CN112786418A - 一种高效抗振的离子源灯丝组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效抗振的离子源灯丝组件，灯丝的两端与两个电极的第一端连接，固定基座为陶瓷基座，固定基座上设有两个焊接通孔，焊接通孔两端的孔壁上设有经过金属化处理的金属化层，两个电极的第二端分别穿过两个焊接通孔并与对应的金属化层焊接连接。本发明还公开了一种高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，先对固定基座进行金属化处理，再进行电极焊接和灯丝焊接。本发明通过采用质地坚硬的陶瓷固定基座，在固定基座上与电极连接的位置设置金属化层，确保电极与固定基座之间具有足够的抗振性能，在振动、冲击过程中结构稳定，保证离子源灯丝组件能够在较高振动量级下保持正常工作而不会被振动损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子源灯丝组件，尤其涉及一种高效抗振的离子源灯丝组件及其制造方法。
背景技术
离子源(英文名称：Ion source)是使中性分子电离并从中引出离子束流的装置，它是各种类型离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备中不可缺少的部件。离子源属于精密仪器的核心部件，对于使用环境要求较高。但是，一些离子源具有特殊应用场合，比如电子轰击型离子源，需要在相对较高的振动量级下保持正常稳定工作而不损坏，如何提高离子源的抗振性能就成为首要需要解决的技术难题。
离子源的抗振性能主要在于灯丝组件本身的稳定性，灯丝组件是离子源中发生电子的装置，其基本原理是：灯丝组件发射电子，与中性分子碰撞，形成离子。离子源灯丝组件的基本结构包括固定基座、两个电极和灯丝，两个电极安装在固定基座上，灯丝的两端分别与两个电极连接，在两个电极之间接通电源后，灯丝就能发生电子。
传统的离子源灯丝组件，其固定基座一般采用多段连接结构，中段是绝缘的非金属材料，两端是便于与电极焊接的金属材料，或者，固定基座全为非金属材料，电极与固定基座之间采用螺钉连接。上述两种结构都存在抗振性能较差的问题，前者难以在金属段和非金属段之间实现高稳定性连接，后者难以实现电极与固定基座之间的高稳定性连接。
另外，传统离子源灯丝组件的固定基座、灯丝与电极采用的材料本身没有足够高的强度，灯丝与电极之间直接焊接，焊接面积较小，也导致其抗振性能不足。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高效抗振的离子源灯丝组件及其制造方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种高效抗振的离子源灯丝组件，包括灯丝、电极和固定基座，所述灯丝的两端与两个所述电极的第一端连接，两个所述电极靠近第二端的位置分别与所述固定基座连接，所述固定基座为陶瓷基座，所述固定基座上设有两个焊接通孔，所述焊接通孔两端的孔壁上设有经过金属化处理的金属化层，两个所述电极的第二端分别穿过两个所述焊接通孔并与对应的所述金属化层焊接连接。
作为优选，为了提高焊接稳定性，所述电极与对应的所述金属化层钎焊连接。
作为优选，为了提高灯丝与电极之间的焊接稳定性，所述电极的第一端侧壁上与所述灯丝焊接的位置设有内凹的定位凹槽，所述灯丝的两端直线段分别置于两个所述电极的定位凹槽内并与所述电极之间采用电阻熔焊连接。
作为优选，为了便于安装灯丝并便于焊接，所述定位凹槽为径向截面是半圆形且直径略大于所述灯丝外径的半圆形凹槽。
作为优选，为了提高电极与固定基座之间的焊接稳定性，所述焊接通孔两端的孔壁呈外大内小的锥形或喇叭形。这样不但便于将焊料沉积在焊接通孔两端的环形槽内，而且部分焊料能够顺着电极向两端爬升，进一步提高焊接稳定性。
作为优选，为了提高各部件本身的抗振性能，所述灯丝为纯度不低于99％的纯铼丝，所述电极为金属钼电极，所述固定基座为95瓷基座。
一种高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、加工固定基座：先在采用陶瓷制作的固定基座上靠近两端的位置加工好焊接通孔，然后按下述步骤对焊接通孔两端的孔壁进行金属化处理：
步骤1.1、将金属化浆料均匀涂覆在焊接通孔两端的孔壁上，在还原气体中进行烧渗，烧渗温度为1550℃～1650℃；
步骤1.2、镀镍：对焊接通孔两端的孔壁进行清洗和活化处理后，采用电镀方式对焊接通孔两端的孔壁进行金属化表面沉积，沉积的可焊接镍层的厚度为2～10μm；
步骤2、电极焊接：将两个电极分别插入固定基座的两个焊接通孔中，采用火焰焊接的方式对电极与焊接通孔两端的孔壁依次进行焊接，焊接时焊接材料在重力下由两端流入焊接通孔两端的环形槽内且部分焊接材料向焊接通孔的中段渗入，焊接材料为银铜钎料，焊接温度为700℃±100℃；
步骤3、灯丝焊接：采用电阻熔焊方式，将绕制成螺旋状的灯丝的两端直线段分别置于两个电极的定位凹槽内并焊接。
作为优选，所述步骤1.1中，所述金属化浆料是钨浆料或镍浆料，所述还原气体是氢气。
作为优选，所述步骤3中，定位凹槽采用激光或机械打磨的方式形成；采用电阻熔焊方式使灯丝与电极材料熔融后实现焊接，焊接电流为8～12A。
本发明的有益效果在于：
本发明通过采用质地坚硬的陶瓷固定基座，在固定基座上与电极连接的位置设置金属化层，通过焊接方式实现固定基座与电极之间的高稳定性连接，从而确保电极与固定基座之间具有足够的抗振性能，在振动、冲击过程中结构稳定，不会出现滑移、抖动等相对位移现象，保证离子源灯丝组件能够在较高振动量级下保持正常工作而不会被振动损坏；通过在电极上设置定位凹槽并与灯丝之间采用电阻溶焊连接，增加了接触面积，并对灯丝形成包裹加固，减少振动、冲击对焊点的应力影响，保证焊点的结构稳定性，使灯丝与电极之间保持足够高的连接稳定性，进一步保证离子源灯丝组件能够在较高振动量级下保持正常工作而不会被振动损坏；通过采用纯铼丝作为灯丝，采用金属钼作为电极，采用95瓷作为固定基座，进一步提高了离子源灯丝组件的抗振性能；通过采用烧渗工艺和镍层沉淀对固定基座的焊接通孔两端进行金属化处理，通过高温熔融钎焊方式实现电极与固定基座之间的焊接，通过设置定位凹槽和电阻溶焊的方式实现灯丝固定电极之间的焊接，进一步提高了整个灯丝组件的抗振性能；经试验，本发明所述离子源灯丝组件最高可承受最大值为9.68grms(g是重力加速度，9.8m/s2，rms表示是等效值，不是波形峰值)的振动加速度以及最大值为500g的冲击加速度。
附图说明
图1是本发明所述高效抗振的离子源灯丝组件的主视结构示意图，图中的固定基座为剖视结构；
图2是本发明所述高效抗振的离子源灯丝组件的固定基座的俯视结构示意图；
图3是图1中“A”的放大图；
图4是图1中的B-B剖视放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-图4所示，本发明所述高效抗振的离子源灯丝组件包括灯丝5、电极3和固定基座4，灯丝5的两端与两个电极3的第一端连接，两个电极3靠近第二端的位置分别与固定基座4连接，固定基座4为陶瓷基座，固定基座4上设有两个焊接通孔8，焊接通孔8两端的孔壁上设有经过金属化处理的金属化层(图中未示但易于理解)，两个电极3的第二端分别穿过两个焊接通孔8并与对应的所述金属化层焊接连接。
作为优选，电极3与对应的所述金属化层钎焊连接；电极3的第一端侧壁上与灯丝5焊接的位置设有内凹的定位凹槽1，灯丝5的两端直线段2分别置于两个电极3的定位凹槽1内并与电极3之间采用电阻熔焊连接；定位凹槽1为径向截面是半圆形且直径略大于灯丝5的外径的半圆形凹槽；焊接通孔8两端的孔壁呈外大内小的锥形或喇叭形并形成锥形或喇叭形的环形槽9，环形槽9内沉淀有固化的焊料连接块6，焊料连接块6还包括焊料沿电极3向环形槽9的两端爬升的部分，焊料连接块6将电极3与固定基座4连接为一个具有高度稳定性的整体；灯丝5为纯度不低于99％的纯铼丝，电极3为金属钼电极，固定基座4为95瓷基座。
图1中示出的电极3的第二端伸出固定基座4一段长度，用于连接电源、稳定安装等用途，图2中还示出了固定基座4上的安装孔7，用于安装固定基座4。
如图1-图4所示，本发明所述高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、加工固定基座4：先在采用陶瓷制作的固定基座4上靠近两端的位置加工好焊接通孔8，焊接通孔8的两端加工成外大内小的环形槽9，然后按下述步骤对焊接通孔8两端的孔壁即环形槽9的槽壁进行金属化处理：
步骤1.1、将金属化浆料均匀涂覆在焊接通孔8两端的孔壁上，在还原气体中进行烧渗，烧渗温度为1550℃～1650℃；所述金属化浆料优选为钨浆料或镍浆料，所述还原气体优选为氢气；
步骤1.2、镀镍：对焊接通孔8两端的孔壁进行清洗和活化处理后，采用电镀方式对焊接通孔8两端的孔壁进行金属化表面沉积，沉积的可焊接镍层的厚度为2～10μm；
步骤2、电极3的焊接：将两个电极3分别插入固定基座4的两个焊接通孔8中，采用火焰焊接的方式对电极3与焊接通孔8两端的孔壁依次进行焊接，焊接时焊接材料在重力下由两端流入焊接通孔两端的环形槽内且部分焊接材料向焊接通孔的中段渗入，焊接材料为银铜钎料，焊接材料固化形成焊料连接块6，焊接温度为700℃±100℃；
步骤3、灯丝5的焊接：在电极3上采用激光或机械打磨的方式形成定位凹槽1，采用电阻熔焊方式，将绕制成螺旋状的灯丝5的两端直线段2分别置于两个电极3的定位凹槽1内并使灯丝5与电极3的材料熔融后焊接，焊接电流为8～12A。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (9)
1.一种高效抗振的离子源灯丝组件，包括灯丝、电极和固定基座，所述灯丝的两端与两个所述电极的第一端连接，两个所述电极靠近第二端的位置分别与所述固定基座连接，其特征在于：所述固定基座为陶瓷基座，所述固定基座上设有两个焊接通孔，所述焊接通孔两端的孔壁上设有经过金属化处理的金属化层，两个所述电极的第二端分别穿过两个所述焊接通孔并与对应的所述金属化层焊接连接。
2.根据权利要求1所述的高效抗振的离子源灯丝组件，其特征在于：所述焊接通孔两端的孔壁呈外大内小的锥形或喇叭形。
3.根据权利要求1所述的高效抗振的离子源灯丝组件，其特征在于：所述电极与对应的所述金属化层钎焊连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的高效抗振的离子源灯丝组件，其特征在于：所述电极的第一端侧壁上与所述灯丝焊接的位置设有内凹的定位凹槽，所述灯丝的两端直线段分别置于两个所述电极的定位凹槽内并与所述电极之间采用电阻熔焊连接。
5.根据权利要求4所述的高效抗振的离子源灯丝组件，其特征在于：所述定位凹槽为径向截面是半圆形且直径略大于所述灯丝外径的半圆形凹槽。
6.根据权利要求1、2或3所述的高效抗振的离子源灯丝组件，其特征在于：所述灯丝为纯度不低于99％的纯铼丝，所述电极为金属钼电极，所述固定基座为95瓷基座。
7.一种如权利要求4所述的高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、加工固定基座：先在采用陶瓷制作的固定基座上靠近两端的位置加工好焊接通孔，然后按下述步骤对焊接通孔两端的孔壁进行金属化处理：
步骤1.1、将金属化浆料均匀涂覆在焊接通孔两端的孔壁上，在还原气体中进行烧渗，烧渗温度为1550℃～1650℃；
步骤1.2、镀镍：对焊接通孔两端的孔壁进行清洗和活化处理后，采用电镀方式对焊接通孔两端的孔壁进行金属化表面沉积，沉积的可焊接镍层的厚度为2～10μm；
步骤2、电极焊接：将两个电极分别插入固定基座的两个焊接通孔中，采用火焰焊接的方式对电极与焊接通孔两端的孔壁依次进行焊接，焊接时焊接材料在重力下由两端流入焊接通孔两端的环形槽内且部分焊接材料向焊接通孔的中段渗入，焊接材料为银铜钎料，焊接温度为700℃±100℃；
步骤3、灯丝焊接：采用电阻熔焊方式，将绕制成螺旋状的灯丝的两端直线段分别置于两个电极的定位凹槽内并焊接。
8.根据权利要求7所述的高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，其特征在于：所述步骤1.1中，所述金属化浆料是钨浆料或镍浆料，所述还原气体是氢气。
9.根据权利要求7所述的高效抗振的离子源灯丝组件的制造方法，其特征在于：所述步骤3中，定位凹槽采用激光或机械打磨的方式形成；采用电阻熔焊方式使灯丝与电极材料熔融后实现焊接，焊接电流为8～12A。
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