CN108321068B - 一种行波管用的异形结构阴极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种行波管用的异形结构阴极及制备方法，它包括：阴极筒(1)，焊接在阴极筒(1)上端的发射体(2)，安装在阴极筒(1)内的热丝筒(3)和安装在热丝筒(3)内的加热热丝(4)；发射体(2)包括圆形的底座(2‑2)和位于底座(2‑2)上的矩形发射凸块(2‑1)；底座(2‑2)焊接在阴极筒(1)内，热丝筒(3)的顶部与底座(2‑2)的底面相焊接。本发明提供的行波管用的异形结构阴极，结构设计合理，阴极发射效率高，可满足大功率、高效率行波管工作性能需求。本发明提供的异形结构阴极的加工方法，通过大量实验筛选出最佳装配、焊接、浸渍和表面处理等工序，工艺可操作性强，制备得到的阴极精度高，性能优越。
Description
技术领域
本发明涉及一种行波管用的电子器件，具体涉及一种行波管用的异形结构阴极及其加工制备工艺。
背景技术
近年来国内外在大功率、高效率行波管等真空器件上研究较多，由于行波管在性能上的特殊要求，其电子注的形状与常规电子注形状有所区别。为了获得特殊要求的电子注，作为真空器件的发射源，阴极发射体的结构与常规行波管内阴极发射体的结构有所不同，常规行波管内阴极发射体形状是圆形的，易加工制备；但对于结构非常规类发射体，在制备该类型阴极时，除了需满足制管提出的尺寸及精度要求外，为了保证阴极的可靠性及良品率，很有必要在现有技术的基础上，设计研发一种能满足大功率、高效率行波管用的阴极结构和加工制备该阴极的工艺方法。
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，可大功率、高效率行波管工作性能需求的异形结构阴极。本发明另一个目的是提供该行波管用的异形结构阴极的加工制备工艺。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:
一种行波管用的异形结构阴极，它包括：阴极筒，焊接在阴极筒上端的发射体，安装在阴极筒内的热丝筒和安装在热丝筒内的加热热丝；
所述的发射体包括圆形的底座和位于底座上的矩形发射凸块；底座焊接在阴极筒内，热丝筒的顶部与底座的底面相焊接。
作为优选方案，以上所述的行波管用的异形结构阴极，所述的发射体的圆形的底座上开设有二个圆孔，方便安装和装配
本发明所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，包括以下步骤：
A、装配工序
首先在发射体的底座的上平面、侧面和底面分别涂上焊料；
然后用镊子夹取发射体的底座上的两个小孔，将发射体装配进阴极筒内，并使矩形发射凸块穿过阴极筒，然后将热丝筒套入到阴极筒内；然后将焊接支撑模具插入热丝筒内顶住热丝筒，并在阴极筒的上部安装压重盖板；所述的焊接支撑模具的直径小于热丝筒内径，既能起到支撑作用又能保证焊料流散时不粘模具；
B、焊接工序
步骤A装配好后进行焊接；
C、热丝灌注烧结工序
步骤B焊接结束后，进行热丝灌注烧结；
D、浸渍工序
步骤C热丝灌注烧结工序结束后，将阴极呈水平方向放入盛有氧化铝粉的钼舟内，取适量铝酸盐涂在发射体上，然后按工艺进行浸渍处理；
E、表面处理工序
采用刮刀将残留在发射体表面，发射体与阴极筒接触处台阶和阴极筒平面等部位的铝酸盐去除；然后用砂纸将发射体表面上残余的铝酸盐去除干净；
F、步骤E表面处理结束后，进行蒸涂工序，得到行波管用的异形结构阴极。
作为优选方案，以上所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，步骤B焊接工序的具体焊接步骤为：将步骤A中装配好的组件，放置于氢炉中，经1800℃～1950℃高温后，焊料熔化填充于阴极筒与发射体、发射体与热丝筒的缝隙中，使三者完成焊接。
作为优选方案，以上所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，步骤C所述的热丝灌注烧结工序为：首先取氧化铝粉20～30g，过80目筛，将棉胶加入氧化铝粉中制备氧化铝粉悬浊液，再将热丝放入热丝筒内，保持热丝竖直，用胶头滴管吸取氧化铝粉悬浊液滴入热丝筒内，静置30～40min，放入离心机中离心，离心后取出，再滴入悬浊液，再离心，直至将热丝筒灌满氧化铝粉浆料；最后将灌注好的阴极热丝组件烘干，烘干后放入氢炉中，经1600℃～1800℃高温烧结0.5小时～2小时，降温后取出，完成热丝灌注烧结。
作为优选方案，以上所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，步骤D浸渍工序，将阴极呈水平方向放入盛有氧化铝粉的钼舟内，取铝酸盐涂在发射体上，然后进行浸渍处理，具体步骤为：将阴极用铝酸盐研磨成粉末状，过80目筛，再用棉胶调成糊状，涂抹于阴极发射体上面，最后烘干，烘干后置于氢炉中，经1690℃～1760℃高温处理1分钟～10分钟，使铝酸盐浸入阴极发射体(内部呈海绵体结构，有诸多孔洞)中，降温后取出。
作为优选方案，以上所述的行波管用的异形结构阴极的焊接方法，步骤F的蒸涂工序的具体步骤为：将表面处理后的阴极热丝组件固定于蒸涂模具中，再放入蒸涂台中，先对蒸涂台抽真空，再充入高纯氮气，然后启动蒸涂台，生成等离子体，刻蚀阴极表面30min～60min，最后利用等离子体溅射Os靶，使Os原子逸出并沉积在阴极表面15min～30min，完成对阴极表面的覆膜工作。
有益效果：本发明提供的行波管用的异形结构阴极及其加工工艺与现有技术相比具有以下优点：
本发明提供的行波管用的异形结构阴极，结构设计合理，阴极发射效率高，可满足大功率、高效率行波管等工作性能需求，可提高行波管的输出功率和工作带宽，具有重要的应用价值。
本发明提供的行波管用的异形结构阴极的加工方法，通过大量实验筛选出最佳的工艺步骤，特别对装配工序，焊接、浸渍工序和表面处理工序等具体步骤进行了严格筛选和优化，工艺可操作性强，加工制备得到的阴极精度高，性能优越，可获得特殊的电子注的形状需求。
附图说明
图1为本发明提供的行波管用的异形结构阴极主视的结构示意图。
图2为本发明提供的行波管用的异形结构阴极侧面的结构示意图。
图3为本发明提供的异形结构阴极中发射体的结构示意图。
图4是本发明装配工序时的结构示意图。
图5是本发明浸渍工序时的结构示意图。
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3所示，一种行波管用的异形结构阴极，它包括：阴极筒1，焊接在阴极筒1上端的发射体2，安装在阴极筒1内的热丝筒3和安装在热丝筒3内的加热热丝4；
所述的发射体2包括圆形的底座2-2和位于底座2-2上的矩形发射凸块2-1；底座2-2焊接在阴极筒1内，热丝筒3的顶部与底座2-2的底面相焊接。所述的发射体2的圆形的底座2-2上开设有二个圆孔。
实施例2
行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，包括以下步骤：
A、装配工序
如图4所示，首先在发射体2的底座2-2的上平面、侧面和底面分别涂上焊料；
然后用镊子夹取发射体2的底座2-2上的两个小孔，将发射体2装配进阴极筒1内，并使矩形发射凸块2-1穿过阴极筒1，然后将热丝筒3套入到阴极筒1内；然后将焊接支撑模具5插入热丝筒3内顶住热丝筒3，并在阴极筒1的上部安装压重盖板6；
B、焊接工序
步骤A装配好后进行焊接；具体焊接步骤和方法为将步骤A中装配好的组件，放置于氢炉中，经1800℃～1950℃高温后，焊料熔化填充于阴极筒与发射体、发射体与热丝筒的缝隙中，使三者完成焊接。
C、热丝灌注烧结工序
步骤B焊接结束后，进行热丝灌注烧结，具体步骤为首先取氧化铝粉20～30g，过80目筛，将棉胶加入氧化铝粉中制备氧化铝粉悬浊液，再将热丝放入热丝筒内，保持热丝竖直，用胶头滴管吸取氧化铝粉悬浊液滴入热丝筒内，静置30～40min，放入离心机中离心，离心后取出，再滴入悬浊液，再离心，直至将热丝筒灌满氧化铝粉浆料；最后将灌注好的阴极热丝组件烘干，烘干后放入氢炉中，经1600℃～1800℃高温烧结0.5小时～2小时，降温后取出，完成热丝灌注烧结。
D、浸渍工序
如图5所示，步骤C热丝灌注烧结工序结束后，将阴极呈水平方向放入盛有氧化铝粉的钼舟7内，取适量铝酸盐涂在发射体2上，具体步骤为：将阴极用铝酸盐研磨成粉末状，过80目筛，再用棉胶调成糊状，涂抹于阴极发射体上面，最后烘干，烘干后置于氢炉中，经1690℃～1760℃高温处理1分钟～10分钟，使铝酸盐浸入阴极发射体(内部呈海绵体结构，有诸多孔洞)中，降温后取出。
E、表面处理工序
采用刮刀将残留在发射体2表面，发射体2与阴极筒1接触处台阶和阴极筒1平面等部位的铝酸盐去除；然后用砂纸将发射体2表面上残余的铝酸盐去除干净；
F、步骤E表面处理结束后，进行蒸涂工序，蒸涂工序的具体步骤为：将表面处理后的阴极热丝组件固定于蒸涂模具中，再放入蒸涂台中，先对蒸涂台抽真空，再充入高纯氮气，然后启动蒸涂台，生成等离子体，刻蚀阴极表面30min～60min，最后利用等离子体溅射Os靶，使Os原子逸出并沉积在阴极表面15min～30min，完成对阴极表面的覆膜工作，得到行波管用的异形结构阴极。
性能测试：取本发明异形结构阴极和常规的阴极，进行各项性能对比测试，具体的测试结果如表1所示：
表1异形结构阴极的性能测试结果
由以上表1的实验结果表明，本发明提供的行波管用的异形结构阴极具有比非常好的电子发射效率和电流密度等性能。
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 (5)
1.一种行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、装配工序
首先在发射体(2)的底座(2-2)的上平面、侧面和底面分别涂上焊料；
然后用镊子夹取发射体(2)的底座(2-2)上的两个小孔，将发射体(2)装配进阴极筒(1)内，并使矩形发射凸块(2-1)穿过阴极筒(1)，然后将热丝筒(3)套入到阴极筒(1)内；然后将焊接支撑模具(5)插入热丝筒(3)内顶住热丝筒(3)，并在阴极筒(1)的上部安装压重盖板(6)；
B、焊接工序
步骤A装配好后进行焊接；
C、热丝灌注烧结工序
步骤B焊接结束后，进行热丝灌注烧结；
D、浸渍工序
步骤C热丝灌注烧结工序结束后，将阴极呈水平方向放入盛有氧化铝粉的钼舟(7)内，取适量铝酸盐涂在发射体(2)上，然后按工艺进行浸渍处理；
E、表面处理工序
采用刮刀将残留在发射体(2)表面，发射体(2)与阴极筒(1)接触处台阶和阴极筒(1)平面等部位的铝酸盐去除；然后用砂纸将发射体(2)表面上残余的铝酸盐去除干净；
F、步骤E表面处理结束后，进行蒸涂工序，得到行波管用的异形结构阴极。
2.根据权利要求1所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，其特征在于，步骤B焊接工序的具体焊接步骤为：将步骤A中装配好的组件，放置于氢炉中，经1800℃～1950℃高温后，焊料熔化填充于阴极筒与发射体、发射体与热丝筒的缝隙中，使三者完成焊接。
3.根据权利要求2所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，其特征在于，步骤C所述的热丝灌注烧结工序为：首先取氧化铝粉20～30g，过80目筛，将棉胶加入氧化铝粉中制备氧化铝粉悬浊液，再将热丝放入热丝筒内，保持热丝竖直，用胶头滴管吸取氧化铝粉悬浊液滴入热丝筒内，静置30～40min，放入离心机中离心，离心后取出，再滴入悬浊液，再离心，直至将热丝筒灌满氧化铝粉浆料；最后将灌注好的阴极热丝组件烘干，烘干后放入氢炉中，经1600℃～1800℃高温烧结0.5小时～2小时，降温后取出，完成热丝灌注烧结。
4.根据权利要求2所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，其特征在于，步骤D浸渍工序，将阴极呈水平方向放入盛有氧化铝粉的钼舟内，取铝酸盐涂在发射体(2)上，然后进行浸渍处理，具体步骤为：将阴极用铝酸盐研磨成粉末状，过80目筛，再用棉胶调成糊状，涂抹于阴极发射体上面，最后烘干，烘干后置于氢炉中，经1690℃～1760℃高温处理1分钟～10分钟，使铝酸盐浸入阴极发射体中，阴极发射体内部呈海绵体结构，有诸多孔洞，降温后取出。
5.根据权利要求2所述的行波管用的异形结构阴极的加工制备方法，其特征在于，步骤F的蒸涂工序的具体步骤为：将表面处理后的阴极热丝组件固定于蒸涂模具中，再放入蒸涂台中，先对蒸涂台抽真空，再充入高纯氮气，然后启动蒸涂台，生成等离子体，刻蚀阴极表面30min～60min，最后利用等离子体溅射Os靶，使Os原子逸出并沉积在阴极表面15min～30min，完成对阴极表面的覆膜工作。
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