)加负偏压，电子在位差为U的电场作用下，获得动能打到被除气的收集极表面上，电子可进入固体表面较深处，使吸附在表面上的原子从表面上释放出来，同时电子轰击将表面加热，促使内部原子向表面扩散并从表面解吸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种微波真空电子器件的收集极除气方法。图1为本发明一具体实施例微波真空电子器件的收集极除气方法示意图；图2为本发明一具体实施例的微波真空电子器件的零件的除气系统；图3为本发明一具体实施例的微波真空电子器件的收集极除气方法的流程图。请参照图1、图2和图3，本实施例包括：

步骤A，将收集极5和电子枪4固定于金属法兰2的电极1上；

电极1与金属法兰2之间采用金属与陶瓷焊接，电极应当至少能够耐数百至数万伏特的高压，电极1与金属法兰2的连接为永久连接。收集极5和电子枪4与电极1之间采用金属镍杆(或钼杆)分别利用电阻焊接技术焊接，收集极5和电子枪4与电极1之间的连接是非永久连接，金属法兰2可重复使用。安装收集极5和电子枪4时，通过模具和工具显微镜控制收集极5和电子枪4之间的距离和对中。

步骤B，将金属法兰2固定于石英(或玻璃、金属)钟罩3上；

石英钟罩两端用超高真空氟橡胶密封圈与金属电极法兰2和超高真空系统排气法兰7连接。

步骤C，利用真空泵机组9将石英(或玻璃、金属)钟罩3抽真空至1×10^-5pa以上；

本步骤中真空度越高，越有利于提升后期收集极除气的效果。在本发明优选的实施例中，极限真空度应当在5×10^-6pa以上。

步骤D，通过电极在电子枪的阴极上相对于电子枪的阳极(阳极与待除气的收集极5相连接)加负偏压；

本步骤中，电子轰击除气有低压直流电子轰击和高压脉冲电子轰击两种放电方式。低压直流电子轰击的除气效率较低。高能电子脉冲轰击的除气效率可显著提高。一般在开始轰击时，为提高效率，可常用较高的电压，随着氧化膜的去除，放气率逐渐减小，电压也要相应降低。

本实施例中，电子轰击除气过程中收集极温度不超过600℃，温度过高会造成收集极材料的蒸发。除气时间应当在1h至100h之间，视收集极的尺寸和真空度而定。在电子轰击除气过程中真空度不应低于5×10^-5pa，真空度过低会造成电子枪中阴极中毒，从而使电子流不稳定影响收集极除气效果。

步骤E，待所述收集极5的温度降至室温后，恢复真空腔至常压，打开真空腔，取出收集极，收集极除气处理结束。

在本领域中，室温通常至20℃～30℃，而常压指1.013×10⁵Pa。

经过本实施例方法处理后的收集极，经材料放气实验分析，其含气量明显少于现有技术方法处理后的收集极。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明微波真空电子器件的收集极除气方法有了清楚的认识。

此外，上述对各方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体形式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

综上所述，本发明通过在真空环境下，利用电子束轰击收集极的方法，使收集极中的气体去除干净，从而大大缩短微波真空电子器件的老练时间。本发明简单易行、成本低，气体去除效率高，可以大大减少微波电真空器件的老练时间；同时提高器件内的极限真空度，从而大大延长器件的寿命，具有很高的经济价值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将所述零件置于一含电子枪的真空腔内；

(2)固定所述零件，使电子枪对准所述零件；

(3)所述真空腔抽真空后，开启电子枪轰击所述零件，进行除气。

2.根据权利要求1所述的微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于，所述零件为收集极。

3.根据权利要求1所述的微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于，步骤(3)具体为：引入一电极，电极的阳极连接所述零件，阴极连接电子枪，真空腔抽真空后，电极上施加偏压，电子枪被加热后发射电子，轰击零件表面，进行除气。

4.根据权利要求1所述的微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于，真空腔抽真空后的真空度为1×10^-5Pa以上。

5.根据权利要求1所述的微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于，步骤(3)中，进行除气时，所述零件的温度不超过600℃。

6.根据权利要求1所述的微波真空电子器件的零件的除气方法，其特征在于，所述电子枪轰击方式为低压直流电子轰击或者高压脉冲电子轰击。

7.一种微波真空电子器件的零件的除气装置，其特征在于包括：

真空腔；

固定零件的装置，其设置于真空腔内；

电子枪，固定设置于真空腔内；以及

电极，包括阴极与阳极，所述阳极用于连接所述零件，所述阴极连接所述电子枪。

8.根据权利要求7所述的微波真空电子器件的零件的除气装置，其特征在于，所述真空腔包括钟罩以及底盘，所述钟罩与所述底盘相扣，形成一密闭空间，所述底盘为金属法兰，所述电极的阴极和阳极固定设置在所述金属法兰盘上，阴极和阳极的一端伸入所述真空腔内，另一端伸出所述真空腔，用于连接一外接电源，所述零件为收集极。

9.根据权利要求8所述的微波真空电子器件的零件的除气装置，其特征在于，所述固定零件的装置与所述金属法兰固定连接，且所述电子枪也固定连接在所述金属法兰上。

10.一种微波真空电子器件的零件的除气系统，其特征在于包括：

至少一个权利要求7-9任意一项所述的除气装置，所述除气装置中的真空腔设置有抽真空通道；

电源，所述电源连接所述除气装置中的各电极；

抽真空装置，设置为与能所述抽真空通道密闭连接，用于对所述除气装置抽真空。