CN108010825A - 一种陶瓷圆顶射频窗及磁控管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种陶瓷圆顶射频窗及磁控管，该陶瓷圆顶射频窗包括同轴的陶瓷圆顶窗和无氧铜封接件，陶瓷圆顶窗包括位于上方的球状部和位于下方的环状部，陶瓷圆顶窗的环状部外表面具有环状凸缘，无氧铜封接件包括顶部侧壁向外延伸的环状封接部，陶瓷圆顶窗的环状凸缘的外表面与无氧铜封接件的环状封接部的内表面套封封接，陶瓷圆顶窗的底面与无氧铜封接件的延伸面平封封接。本发明具有低驻波系数、高真空密封性和高成品率。
Description
技术领域
本发明涉及真空电子器件技术领域。更具体地，涉及一种陶瓷圆顶射频窗及磁控管。
背景技术
磁控管是一种能产生高功率微波的真空电子管，由于振荡频率高、输出功率大，除应用于家用加热的微波炉等设备的微波源外，还广泛应用于化学处理、工业加热、放射治疗等微波处理设备的微波源。只有维持磁控管管体内高真空度才能保证其正常工作，因此在磁控管生产过程中，需要对磁控管各组成部件进行高的热冲击，以保证管体内高真空度的实现。
陶瓷圆顶窗通过与无氧铜封接件封接，具备很高的机械强度及耐热冲击能力，起到保证磁控管真空密封及在S波段传输3.1MW脉冲功率的作用，且驻波系数小于1.2。
为了实现上述功能，需要具有高真空密封性的陶瓷圆顶射频窗。如图1示所示，现有的陶瓷圆顶射频窗中陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件采用套封封接，在实际的封接过程中，由于是陶瓷圆顶的材质氧化铝陶瓷与无氧铜之间的封接为非匹配封接，通过现有的套封封接方式，封接后陶瓷圆顶射频窗口易炸裂，且在封接处的真空密封性无法保证，其成品率只有50％左右。
因此，需要提供一种驻波系数低、真空密封性高且成品率高的陶瓷圆顶射频窗及磁控管。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驻波系数低、真空密封性高且成品率高的陶瓷圆顶射频窗及磁控管。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种陶瓷圆顶射频窗，包括同轴的陶瓷圆顶窗和无氧铜封接件，所述陶瓷圆顶窗包括位于上方的球状部和位于下方的环状部，所述陶瓷圆顶窗的环状部外表面具有环状凸缘，所述无氧铜封接件包括顶部侧壁向外延伸的环状封接部，所述陶瓷圆顶窗的环状凸缘的外表面与所述无氧铜封接件的环状封接部的内表面套封封接，所述陶瓷圆顶窗的底面与所述无氧铜封接件的延伸面平封封接。
本发明第一方面提供的陶瓷圆顶射频窗采用套封与平封相结合的方式，陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件之间封接处焊接时的热应力小，陶瓷圆顶射频窗的真空密封性高，封接成品率高达95％。本发明第一方面提供的陶瓷圆顶射频窗在S波段磁控管中传输3.1MW脉冲功率，驻波系数小于1.2。
优选地，该陶瓷圆顶射频窗进一步包括焊接在所述无氧铜封接件的环状封接部的外侧的钼环。此种结构可进一步减小材料陶瓷圆顶与无氧铜封接件之间的封接处焊接时的热应力。
优选地，所述陶瓷圆顶窗的环状凸缘上表面为斜面。
优选地，所述陶瓷圆顶射频窗的环状凸缘的高度小于所述陶瓷圆顶射频窗的环状部的高度。
优选地，所述陶瓷圆顶窗环状部的高度小于所述陶瓷圆顶窗的球状部的半径。
优选地，所述陶瓷圆顶窗的球状部为半球部。
本发明第二方面提供了一种磁控管，包括本发明第一方面提供的陶瓷圆顶射频窗。
优选地，该磁控管为S波段磁控管。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案采用套封与平封相结合的方式，陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件的封接面焊接时的热应力小，陶瓷圆顶射频窗的真空密封性高，封接成品率高达95％。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出现有的陶瓷圆顶射频窗的纵剖面图。
图2示出本发明实施例提供的陶瓷圆顶射频窗的示意图。
图3示出本发明实施例提供的陶瓷圆顶射频窗的纵剖面图。
图4示出图3中A位置的局部放大图。
图5示出本发明实施例提供的陶瓷圆顶射频窗中的陶瓷圆顶窗的纵剖面图。
图6示出图5中B位置的局部放大图。
图7示出本发明实施例提供的陶瓷圆顶射频窗中的无氧铜封接件的纵剖面图。
图8示出图7中C位置的局部放大图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图2至图8共同所示，本发明的一个实施例提供了一种陶瓷圆顶射频窗，包括同轴的陶瓷圆顶窗和无氧铜封接件，陶瓷圆顶窗包括位于上方的球状部和位于下方的环状部，陶瓷圆顶窗的环状部外表面具有环状凸缘10，无氧铜封接件包括顶部侧壁向外延伸的环状封接部20，陶瓷圆顶窗的环状凸缘10的外表面与无氧铜封接件的环状封接部20的内表面套封封接，陶瓷圆顶窗的底面与无氧铜封接件的延伸面平封封接。
本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗采用套封与平封相结合的方式，陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件之间封接处焊接时的热应力小，陶瓷圆顶射频窗的真空密封性高，封接成品率高达95％。本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗在S波段磁控管中传输3.1MW脉冲功率，驻波系数小于1.2。
其中，陶瓷圆顶窗的环状部外表面具有环状凸缘10可理解为：环状部的底部侧壁内表面不变，而外表面向外凸起形成环状凸缘10。无氧铜封接件包括顶部侧壁向外延伸的环状封接部20可理解为：无氧铜封接件的顶部侧壁内表面和外表面均向外凸起形成环状封接部20。
在具体实施时，本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗进一步包括焊接在无氧铜封接件的环状封接部20的外侧的钼环30。此种结构中，由于钼的热膨胀系数小，钼环30可对无氧铜封接件的环状封接部20进行形变限制，陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件之间封接处焊接时时可确保陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件同心，进一步减小材料陶瓷圆顶窗与无氧铜封接件之间的封接处焊接时的热应力，从而提高陶瓷圆顶射频窗的可靠性。
在具体实施时，陶瓷圆顶窗的环状凸缘10上表面为斜面。
在具体实施时，陶瓷圆顶射频窗的环状凸缘10的高度小于陶瓷圆顶射频窗的环状部的高度。
在具体实施时，陶瓷圆顶窗环状部的高度小于陶瓷圆顶窗的球状部的半径。
在具体实施时，陶瓷圆顶窗的球状部为半球部。
在本实施例中，
如图5和图6共同所示，陶瓷圆顶窗采用一次精磨加工成型，陶瓷圆顶窗对陶瓷圆顶窗的高度h2、球状部的圆心位置的高度h1、球状部内球半径SR1、球状部外球半径SR2、环状凸缘10的两个高度尺寸h3和h4、环状凸缘10的两个厚度尺寸t1和t2均有要求，且尺寸关系需满足：SR2＞SR1、h2＞h1、h4＞h3、t2＞t1。具体的尺寸关系为：
SR1及SR2均在0.2λ～0.4λ范围内，且满足SR2＞SR1；
h1在0.001λ～0.08λ范围，h2在0.2λ～0.4λ范围内，且满足h2＞h1；
h3、h4均在0.01λ～0.08λ范围内，且满足h4＞h3；
t1、t2均在0.001λ～0.08λ范围内，且满足t2＞t1。
陶瓷圆顶窗的环状凸缘10的外表面c面和陶瓷圆顶窗的底面d面分别均涂金属化膏形成金属化层。
如图7和图8共同所示，无氧铜封接件的环状封接部20的关键尺寸为h5、h6、t3、t4。环状封接部20的内表面e面的高度为h5，无氧铜封接件的延伸面f面的厚度为t3，环状封接部20的厚度为t4，环状封接部20的外侧面高度为h6。
h5、h6均在0.01λ～0.08λ范围内，且满足h6＞h5；
t3、t4均在0.001λ～0.08λ范围内，且满足t3＞t4。
陶瓷圆顶与无氧铜封接件采用套封与平封相结合方式封接，即，陶瓷圆顶窗的环状凸缘10的外表面c面与环状封接部20的内表面e面套封封接，陶瓷圆顶窗的底面d面与无氧铜封接件的延伸面f面平封封接。
在对本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗焊接完成后，对其进行冷态测试，在整个S波段该射频窗口的驻波系数＜1.2。本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗的真空密封性得到保证的同时，成品率可提高至95％。
本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗与磁控管阳块之间通过波导过渡连接，最终装入阴极及其他部件，构成整管。整管经焊接、排气后，本实施例提供的陶瓷圆顶射频窗最终可实现品质因数在2400左右的S波段3.1MW功率传输。
本实施例中所涉及到材料的热膨胀系数如下：
无氧铜的热膨胀系数：
25～300 0～600 0～800(℃)
17.7 18.6 19.3(×10-6K-1)；
钼的热膨胀系数：
500 1000 1500(℃)
5.1 5.5 6.2(×10-6K-1)；
氧化铝陶瓷的热膨胀系数：
气相沉积氮化硼瓷热膨胀系数：
A轴＞500(℃)
3(×10-6K-1)
C轴500(℃)
3(×10-6K-1)。
本发明的另一个实施例提供了一种磁控管，包括上述实施例提供的陶瓷圆顶射频窗。其中，该磁控管优选为S波段磁控管。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种陶瓷圆顶射频窗，包括同轴的陶瓷圆顶窗和无氧铜封接件，其特征在于，所述陶瓷圆顶窗包括位于上方的球状部和位于下方的环状部，所述陶瓷圆顶窗的环状部外表面具有环状凸缘，所述无氧铜封接件包括顶部侧壁向外延伸的环状封接部，所述陶瓷圆顶窗的环状凸缘的外表面与所述无氧铜封接件的环状封接部的内表面套封封接，所述陶瓷圆顶窗的底面与所述无氧铜封接件的延伸面平封封接。
2.根据权利要求1所述的陶瓷圆顶射频窗，其特征在于，该陶瓷圆顶射频窗进一步包括焊接在所述无氧铜封接件的环状封接部的外侧的钼环。
3.根据权利要求1所述的陶瓷圆顶射频窗，其特征在于，所述陶瓷圆顶窗的环状凸缘上表面为斜面。
4.根据权利要求1所述的陶瓷圆顶射频窗，其特征在于，所述陶瓷圆顶射频窗的环状凸缘的高度小于所述陶瓷圆顶射频窗的环状部的高度。
5.根据权利要求1所述的陶瓷圆顶射频窗，其特征在于，所述陶瓷圆顶窗环状部的高度小于所述陶瓷圆顶窗的球状部的半径。
6.根据权利要求1所述的陶瓷圆顶射频窗，其特征在于，所述陶瓷圆顶窗的球状部为半球部。
7.一种磁控管，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的陶瓷圆顶射频窗。
8.根据权利要求7所述的磁控管，其特征在于，该磁控管为S波段磁控管。
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