CN107768210A - 大功率长寿命阴极热子组合件制备方法 - Google Patents

大功率长寿命阴极热子组合件制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率长寿命阴极热子组合件制备方法，用一根铼钨丝绕制成双头双螺旋圆柱热丝预制件，将双头双螺旋圆柱热丝预制件套置在半圆柱热丝成型模上形成双头双螺旋圆柱热丝，将双头双螺旋圆柱热丝放入圆环形腔模具内并将螺距均匀布置弯成一圈形成热子预制件，将热子预制件依次进行黑化、涂覆绝缘层及烧结处理制成所需的热子，在阴极和热子的空间填充陶瓷填料，然后烧结制成阴极热子组合件。采用双头双螺旋、环形结构，克服了以前双螺旋灯丝阴极由于阴极两端的冷端效应所引起的阴极轴向温度分布不均匀的问题，阴极表面温度分布均匀，阴极工作点温度可降低；制得的阴极热子组合件，可使阴极工作的启动时间缩短一半左右，降低阴极加热功率。

Description

大功率长寿命阴极热子组合件制备方法
技术领域
本发明涉及大功率真空电子器件领域，具体涉及一种大功率长寿命阴极热子组合件制备方法。
背景技术
现有技术中，大功率真空电子器件中的阴极热子结构，有单螺旋、双螺旋、折迭式和盘香式。在目前查找大功率真空电子器件寿命告终的原因时，通常并不是由于活性物质耗尽，而是热丝损坏，这都是由于交变的热子电源所产生的磁场和真空电子器件轴向磁场相互作用，使热丝受到一个交变的机械力。显然，热丝电流越大，相互作用力也越大，热丝受到振动频率亦越大，长时间工作越易损坏，减少了工作寿命。虽然后来阴极热子设计结构采用双螺旋、折迭式和盘香式，这对于小功率和寿命要求不高的真空电子器件有一定效果，但对于大功率长寿命的真空电子器件，没有从根本上加以改善和提高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种简化了工艺、减少了工序的大功率长寿命阴极热子组合件制备方法，使制得的阴极热子组合件寿命长、功率大且启动快。
为实现上述目的，本发明所设计的
大功率长寿命阴极热子组合件制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将一根铼钨丝沿径向中心线对折，形成一头为对折端、另一头为两个丝脚的双线铼钨丝；然后将对折端绕制在圆柱形芯杆模具的螺纹槽起始端，再将双线铼钨丝的其余部分螺旋绕制在圆柱形芯杆模具的螺纹槽内；然后将两丝脚通过钨丝缠紧固定在圆柱形芯杆模具底部通孔处的钨杆上；最后将圆柱形芯杆模具连同双线铼钨丝一起置于烧氢炉中进行一次定型，定型后剪断钨丝，将铼钨丝从圆柱形芯杆模具上退出形成双头双螺旋圆柱热丝预制件；
2)将双头双螺旋圆柱热丝预制件套置在半圆柱热丝成型模上，双头双螺旋热丝预制件的螺纹起始端和长丝脚均从半圆柱热丝成型模的直径方向引出，将短丝脚从半圆柱热丝成型模的半圆形弧面方向引出，形成双头双螺旋圆柱热丝；
3)将双头双螺旋圆柱热丝放入圆环形腔模具内并将螺距均匀布置弯成一圈，用钼杆将双头双螺旋圆柱热丝的两丝脚固定在圆环形腔模具上，然后置于烧氢炉中进行二次定型，形成热子预制件；
4)将热子预制件依次进行黑化、涂覆绝缘层及烧结处理制成所需的热子；表面黑化，增大热子热辐射系数，使热子与阴极间温差减小；
5)在阴极和热子的空间填充陶瓷填料，然后烧结制成阴极热子组合件。在阴极与热子的空间填充导热性好的固体填料，构成阴极热子组合件，进一步提高了阴极加热的效率，降低热子的工作温度，同时也可达到阴极快热、快速启动真空电子器件正常工作的目的。
进一步地，所述步骤1)中，铼钨丝的直径为0.90～0.95mm，铼钨丝的长度为1020～1025mm。
进一步地，所述步骤1)中，进行一次定型的定型温度为 1150～1200℃、定型时间为10～20分钟。
进一步地，所述步骤3)中，进行二次定型的定型温度为 1250～1300℃、定型时间为10～20分钟。
进一步地，所述步骤1)中，双头双螺旋圆柱热丝预制的圈数为 20～25圈，且双头双螺旋圆柱热丝预制的直径为7.5～7.8mm；所述步骤3)中，热子预制件的内径为17.5～18.0mm、外径为33.0～34.0mm。
进一步地，所述步骤4)中，黑化的方法为电泳法，其中，黑化物质为钛的氧化物，电泳液为三氧化二钛、甲醇和硝棉溶液组成的混合溶液，且电泳黑化层厚度为0.01～0.02mm；涂覆绝缘层采用阴极电泳法，其中，电泳电压为30～100V，被电泳的阴极热子预制件接电源负极，且电泳氧化层厚度为0.02～0.04mm；烧结温度为 1350～1450℃、烧结时间为2～4分钟。
进一步地，所述步骤5)中，陶瓷填料按重量百分比包括：20～30％的Al2O3、20～40％的Mn、40～45％的SiO2；且烧结温度为1200～1300℃、烧结时间为2～4分钟。
进一步地，所述步骤5)中，陶瓷填料按重量百分比包括：27％的Al2O3、30％的Mn、43％的SiO2。
进一步地，所述步骤1)中，所述圆柱形芯杆模具的螺纹槽起始端位于端面中心槽处，所述圆柱形芯杆模具的螺纹槽末端与所述通孔相切，且所述端面中心槽的轴向中心线与所述通孔的轴向中心线均位于所述圆柱形芯杆模具的轴向中心面上；位于所述螺纹槽起始端的所述圆柱形芯杆模具的顶端圆弧面打磨至光滑。
进一步地，所述端面中心槽为倾斜槽，其倾斜角度与螺纹槽的螺旋角平行，且所述端面中心槽末端与螺旋槽相切。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用双头双螺旋、环形(由圆柱弯曲成环形)结构，克服了以前双螺旋灯丝阴极由于阴极两端的冷端效应所引起的阴极轴向温度分布不均匀的问题。而采用上述制备方法，简化了工艺，减少了工序，使阴极热子寿命得到提高，阴极表面温度分布均匀，阴极工作点温度可降低；制得的阴极热子组合件，可使阴极工作的启动时间缩短一半左右，使热子固定牢固，降低阴极加热功率。
附图说明
图1为本实施例双头双螺旋圆柱热丝预制件的结构主视示意图；
图2为图1的左侧示意图；
图3为本实施例圆柱形芯杆模具的结构示意图；
图4为图3的主视示意图；
图5为本实施例半圆柱热丝成型模的结构示意图；
图6为本实施例圆环形腔模具的结构示意图；
图7为本实施例大功率长寿命阴极热子组合件热子结构示意图。
图中各部件标号如下：
双头双螺旋圆柱热丝预制件1、短丝2、长丝脚3、圆柱形芯杆模具4、螺纹槽5、通孔6、端面中心槽7、半圆柱热丝成型模8、圆环形腔模具9、热子10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例大功率长寿命阴极热子组合件制备方法包括如下步骤：
1)为了提高热丝的机械强度，选择一根直径为0.90～0.95mm(优选0.92mm)的铼钨丝，铼钨丝同钨丝相比，其铼钨丝电阻率较大、延展性较好、再结晶温度要高为150～200℃；并且其抗张强度比纯钨丝要高好几倍，而与氧化铝涂层作用较弱；在大功率真空电子器件中，由于强磁场的作用、过大的起始电流，因机械力的影响，可能引起热丝的焊点虚焊或者脱落，所以大功率真空电子器件中，热丝冷态电阻的选取，应使起始电流不过份超过热丝预热电流，因此，选择铼钨丝的长度为1020～1025mm(优选1024.83mm)。
将一根铼钨丝沿径向中心线对折，形成一头为对折端、另一头为两个丝脚的双线铼钨丝；然后将对折端绕制在圆柱形芯杆模具4 的螺纹槽5起始端，再将双线铼钨丝的其余部分螺旋绕制在圆柱形芯杆模具4的螺纹槽5内；然后将两丝脚通过钨丝缠紧固定在圆柱形芯杆模具4底部通孔6处的钨杆上；铼钨丝对折和绕制过程时始终用氢气火头加热铼钨丝和圆柱形芯杆模具，让铼钨丝处于软化微红热状态；经过净化处理后，最后将圆柱形芯杆模具连同双线铼钨丝一起置于烧氢炉中进行一次定型，定型温度为1150～1200℃、定型时间为10～20分钟；定型后剪断钨丝，将铼钨丝从圆柱形芯杆模具上退出形成双头双螺旋圆柱热丝预制件1，如图1、图2所示；根据选择铼钨丝的长度，及长丝脚和短丝脚预留的长度，算出双头双螺旋圆柱热丝预制的圈数为20～25圈(优选为23圈)，且双头双螺旋圆柱热丝预制的直径为7.5～7.8mm(优选为7.75mm)，从而能满足总的热丝设计长度的要求。
并且，结合图3所示，圆柱形芯杆模具4的螺纹槽5起始端位于端面中心槽7处，圆柱形芯杆模具4的螺纹槽5末端与通孔6相切，且端面中心槽7的轴向中心线与通孔6的轴向中心线均位于圆柱形芯杆模具4的轴向中心面上；结合图4所示，端面中心槽7为倾斜槽，其倾斜角度与螺纹槽5的螺旋角平行，且端面中心槽7末端与螺旋槽5相切；另外，位于螺纹槽起始端的圆柱形芯杆模具的顶端圆弧面打磨至光滑；
2)将双头双螺旋圆柱热丝预制件1套置在半圆柱热丝成型模8 (如图5所示)上，双头双螺旋热丝预制件1的螺纹起始端和长丝脚3均从半圆柱热丝成型模8的直径方向引出(且在同一圆柱轴切面上)，将短丝2脚从半圆柱热丝成型模8的半圆形弧面方向引出，形成双头双螺旋圆柱热丝，注意在长丝脚3半圆弧形弯曲时边引出边用氢气火头加热，加热至轻轻弯曲直至完成；
3)将双头双螺旋圆柱热丝放入圆环形腔模具9内并将螺距均匀布置弯成一圈，且用钼杆将双头双螺旋圆柱热丝的两丝脚固定在圆环形腔模具9上，如图6所示，然后置于烧氢炉中进行二次定型，定型温度为1250～1300℃、定型时间为10～20分钟，形成热子预制件，热子预制件为圆环形，其内径为17.5～18.0mm(优选为17.8mm)、外径为33.0～34.0mm(优选为33.5mm)；
4)将热子预制件依次进行黑化、涂覆绝缘层及烧结处理制成所需的热子；其中，黑化的方法为电泳法，黑化物质为钛的氧化物，电泳液为三氧化二钛、甲醇和硝棉溶液组成的混合溶液，电泳液配置好后，需经超声波振动0.5～1小时，以便各种成分充分混合，且电泳黑化层厚度为0.01～0.02mm；涂覆绝缘层采用阴极电泳法，电泳电压为30～100V，被电泳的阴极热子预制件接电源负极，电泳缸的缸壁接电源的正极，且电泳氧化层厚度为0.02～0.04mm；烧结温度为 1350～1450℃(优选为1400℃)、烧结时间为2～4分钟(优选3分钟)；经过高温烧结，电泳黑化层和电泳氧化层结合牢固，在同样的阴极工作温度下，黑化后的热子的工作温度可降低80～120℃；
5)在阴极和热子10的空间填充陶瓷填料，其中，陶瓷填料按重量百分比包括：20～30％的Al2O3、20～40％的Mn、40～45％的SiO2 (按重量百分比优选为27％的Al2O3、30％的Mn、43％的SiO2)；然后在温度为1200～1300℃(优选为1250℃)下烧结为2～4分钟(优选为3分钟)制成阴极热子组合件。填充有陶瓷填料的阴极热子组合件，其阴极热子间的温度差异降低至100℃左右，甚至低至20℃，这样就提高了阴极加热的效率，降低了热子的工作温度，同时也可达到阴极快热的目的。
本发明采用双头双螺旋、环形(由圆柱弯曲成环形)结构，如图7所示，克服了以前双螺旋灯丝阴极由于阴极两端的冷端效应所引起的阴极轴向温度分布不均匀的问题。而采用上述制备方法，简化了工艺，减少了工序，使阴极热子寿命得到提高，阴极表面温度分布均匀，阴极工作点温度可降低；制得的阴极热子组合件，可使阴极工作的启动时间缩短一半左右，使热子固定牢固，降低阴极加热功率。

Claims (10)

1.一种大功率长寿命阴极热子组合件制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
1)将一根铼钨丝沿径向中心线对折，形成一头为对折端、另一头为两个丝脚的双线铼钨丝；然后将对折端绕制在圆柱形芯杆模具的螺纹槽起始端，再将双线铼钨丝的其余部分螺旋绕制在圆柱形芯杆模具的螺纹槽内；然后将两丝脚通过钨丝缠紧固定在圆柱形芯杆模具底部通孔处的钨杆上；最后将圆柱形芯杆模具连同双线铼钨丝一起置于烧氢炉中进行一次定型，定型后剪断钨丝，将铼钨丝从圆柱形芯杆模具上退出形成双头双螺旋圆柱热丝预制件；
2)将双头双螺旋圆柱热丝预制件套置在半圆柱热丝成型模上，双头双螺旋热丝预制件的螺纹起始端和长丝脚均从半圆柱热丝成型模的直径方向引出，将短丝脚从半圆柱热丝成型模的半圆形弧面方向引出，形成双头双螺旋圆柱热丝；
3)将双头双螺旋圆柱热丝放入圆环形腔模具内并将螺距均匀布置弯成一圈，用钼杆将双头双螺旋圆柱热丝的两丝脚固定在圆柱腔模具上，然后置于烧氢炉中进行二次定型，形成热子预制件；
4)将热子预制件依次进行黑化、涂覆绝缘层及烧结处理制成所需的热子；
5)在阴极和热子的空间填充陶瓷填料，然后烧结制成阴极热子组合件。
2.根据权利要求1所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，铼钨丝的直径为0.90～0.95mm，铼钨丝的长度为1020～1025mm。
3.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，进行一次定型的定型温度为1150～1200℃、定型时间为10～20分钟。
4.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，进行二次定型的定型温度为1250～1300℃、定型时间为10～20分钟。
5.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，双头双螺旋圆柱热丝预制的圈数为20～25圈，且双头双螺旋圆柱热丝预制的直径为7.5～7.8mm；所述步骤3)中，热子预制件的内径为17.5～18.0mm、外径为33.0～34.0mm。
6.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，黑化的方法为电泳法，其中，黑化物质为钛的氧化物，电泳液为三氧化二钛、甲醇和硝棉溶液组成的混合溶液，且电泳黑化层厚度为0.01～0.02mm；涂覆绝缘层采用阴极电泳法，其中，电泳电压为30～100V，被电泳的阴极热子预制件接电源负极，且电泳氧化层厚度为0.02～0.04mm；烧结温度为1350～1450℃、烧结时间为2～4分钟。
7.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，陶瓷填料按重量百分比包括：20～30％的Al2O3、20～40％的Mn、40～45％的SiO2；且烧结温度为1200～1300℃、烧结时间为2～4分钟。
8.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，陶瓷填料按重量百分比包括：27％的Al2O3、30％的Mn、43％的SiO2。
9.根据权利要求1或2所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述圆柱形芯杆模具的螺纹槽起始端位于端面中心槽处，所述圆柱形芯杆模具的螺纹槽末端与所述通孔相切，且所述端面中心槽的轴向中心线与所述通孔的轴向中心线均位于所述圆柱形芯杆模具的轴向中心面上；位于所述螺纹槽起始端的所述圆柱形芯杆模具的顶端圆弧面打磨至光滑。
10.根据权利要求9所述大功率长寿命阴极热子制备方法，其特征在于：所述端面中心槽为倾斜槽，其倾斜角度与螺纹槽的螺旋角平行，且所述端面中心槽末端与螺旋槽相切。
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