CN110137057A - 高导热性螺旋线慢波结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热性螺旋线慢波结构的制造方法，其中，所述制造方法包括：1)制作环形管壳(1)；2)将螺旋线(2)套接设置于所述管壳(1)内部，且将所述管壳(1)与所述螺旋线(2)之间通过多根夹持杆(3)接触连接，形成装配后的螺旋线慢波结构；3)将上述装配后的螺旋线慢波结构置于热缩工装内，并于温度为750‑850℃的条件下进行热缩处理，得到高导热性螺旋线慢波结构；其中，所述管壳(1)的材质为弥散无氧铜材料。实现了制作工艺简单、精度高，能够有效提高其制作过程中的导热性能，有效解决管壳和夹持杆的面接触的问题的效果。

Description

高导热性螺旋线慢波结构的制造方法

技术领域

本发明涉及行波管制造领域，具体地，涉及高导热性螺旋线慢波结构的制造方法。

背景技术

行波管是雷达、电子对抗和通讯领域中应用最广泛的一种功率放大器件，尤其是螺旋线行波管，可以提供高频、宽带的大功率输出，并具有较高的效率。近年来，随着行波管研制技术日益成熟，功率水平不断提高，频带逐渐加宽。但随之也带来了高的热负载。当温度过高时，不仅会导致平均输出功率的衰减，还可能造成整个行波管物理上的损坏。为了得到更高特性的螺旋线行波管，改善热特性的研究显得非常重要。

螺旋线慢波线路的制作方法主要有：弹压法、热缩法、热推法、焊接法等。其中弹压法工艺简单，装配精度高，但导热性差，适合功率量几十瓦的脉冲管；热缩法工艺简单，装配精度高，导热性好于弹压法，适合功率量级几十瓦的连续波行波管；热推法和焊接法工艺复杂，需设计专门的设备才可辅助完成，造价高昂，精度难控制，成品率低，但导热好，适合百瓦级以上的连续波行波管和千瓦级以上的脉冲行波管。

鉴于螺旋线慢波线路各种装配方法的优缺点，探寻既能保证螺旋线慢波线路装配精度和导热性能，又能降低其制作工艺难度的方法，成为各行波管研制单位不断尝试和改进螺旋线慢波线路制作方法的目标。

现有技术制作的螺旋线慢波线路的结构如图1和图2所示，其外壳一般为不锈钢等强度较高的材料，使其能够牢固束缚螺旋线和夹持杆，并经压缩成型。然而，上述螺旋线慢波线路在使用时，会在螺旋线上产生大量的热，需要通过夹持杆和管壳及时导出，否则会导致行波管平均输出功率衰减，甚至损坏。其导热差的原因主要是：夹持杆与管壳不能实现面接触，中间存在间隙(主要是零件的配合公差导致，无法避免)，增加了夹持杆与管壳间的热阻，具体如图4和图5所示。导致不能实现面接触的原因主要是不锈钢管壳硬度较高，在热压缩的压力下不能塑性变形实现面接触。这时如果强行增加热压缩的压力，增加管壳热缩变形量来实现较好的面接触，则此时的压力会导致螺旋线变形，使得螺旋线的高频参数改变而无法使用，基于此，不能强行压缩，因而，会导致其面接触不完全，从而造成螺旋线慢波线路的导热性能差。

目前可以用作管壳的电真空材料有：不锈钢、蒙乃尔(镍铜合金)、无氧铜等无导磁性的材料。其中蒙乃尔与不锈钢性质基本相同，无法满足要求；无氧铜塑性好、导热好，但是强度太低，容易变形，导致夹持不稳。然而，强度与塑性本身就是两个相对的物理量，强度好的材料塑性差，塑性好的材料强度差，难以实现统一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中热推法和焊接法有工艺复杂，精度难控制，成品率低，对于一般的企业而言使用成本过高，不适于普遍使用，而常规热压法无法达到强度和塑性的统一，使得制作的螺旋线慢波结构过程中导热性能，面接触不完全，造成产品的质量不佳的问题，从而提供一种制作工艺简单、精度高，能够有效提高其制作过程中的导热性能，有效解决管壳和夹持杆的面接触的问题的高导热性螺旋线慢波结构的制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高导热性螺旋线慢波结构的制造方法，其中，所述制造方法包括：

1)制作环形管壳；

2)将螺旋线套接设置于所述管壳内部，且将所述管壳与所述螺旋线之间通过多根夹持杆接触连接，形成装配后的螺旋线慢波结构；

3)将上述装配后的螺旋线慢波结构置于热缩工装内，并于温度为750-850℃的条件下进行热缩处理，得到高导热性螺旋线慢波结构；其中，

所述管壳的材质为弥散无氧铜材料。

优选地，步骤3)中还包括在热缩处理后进行冷却。

优选地，步骤3)中还包括随炉升温至750-850℃后进行热缩处理；

且升温过程的升温速率为8-15℃/min。

优选地，步骤3)中热缩处理过程中所述热缩工装压缩所述管壳的直径的变化范围为0.01-0.02mm。

优选地，所述螺旋线的材质为钼或钨。

优选地，所述夹持杆的材质为陶瓷材料。

优选地，所述夹持杆的材质为氧化铍陶瓷。

优选地，所述弥散无氧铜材料为通过向无氧铜内弥散渗入氧化铝后制得。

优选地，所述热缩工装由自内而外顺次设置的限位环，以及内部形成有能够放置所述装配后的螺旋线慢波结构的放置腔，且能够向所述放置腔中膨胀的内芯组成。

优选地，所述内芯由多块组件拼接形成。

通过上述技术方案，本发明先以弥散无氧铜材料制作环形管壳，并将螺旋线设置在管壳内部，并通过多根夹持杆夹持以进行定位，在一般温度条件下管壳强度较高，不宜产生变形，可以较好的保证零件的尺寸要求，并可承受装配过程中产生的应力。而后在本发明中提出的750-850℃的条件下进行热缩处理，使其达到软化温度，其强度降低至与无氧铜接近，此时其塑性较好，可在热缩的压力下与夹持杆之间产生塑性变形，从而达到完全的面接触。由于其高温下塑性变形的存在，螺旋线慢波线路也不会产生变形，可以有效保证螺旋线的设计尺寸。回到常温后，管壳强度又恢复至原强度，既能保证管壳与夹持杆的面接触，又能保证整体的稳定性。基于此，该方法可以较好的解决夹持杆和管壳的导热面完全面接触的问题，且整个工艺简单，工件的控制精度高，可有效提升螺旋线慢波线路的导热性能，提升螺旋线行波管的输出功率量级，其导热性能与热推法和焊接法较接近，同时可大大降低研制成本，在螺旋线行波管的制作过程中能够有效地发挥重要的作用。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术制作的螺旋线慢波结构的主视图；

图2是现有技术制作的螺旋线慢波结构的侧视图；

图3是本发明中一种螺旋线慢波结构和热缩工装的结构示意图；

图4是图1中A部分的局部示意图；

图5是图2中B部分的局部示意图；

图6是本发明制作的螺旋线慢波结构的主视图；

图7是本发明制作的螺旋线慢波结构的侧视图。

附图标记说明

1-管壳 2-螺旋线

3-夹持杆 4-限位环

5-内芯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指常规使用情况下的位置关系。

本发明提供了一种高导热性螺旋线慢波结构的制造方法，其中，具体组装结构如图3所示，所述制造方法包括：

1)制作环形管壳1；

2)将螺旋线2套接设置于所述管壳1内部，且将所述管壳1与所述螺旋线2之间通过多根夹持杆3接触连接，形成装配后的螺旋线慢波结构；

3)将上述装配后的螺旋线慢波结构置于热缩工装内，并于温度为750-850℃的条件下进行热缩处理，得到高导热性螺旋线慢波结构；其中，

所述管壳1的材质为弥散无氧铜材料。制得的高导热性螺旋线慢波结构如图6和图7所示。可以看出，其中面接触完全，无缝隙。

本发明先以弥散无氧铜材料制作环形管壳1，并将螺旋线2设置在管壳1内部，并通过多根夹持杆3夹持以进行定位，在一般温度条件下管壳1强度较高，不宜产生变形，可以较好的保证零件的尺寸要求，并可承受装配过程中产生的应力。而后在本发明中给出的750-850℃的条件下进行热缩处理，使其达到了管壳1的软化温度，其强度降低至与无氧铜接近，此时其塑性较好，可在热缩的压力下与夹持杆3之间产生塑性变形，从而达到完全的面接触。由于其高温下塑性变形的存在，螺旋线慢波线路也不会产生变形，可以有效保证螺旋线2的设计尺寸。回到常温后，管壳1强度又恢复至原强度，既能保证管壳1与夹持杆3的面接触，又能保证整体的稳定性。基于此，该方法可以较好的解决夹持杆3和管壳1的导热面完全面接触的问题，且整个工艺简单，工件的控制精度高，可有效提升螺旋线慢波线路的导热性能，提升螺旋线行波管的输出功率量级，其导热性能与热推法和焊接法较接近，同时可大大降低研制成本，在螺旋线行波管的制作过程中能够有效地发挥重要的作用。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得其能够有效恢复其强度，步骤3)中还包括在热缩处理后进行冷却。

进一步优选的实施方式中，为了更好地提高制作后的面接触完全度，步骤3)中还包括随炉升温至750-850℃后进行热缩处理；

且升温过程的升温速率为8-15℃/min。

当然，这里的热缩处理过程的条件能够根据实际进行进一步选择，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好地提高热缩处理的效果，步骤3)中热缩处理过程中所述热缩工装压缩所述管壳1的直径的变化范围为0.01-0.02mm。

螺旋线2的材质可以根据实际需要进行选择，例如，一种优选的实施方式中，为了更好地提高行波管的使用性能，所述螺旋线2的材质为钼或钨。

进一步优选的实施方式中，所述夹持杆3的材质为陶瓷材料。

一种更为优选的实施方式中，所述夹持杆3的材质为氧化铍陶瓷。

弥散无氧铜材料可以根据本领域技术人员能够理解的弥散方式进行操作，例如，一种优选的实施方式中，所述弥散无氧铜材料为通过向无氧铜内弥散渗入氧化铝后制得。

进一步优选的实施方式中，为了更好地提高热缩处理效果，所述热缩工装由自内而外顺次设置的限位环4，以及内部形成有能够放置所述装配后的螺旋线慢波结构的放置腔，且能够向所述放置腔中膨胀的内芯5组成。

一种更为优选的实施方式中，为了便于拆卸取放，所述内芯5由多块组件拼接形成。

以下以具体制得的应用例进行进一步的说明。

应用例1

Ka波段宽带100W连续波螺旋线行波管，工作电压10kV，螺旋线截获电流6mA，螺旋线在连续波状态下承受热功率为60W，管壳直径3mm。采用常规的热缩方式(管壳为常规使用的不锈钢)，工作比仅能加至20％，散热功率仅12W左右；采用本发明的制作方法后，工作比可加至100％，工作稳定。

应用例2

S、C波段宽带200W连续波螺旋线行波管，工作电压4000V，螺旋线截获电流60mA，螺旋线在连续波状态下承受热功率为240W，管壳直径8mm。采用常规的热缩方式(管壳为常规使用的不锈钢)，工作比仅能加至30％，散热功率仅80W左右；采用本发明的制作方法后，工作比可加至100％，工作稳定。

上述应用例说明，无论是小直径管壳还是较大尺寸管壳，该方法相较于现有技术都能很好的满足螺旋线慢波线的散热需求，导热性能得到大幅度的提升。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种高导热性螺旋线慢波结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

1)制作环形管壳(1)；

2)将螺旋线(2)套接设置于所述管壳(1)内部，且将所述管壳(1)与所述螺旋线(2)之间通过多根夹持杆(3)接触连接，形成装配后的螺旋线慢波结构；

3)将上述装配后的螺旋线慢波结构置于热缩工装内，并于温度为750-850℃的条件下进行热缩处理，得到高导热性螺旋线慢波结构；其中，

所述管壳(1)的材质为弥散无氧铜材料。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3)中还包括在热缩处理后进行冷却。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤3)中还包括随炉升温至750-850℃后进行热缩处理；

且升温过程的升温速率为8-15℃/min。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤3)中热缩处理过程中所述热缩工装压缩所述管壳(1)的直径的变化范围为0.01-0.02mm。

5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述螺旋线(2)的材质为钼或钨。

6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述夹持杆(3)的材质为陶瓷材料。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述夹持杆(3)的材质为氧化铍陶瓷。

8.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述弥散无氧铜材料为通过向无氧铜内弥散渗入氧化铝后制得。

9.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述热缩工装由自内而外顺次设置的限位环(4)，以及内部形成有能够放置所述装配后的螺旋线慢波结构的放置腔，且能够向所述放置腔中膨胀的内芯(5)组成。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述内芯(5)由多块组件拼接形成。