CN1321431C - 一种大功率四极电子管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种大功率四极电子管及其制作方法，属电子元器件技术领域，用于解决石墨栅极易掉粉及高压打火的问题。它由冷却水套、阴极、第一栅极、第二栅极、阳极组成，改进后的第一栅极由热解石墨制成，第二栅极由钼丝焊成鼠笼形，其表面喷涂碳花钨烧结后镀白金制成，两栅极的上端部分别与阴极上端部的陶瓷环相连接，在第二栅极的上方设有金属屏蔽帽，其底边圆周与第二栅极的上端平面电连接。所述栅极用热解石墨作毛坯，用光刻金属网罩作模具，采用喷砂方法制得石墨栅极。本发明可以使第一栅极具有较高的耐高温、耐辐射的能力，它的热耗散能力达到钼丝喷镐栅极热耗散能力的五倍，因此，可以大大缩小电子管的尺寸。

Description

一种大功率四极电子管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种大功率四极电子管及其制作方法，属电子元器件技术领域。

背景技术

在广播、通讯领域中，大功率发射机多采用大功率四极电子管作高频转换器件。这种电子管的四个电极，即阴极、第一栅极、第二栅极(或称帘栅极)和阳极，其横截面分别呈圆形、并按照同心圆的规则排列。阴极在最里面，接着是第一栅极、第二栅极，最外面是阳极。在传统的大功率四极管生产中，第一栅极、第二栅极的材料均选用同一种材料制作，即若用钼材料，则其一二栅全部使用钼丝焊成；若用石墨材料，则一二栅全部采用石墨制成。工作时，阴极的温度设计为2000°K，第一栅极距离阴极一般在1～2毫米(对大功率电子管而言)，工作温度在1100℃左右(对钼丝栅极，表面喷镐而言)，如温度超过此数值易损坏。第二栅极在第一栅极的外面，由于受第一栅极的遮挡，且一般二栅丝直径都比一栅丝直径粗一些，其工作温度一般情况下没有一栅极温度高。实践证明在因栅极烧坏的电子管损坏中都是一栅极被烧坏，而二栅都完好无损。但二栅极离阳极较近，它处于阳极高压电场的引力之下，受阳极高压的影响也较大。发射机功率越大，电子管的功率也越大，其电极尺寸也随着增大，采用钼丝作栅极的大功率四极电子管常因栅丝变形而发生故障和损坏。另外，在制造工艺上，这种结构也遇到极大的困难，因为要使三个丝网状圆筒保持1～2mm的距离、而又让它们不相碰是很困难的。它限制了电子管功率等级的提高。为了解决金属丝在电子管中做栅极所遇到的问题，法国汤姆逊豪斯登公司早在20世纪七十年代即开始利用热解石墨来制造大功率四极管的栅极，中国也从1971年开始研制。然而30多年以来，由于石墨栅极在阳极几十千伏的高压电场的作用下，易发生掉粉的问题，并进而造成电子管工作时的打火问题。因此在我国三十几年来研制的石墨栅极无法实际应用在大功率发射管上。而且，大尺寸的热解石墨毛坯制造起来也比较困难，也限制了石墨栅极在大功率四极电子管中的应用。

发明内容

本发明用于克服单一材料的栅极在热耗提高和掉粉打火上存在的缺陷而提供一种制作工艺简单的大功率四极电子管，并提供这种电子管的制作方法。

解决上述问题的技术方案是：

一种大功率四极电子管，它由冷却水套、阴极、第一栅极、第二栅极和阳极组成，它们分别呈圆形，按照同心圆的规则排列，其改进之处是，所述第一栅极为热解石墨栅极，所述第二栅极为钼丝栅极，其表面喷碳化钨后镀白金，阴极2固定在阴极支杆8上，在阴极支杆的上端部连接一个陶瓷环，第一栅极、第二栅极的上端部分别套在陶瓷环上，在第二栅极的上方设有一个金属屏蔽帽，它罩在陶瓷环的上方，底边圆周与第二栅极的上端平面电连接。

上述大功率四极电子管，所述第一栅极的直径为60-180毫米。

上述大功率四极电子管，所述金属屏蔽帽为钽铌合金薄板帽，壁厚为0.1～0.2毫米。

上述大功率四极电子管的制作方法，它包括电子管的第一栅极、第二栅极、及其它各零部件的制造及零部件的组装工序，改进后的第一栅极按如下步骤制造：

a.制作热解石墨毛坯；

b.将热解石墨毛坯用车床加工到第一栅极的内、外直径尺寸；

c.制作栅极丝成型模具：用薄铜片或钼片用光刻的方法制成第一栅极丝尺寸的网罩作为石墨栅极的栅丝成型模具；

d.把栅丝成型模具套在热解石墨栅极毛坯上，采用喷砂的办法把毛坯上模具没有屏蔽住的部分打掉，即得到热解石墨栅极；

e.将热解石墨栅极经过开水煮沸，去腊(在车制石墨栅极筒时，采用石蜡固定在金属棒上，让车床夹住金属棒进行车削，所以栅极上粘有较多的石蜡)。

f.经2000℃退火，即可得到可用的热解石墨第一栅极；

g.在阴极支杆上端安装一个耐高温的绝缘陶瓷环，将第一栅极和第二栅极上端平面的中心孔分别套在陶瓷环的圆周上；

h.在陶瓷环的上方安装一个金属屏蔽帽，金属屏蔽帽采用坦铌合金薄板帽，它的底边圆周与第二栅极的顶面点焊在一起。

上述大功率四极电子管的制作方法，所述热解石墨毛坯的制作工序为：

用天然石墨分别作成栅极毛坯芯子和电加热的热子，将芯子和热子放入真空炉内，给热子通电加热，当炉温达到2400℃时，向炉内充入丙烷气体，使丙烷在2400℃的温度下分解成氢气和碳，碳的分子附着在天然石墨芯子的表面上，结成热解石墨壳体，冷却后将热解石墨壳体与天然石墨芯子分离，即得到所需的热解石墨栅极毛坯。

采用这种结构的大功率四极电子管，利用热解石墨材料比钼金属耐高温和具有巨大热辐射能力的特性制作第一栅极，可以使第一栅极具有耐高温不变形和很大的热耗散能力，它的热耗散能力达到钼丝喷镐栅极热耗散能力的五倍，用它可以大大缩小电子管的尺寸，从而提高电子管的功率等级。

利用钼丝做第二栅极，则其高压性能好，它解决了两个栅极全部采用热解石墨在高温下掉粉打火的缺陷。从而使热解石墨可以成功地应用在大功率发射管的生产领域内。本发明抛弃了一二栅极使用同一种材料的传统方法，解决了我国三十多年大功率管等级不能提高的问题。采用热解石墨作一栅和钼丝表面喷涂碳化钨之后再镀白金作二栅的方法，也大大降低了特大功率电子管的生产条件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

从图中可以看到，本发明的基本结构与现有大功率四极管基本相同。在电子管的外围设有冷却水套1，它的阴极2、第一栅极3、第二栅极4、阳极5也分别呈圆形按照同心圆的规则排列。改进后的第一栅极3和第二栅极4分别由热解石墨和钼丝喷碳化钨镀白金两种不同的材料制成。利用热解石墨材料比钼金属耐高温和热耗散能力强的特性制作第一栅极，可以使第一栅极耐高温辐射、不易变形，且有很强的热耗散能力，使之不易损坏；利用钼喷碳化钨再镀白金作成的第二栅极，使电子管在高压的作用下不掉粉而保持其良好的高压性能，以消除其石墨栅极掉粉打火的缺陷，且避免使用更多的价格昂贵的石墨材料。在阴极2的上端部有一个耐高温的绝缘陶瓷环6(95％Al₂O₃瓷)，陶瓷环6对第一栅极3和第二栅极4起着支撑和保持同向的作用，它与第一栅极3、第二栅极4的上端部分别套接在一起，使结构坚固稳定，防止阴极、一栅极、二栅极在高温时变形和位移而短路。由于陶瓷环不具备对电磁场的屏蔽作用，所以在第二栅极4的上方必须对陶瓷环6进行覆盖屏蔽，这就需要将第二栅极4的顶面拉伸成陶瓷环形状的凸起。由于第二栅极的顶面很薄，不能拉伸，因此采用一个金属屏蔽帽7，它用钽铌合金制作，罩在陶瓷环6的上方，底边圆周与第二栅极4的上端平面相焊接，从而屏蔽阳极和二栅之间的高压电磁场，使之不能进入第一栅和阴极空间(否则将产生强大的自激振荡)。

本发明的结构可以使石墨栅极和钼丝栅极充分发挥各自的优点，避开了各自的弱点，使大功率四极管的体积大大缩小，生产工艺简化。如FU-104E，它采用钼丝作第一栅极，其第一栅极圆周的直径是84mm，阴极加热功率3KW，输出功率为100KW；而新设计的021管，它采用热解石墨材料作第一栅极，它的一栅圆周直径是72毫米，其阴极加热功率是6KW，输出功率是170KW。

下面给出一个使用热解石墨材料做一栅极的电子管的部分结构数据：

阴极圆周直径68mm，第一栅极圆周直径72mm，第二栅极圆周直径76mm，阳极圆周直径98mm，外水套外直径即电子管外径138mm，电子管阴极高度是150mm。

制作时，首先制作冷却水套、阳极、阴极、高压瓷环、可伐环，用钼丝经过校直、直接焊接鼠笼形的栅极，经清洗退火等工序后，再经喷碳化钨烧结，镀白金退火等工艺制成第二栅极，再将阳极、第二栅极、阴极分别与相应的高压瓷环、可伐环装配连接，即可组装成大功率四极电子管。

本发明中的热解石墨毛坯由以下方法制作：

用天然石墨作成栅极壳体的芯子和真空沉积炉的加热热子，壳体芯子放在真空炉的中心。当炉温升至2400℃时，向炉中充以丙烷气体，在此温度下丙烷分解成碳和氢气，碳就沉积在芯子上，延长充气时间，就加厚壳体的厚度，，即控制充氮时间即可控制沉积壳体的厚度，达到厚度要求时，停止充气冷却。由于天然石墨与热解石墨的膨胀系数不同，冷却后，热解石墨壳体与天然石墨芯子分离即可得到热解石墨毛坯。

Claims (4)

1.一种大功率四极电子管，它由阴极[2]、第一栅极[3]、第二栅极[4]、阳极[5]、冷却水套[1]组成并顺次按同心圆的规则排列，其特征在于：所述第一栅极[3]为热解石墨栅极，第二栅极[4]为钼丝栅极，其表面喷碳化钨后镀白金，阴极[2]固定在阴极支杆[8]上，在阴极支杆的上端部连接一个陶瓷环[6]，第一栅极[3]、第二栅极[4]的上端部分别套在陶瓷环[6]上，在第二栅极[4]的上方设有一个金属屏蔽帽[7]，它罩在陶瓷环[6]的上方，底边圆周与第二栅极[4]的上端平面电连接。

2.根据权利要求1所述的大功率四极电子管，其特征在于：所述第一栅极[3]的直径为68-72毫米。

3.根据权利要求2所述的大功率四极电子管，其特征在于：所述金属屏蔽帽[7]为钽铌合金薄板帽，壁厚为0.1～0.2毫米。

4.一种大功率四极电子管的制作方法，它由冷却水套[1]、阴极[2]、第一栅极[3]、第二栅极[4]、阳极[5]组成，其特征在于：所述第一栅极[3]按如下步骤制造：

a.制作热解石墨毛坯；

用天然石墨分别作成栅极毛坯芯子和电加热的热子，将芯子和热子放入真空炉内，给热子通电加热，当炉温到达2400℃时，向炉内充入丙烷气体，使丙烷在2400℃时分解成氢气和碳，碳的分子附着在天然石墨的芯子的表面上，结成热解石墨壳体，冷却后将热解石墨壳体与天然石墨芯子分离，即得所需的热解石墨毛坯；

b.将热解石墨毛坯用车床加工到第一栅极的内、外直径尺寸；

c.制作栅极成型模具：用薄铜片或钼片用光刻的方法制成第一栅极丝的尺寸的网罩作为石墨栅极的栅丝成型模具；

d.把一栅丝成型模具套在热解石墨毛坯上，采用喷砂方法把毛坯上模具没有屏蔽住的部分打掉，即得到热解石墨栅极；

e.将热解石墨栅极经过开水煮沸，去腊；

f.经2000℃退火，即得到热解石墨第一栅极；

g.在阴极支杆上端安装一个耐高温的绝缘陶瓷环，将第一栅极和第二栅极上端平面的中心孔分别套在陶瓷环的圆周上；

h.在陶瓷环的上方安装一个金属屏蔽帽，金属屏蔽帽采用钽铌合金薄板帽，它的底边圆周与第二栅极的顶面点焊在一起。

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