KR100825832B1

KR100825832B1 - 마그네트론 음극 구조체 제조방법 및 구조체의 필라멘트와몰리브덴 햇드를 융착시키는 융착체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100825832B1
Application number: KR1020070019686A
Authority: KR
Inventors: 안의현
Original assignee: 안의현
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-04-28
Also published as: CN101256924A

Abstract

본 발명은 마그네트론 음극 구조체 제조방법 및 구조체의 필라멘트와 몰리브덴 햇드를 융착시키는 융착체 및 그 제조방법이다.

본 발명 방법의 하나는 철분말과 몰리브덴 분말을 철:몰리브덴의 비율이 무게비로 (25~55)%:(75~45)%가 되도록 혼합하는 단계와; 몰딩공정으로 형태를 만드는 몰딩 단계와; 몰딩된 몰딩형상을 몰리브덴 햇드의 소정 위치에 올려 놓는 단계와; 소결로에서 수소 분위기 하에서 섭씨 1200도 내지 1500도 정도로 40시간 이상 가열하여 소결체로 만드는 단계와; 융착체와 미리 부착되어 있는 톱햇드 및 엔드햇드와 필라멘트를 정하여진 위치로 조립한 후 가열하여 융착체가 녹아서 상기 필라멘트와 톱햇드 및 엔드햇드가 용융된 융착체에 의하여 완전히 융착되게 하는 단계를 포함하는 음극 구조체 제조 방법이다.

마그네트론, 몰리브덴 음극, 필라멘트 융착체, 납제, 햇드

Description

마그네트론 음극 구조체 제조방법 및 구조체의 필라멘트와 몰리브덴 햇드를 융착시키는 융착체 및 그 제조방법{Method for assembling magnetron cathod and a melting contact metal for connecting filament and Mo hat thereof}

도1은 종래의 마그네트론 음극 구조체 단면도이다

도2는 본 발명의 마그네트론 음극 구조체 단면도이다

본 발명은 마그네트론 음극 구조체 제조방법 및 구조체의 필라멘트와 몰리브덴 햇드를 융착시키는 융착체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

마그네트론의 음극 구조체는 도 1에서 보인 단면도와 같은 구조를 가진다.

도 1에서 보인 종래의 마그네트론의 음극구조체는 나선형상의 필라멘트(1)와 필라멘트(1)의 상단부를 지지하는 상부 엔드시일드(2), 필라멘트(1)의 하단부를 지지하는 하부 엔드시일드(3), 하부 엔드시일드(3)의 중공구멍(3a), 상부 엔드 시일드(2)를 지지하며 또한 필라멘트(1)의 소정의 전력을 통전하는 리이드를 겸비한 중앙지지체(4), 하부 엔드시일드(3)를 지지하며 또한 필라멘트(1)에 소정의 전력을 통전하는 리이드를 겸비한 측면지지체(5), 상부 에드시일드(2) 및 하부 엔드시일드(3)의 상면에 용접고정된 게터정된 게터(6)을 포함하여 구성된다.

이와같이 구성된 마그네트론의 음극구조체는, 상기 필라멘트(1)의 통상의 토륨- 텅스텐선등으로 형성되고, 또 게터(6)는 지르코늄 또는 티타늄의 금속으로형성되며, 또 상부 엔드시일드(2), 하부 엔드시일드(3), 중앙지지체(4) 및 측면지지체(5)는 몰리브덴 또는 텅스텐등의 고융점 금속으로 형성되어 있다.

필라멘트(1)의 양단부와 상부 엔드시일드(2), 하부 엔드시일드(3)와의 접합부 및 상부 엔드시일드(2)와 중앙지지체(4)와의 접합부 및 하부 엔드시일드(3)와 측면지지체(5)와의 접합부는 루테늄과 몰리브텐과의 공정합금땜납재(7)에 의해 접착고정 되어서 전기적, 기계적으로 결합되어 있다.

이러한 마그네트론이 정상동작할 경우에는 필라멘트의 중심부 온도가 약 1750℃까지 도달하며, 필라멘트와 앤드쉴드와의 접합부위는 약 1000℃까지 도달하므로 필라멘트와 앤드쉴드를 접합하는 브레이징재료는 최소한 1000℃ 이상이 되어야 하나, 용융온도가 너무 높으면 브레이징시 브레이징로의 온도상승에 필요한 에너지의 소비가 많게 된다.

이와 같은 필라멘트의 구조체에 있어서, 종래에는 루테늄과 몰리브덴 분말을 약 43 : 57중량비로 혼합한 금속 분말 페이스트를 필라멘트와 앤드쉴드 사이에 도 포하고, 수소분위기가 유지되는 브레이징로에 넣은 후 가열코일에 전운을 인가하여 필라멘트 구조체를 약 2000℃로 가열하고, 이때 금속분말 페이스트는 용융되면서 필라멘트와 앤드쉴드를 접합시키게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 필라멘트 구조체는 루테늄-몰리브덴 금속분말 페이스의 용융온도가 1950~2000℃로 매우 높으므로 필라멘트 구조체를 2000℃ 이상으로 가열해야 되어 전력소비량이 많음은 물론 가열코일이 온, 오프 사이클을 가져 심한 열응력을 받게 되므로 가열코일의 수명이 짧은 결함이 있었다.

이와 같은 종래의 결함을 개선하기 위하여 제안된 것이 비교적 용융온도가 낮은 니켈-루테늄-몰리브덴으로 된 금속분말 페이스트를 사용하여 필라멘트와 앤드쉴드를 접합할 수 있는 접합재가 있다.

이 접합재는 니켈, 루테늄 및 몰리브덴을 30 : 30 : 40의 중량비로 혼합하여 겉보기 비중이 약 0.9~1.3이 되게 반죽한 니켈-루테늄-몰리브덴 페이스트로서, 필라멘트(1)의 상, 하부를 앤드쉴드(2)(3)에 접합하기 위하여 사용한다.

이 니켈-루테늄-몰리브덴 페이스트를 필라멘트와 앤드쉴드의 접합부위에 도포하여 수소분위기가 유지되는 브레이징로에 넣고, 상기 필라멘트(3)와 앤드쉴드의 두 부재를 접합하기 위해서는 브레이징로 내의 가열코일에 전원을 인가하여 그 접합부분을 가열한다.

이에 따라 니켈-루테늄-몰리브덴 페이스트가 용융되면서 브레이징부를 형성하고, 필라멘트와 앤드쉴드는 접합되며, 이때 니켈-루테늄-몰리브덴 페이스트는 발화성이 양호한 니켈 분말에 의하여 약 1500℃에서 용용되면서 필라멘트와 앤드쉴드 를 접합하게 된다.

1996년10월16일 등록된 특허 96-014521호에서는 "마그네트론에서의 엔드쉴드(end shield)와 필라멘트의 연결고리 및 전기적 연결방법"이 공고 되어 있는데, 청구항1에서는 "루테늄-몰디브덴-니켈의 분말을 고리(ring)들(4,7)의 형상으로 압축소결하여 된 것임을 특징으로 하는 마그네트론에서의 엔드쉴드와 필라멘트의 연결고리"가 권리로 청구되어 등록되어 있으며, 청구항2에서는, "제1항에 있어서, 상기 고리(4,7)중 어느 하나에는 엔드쉴드(2,6)의 내측면과 맞닿도록 한 리드(5)가 더 형성됨을 특징으로 하는 마그네트론에서의 엔드쉴드와 필라멘트의 연결고리"가 등록되어 있음을 알 수 있다.

1999년07월15일 등록된 특허 10-0207812호에는 "전자레인지등에 사용되는 마그네트론 엔드햇드의고정용 납재"가 공개되어 있는데, 여기에는 전자렌지에 사용되는 마그네트론(Magnetron)의 전극지지용 몰리브덴(Mo) 부품인 상,하부엔드햇드(END HAT)와 필라멘트를 고정하기 위한 납재로서, 이리듐(Ir) 5∼70(Wt%), 몰리브덴(Mo) 10∼70(Wt%)에 니켈(Ni) 5∼70(Wt%) 또는 코발트(Co) 5∼70(Wt%)를 함유한 Ir-Mo-Ni 또는 Ir-Mo-Co 혼합 분말을 이용하여 제조된 링(Ring) 형상의 납재(4)를 사용하는 기술이 공개되어 있다. 여기서 상부 엔드 햇드 및 하부 엔드 햇드는 다른 명세서에서 상부 엔드 실드 또는 하부 엔드 쉴드라고 부르는 것과 같은 것이며 몰리브덴으로 되어 있고 필라멘트를 지지하면서 필라메트에 전력을 공급하는 도체 역할을 하는 것을 말한다.

1999년07월15일 등록된 특허 10-0207811호에는 "전자레인지등에 사용되는 마 그네트론 엔드햇드의고정용 납재"로서, 로듐(Rh) 5∼70(Wt%), 몰리브덴(Mo) 10∼70(Wt%)에 니켈(Ni) 5∼70(Wt%) 또는 코발트(Co) 5∼70(Wt%)를 함유한 Rh-Mo-Ni 또는 Rh-Mo-Co 혼합 분말을 이용하여 제조된 링(Ring) 형상의 것을 사용하는 ㄱ납기술이 공개되어 있다.

1999년07월15일 등록된 10-0207813 호에는 "전자레인지등에 사용되는 마그네트론 엔드햇드의고정용 납재"로서, 파라듐(Pd) 5∼70(Wt%), 몰리브덴(Mo) 10∼70(Wt%)에 니켈(Ni) 5∼70(Wt%) 또는 코발트(Co) 5∼70(Wt%)를 함유한 Pd-Mo-Ni 또는 Pd-Mo-Co 혼합 분말을 이용하여 제조된 링(Ring) 형상의 납재(4)를 사용하는 기술이 공개되어 있다.

그러나 지금까지 개발되어 사용되고 있는 납재로는 몰리브덴과 파라듐, 니켈, 코발트, 로듐, 이리듐, 루테늄, 백금, 등의 귀한 금속들과의 합금을 사용하여 오고 있다. 그러나 이들 금속들은 생산이 한정되어 있는 금속들로서 원자재 확보가 어렵고 또한 고가이기 때문에 생산제품의 단가가 높게 되고 경쟁력이 떨어지게 되었다.

몰리브덴과 철을 혼합하여 사용하려는 시도가 있었으나, 공기 중에서 쉽게 산화되는 철 분말과 몰리브덴 분말을 혼합하여 소결하게 되면 혼합을 위한 바인드와 철로 인하여 소결체에 흡착되어 있는 가스가 마그네트론 동작 중에 고진공 (10^-5Torr)에 스며 나오게 되어 마그네트론의 성능이 쉽게 열화되는 문제가 있으므로 사용하기 힘들었다.

본 발명은 전자레인지에 사용되는 마그네트론의 음극 구조체의 몰리브덴(Mo) 부품인 톱햇드와 엔드햇드(Top Hat, End Hat)와 필라멘트를 전기적으로 접착시킬 때 사용하는 융착체으로서 철과 몰리브덴 합금으로 된 융착체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 종래에 사용하여 오던 융착체(납재)의 재질로서 몰리브덴과 혼합하여 사용하여 오던, 파라듐, 니켈, 코발트, 로듐, 이리듐, 루테늄, 등 희귀하거나 고가의 금속 대신에 철(Fe)을 사용하여 몰리브덴-철 합금을 포함하는 융착체를 제공하려는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도2를 참조하면서 설명한다. 본 발명은 특허 96-014521호에서 등록된 "루테늄-몰디브덴-니켈의 분말을 압축소결한 것이 아니고 철분말을 포함하는 몰리브덴분말을 압축소결하여서 만든 것이다. 전자렌지등에 사용되는 마그네트론용 음극 구조체를 제조하는 공정에서, 음극용 필라멘트를 지지하고 전력을 인가하기위한 몰리브덴 톱햇드와 엔드햇드를 전기적으로 연결시키는 공정은, 도 2에서와 보인 바와 같이, 톱햇드(22)에 형성된 돌출부(25)에 외주 상단에 부착된 융착체(24)와, 엔드햇드(26)의 오목부 바닥에 부착된 융착체(27) 사이에 필라멘트(23)의 상단과 하단을 결합시킨 후, 가열하여 융착체 (24, 27)을 용융시켜 필라멘트(23)와 톱햇드(22) 및 엔드햇드(26)을 융착되게 한다.

이렇게 필라멘트와 조립된 음극 구조체에서 리드(21)과 리드(28)을 통하여 전기를 공급하면 톱햇드(22)-필라멘트(23)-엔드햇드(26)로 전류가 흐르게 되어 필라멘트가 가열되고 열전자가 방출되어 마그네트론의 음극 역할을 하게 된다.

본 발명의 융착체(24, 27)는 철과 몰리브덴의 소결체인데, 철:몰리브덴의 비율을 무게비로 (25~55):(75-45)로 혼합하여 제조한 것이다.

본 발명의 소결 융착체와 그 제조 방법을 바람직한 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저 철분말과 몰리브덴 분말을 만든 다음, 이들을 바인드와 혼합한 후, 몰드에 넣어 외경이 3.5~4.5 mm 내경이 3~4 mm 되고 두께가 0.5~0.8 mm 되는 디스크 또는 도너츠 형태로 몰딩형상을 만들고, 이어서 소결로에 넣어 수소 분위기 하에서 섭씨 1200도 내지 1500도 정도로 가열하여 40시간 이상 유지하여 소결시킨다.

이렇게 함으로써, 바인더와 철에 의하여 흡착되었던 기체들이 모두 소결체에서 방출되게 할 수가 있다. 소결시간이 길면 기체 방출이 완전하여 지기 때문에 가능한 한 길게 소결하는 것이 좋다. 여기서 바인더는 조립제, 윤활제, 및 기타 첨가제를 필요한 양만큼 혼합한 것을 사용한다. 소결체는 소정의 금형에 의해 성형을 하게 되는데 성형은 유압프레스 또는 자동프레스등을 사용하여 소정의 형상(예: 디스크, 링, 사각판, 등의 형상)으로 가압성형한다. 이때 성형의 압축 압력은 후공정에서 취급에 지장이 없을 정도의 강도를 유지할 수 있도록 한다.

이렇게 1차 성형 된 몰딩형상을 몰리브덴 햇드의 본체에 비닐계등의 유기 접착제를 사용하여 부착한다. 이 유기 접착제는 고온으로 가열하면 가스화 되어 비산되는 것을 사용한다. 이때 톱햇드의 소정위치에(톱햇드는 도시된 위치에서 뒤 집은 위치) 몰딩형상을 올려놓고, 또 엔드햇드의 소정위치 위에 몰딩형상을 올려놓고 소결로에서 소결시킨다. 소결 온도는 몰딩형상을 유지하면서 소결되고 톱햇드 또는 엔드햇드와 접촉부에서 일부 융착될 정도의 온도를 설정하여 소결하는 것이 좋다. 이 온도의 설정은 철과 몰리브덴의 혼합율에 따라 융점이 달라지기 때문에 혼합비율에 따라 적당하게 설정한다. 이 온도는 계산에 의하거나 여러 번 실험하여 경험적으로 찾아내어 사용한다.

이렇게 미리 부착하여 놓으면, 음극 구조체 결함을 위한 제조 공정에서 필라멘트와 햇드 사이에 융착체를 일일이 삽입하지 아니하고, 이미 부착되어 있는 융착체와 톱햇드 및 엔드햇드를 필라멘트와 조립한 후 가열하여 완전 융착하게 할 수 있으므로 공정이 매우 쉽고 확실하게 된다.

몰딩형상은 진공중이나 수소분위기 등의 비산화성 분위기 중에서 비교적 저온으로 예비소결 한다. 상기 예비소결시 급격히 가열을 하게 되면 성형체의 균열이 생길 가능성이 높게 되므로 저온에서 소결하여야 함을 유의 하여야 한다.

상기 예비소결이 완료되면 고온에서 본소결을 하게 되는데, 이때 본소결도 예비소결과 마찬가지로 진공중이나 수소분위기 등의 비산화성 분위기중에서 행해지고 소결온도는 적당한 강도를 유지할 정도의 온도를 적용하여야 한다.

음극 구조체 결합공정은 다음과 같이 한다.

톱햇드와 엔드햇드에 융착체(27)을 위치시키고 소결하여 톱햇드와 엔드햇드에 융착체를 부착하고, 톱햇드와 엔드햇드에 부착된 양편 융착체 사이에 필라멘트(23)를 삽입하여 구조체를 조립하고, 고주파 유도 가열로에서 융착체가 완전히 녹을 정도의 고열을 가하여 필라멘트와 햇드가 마치 납땜하듯이 융착되게 한다. 이 때의 온도는 섭씨 1,400도 ~ 2,000도 정도로 하는데 소결체의 합금 비율에 따라 적당한 온도를 설정한다. 예로서 고열을 10초 동안 인가하여 융착시킨다. 필라멘트는 산화토륨텅스텐(ThO2W)필라멘트로서 토륨이 약 1%가 섞인 것을 사용한다.

특히 본 발명에서는 융착체(27)가 미리 부착된 엔드햇드(26)의 오목부에 필라멘트를 올려 놓고, 리드(21)와 융착체(24)가 미리 부착된 톱햇드(22)를 필라멘트 축부분으로 리드를 삽입하면서 필라멘트 상단에 톱햇드의 돌출부(25) 외주부에 미리 부착된 융착체가 접촉하게 한 후, 고주파 유도 가열로서 고열을 10초간 인가하여 융착체를 녹여서 필라멘트와 몰리브덴 햇드를 융착되게 함으로써 공정을 매우 단순하게 한다.

본 발명에서는 종래와 같은 백금, 파라듐, 코발트, 로듐, 이리듐, 루테늄, 등의 희귀 고가 금속 대신에, 종래 사용하기 못하였던 철을 사용할 있으므로, 종래 기술의 문제를 해소하고, 원료 구입이 용이하고 가격을 저렴하게 할 수 있다. 그리고 자원절약에 크게 기여할 수 있다.

본 발명에 의하면 종래의 문제점들, 즉 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni)을 혼합하여 용접개소에 도포하는 도포작업을 젓가락 또는 주사기등으로 했기 때문에 용접의 준비작업이 비능률적이고 도포상태가 균일하지 못해 균일한 용접상태를 얻기가 곤란하여 긍극적으로 용접강도의 편차가 크게 발생하였던 문제점이 해결되며, 또한 톱햇드 및 엔드햇드 제조시 융착재를 패이스트로 만들어 일일이 도포하는 관계로 제품생산시 생산의 자동화가 어려웠던 문제점이 해결된다.

본 발명에서는 링형상을 가진 소결체인 융착체를 사용하게 되므로 취급이 용이하며 간단한 치구를 사용함으로써 준비작업이 불필요하여 작업이 능률적으로 수행될 수 있으며, 또한 햇드와 필라멘트의 접착부위에 고른 두께로 분포되게 되어 있어 용접성이 우수하여지며 용접강도 또한 높게 되는 것이다.

전자렌지등에 사용되는 마그네트론의 품질 향상을 가져 올 수 있으며 제조공정시 제조비용을 절감할 수 있어 보다 경제적인 효과가 있는 것이다.

Claims

마그네트론 음극 구조체에서 필라멘트를 지지하고 전력을 인가하는 톱햇드와 엔드햇드에 필라멘트를 융착시키기 위하여 사용하는 융착체로서,

이 융착체가, 철분말과 몰리브덴 분말을 철:몰리브덴의 비율이 무게비로 (25~55):(75~45)가 되도록 바인더와 혼합하여 디스크와 같은 형상으로 몰딩하고 소결하여서 된 소결체인 것이 특징인 음극 구조체의 융착체.
청구항 1에 있어서, 상기 소결체는,

철과 몰리브덴이 무게비로 (25~55):(75~45)가 되도록 한 철몰리브덴 분말과, 조립제 및 윤활제가 포함된 바인더를 혼합하여 만든 혼합분말을 몰딩하여 몰딩형상을 만들고, 이 몰딩형상을 소결로에 넣어 수소 분위기 하에서 섭씨 1200도 내지 1500도로 가열하여 40시간 이상 소결하여 제조된 것이 특징인 음극 구조체의 융착체.
마그네트론 음극 구조체에서 필라멘트를 톱햇드와 엔드햇드에 융착 시키기 위하여 사용하는 융착체를 제조하는 방법으로서,

철분말과 몰리브덴 분말을 철:몰리브덴의 비율이 무게비로 (25~55):(75~45)가 되도록 조립제와 윤활제가 포함된 바인더와 혼합하여 몰딩공정으로 융착체 형태를 만드는 단계와,

상기 몰딩공정에서 형성된 융착체 형태를 소결로에서 수소분위기하에서 섭씨 1200도 내지 1500도 정도로 40시간 이상 가열하여 소결체로 만드는 단계를 포함하는 것이 특징인 음극 구조체의 융착체 제조 방법.
마그네트론 음극 구조체에서 필라멘트를 톱햇드와 엔드햇드에 융착 시키기 위하여 사용하는 융착체를 제조하는 방법으로서,

철:몰리브덴을 무게비 (25~55)%:(75~45)%가 되게 한 철몰리브덴 분말과 바인드를 혼합하는 단계와;

상기 혼합하는 단계에서 얻은 혼합분말을 몰딩공정으로 융착체 형태를 만드는 몰딩 단계와;

상기 몰딩 단계에서 만들어진 형태를 몰리브덴 햇드의 소정 위치에 안치시키는 단계와;

상기 몰리브덴 햇드와 융착체 형태를 소결로에 넣고 섭씨 1200도 내지 1500도로 40시간 이상 가열하여 소결체로 만드는 단계를 포함하는 음극 구조체의 융착체 제조 방법.
마그네트론 음극 구조체를 조립하는 방법으로서,

철분말과 몰리브덴 분말을 철:몰리브덴의 미율이 무게비로 (25~55):(75~45)가 되도록 바인더와 함께 혼합하는 단계와;

몰딩공정으로 융착체 형태로 성형하는 몰딩 단계와;

몰딩된 융착체 형상을 몰리브덴 햇드의 소정 위치에 올려놓는 단계와;

소결로에서 수소 분위기 하에서 섭씨 1200도 내지 1500도로 40시간 이상 가열하여 소결된 융착체가 몰리브덴 햇드에 부착되는 단계와;

융착체가 미리 부착되어 있는 몰리브덴 햇드와 필라멘트를 정하여진 위치로 조립한 후, 가열하여 융착체가 녹아서 상기 필라멘트와 완전히 융착되게 하는 단계를 포함하는 음극 구조체 제조 방법.
마그네트론 음극 구조체로서,

철분말과 몰리브덴 분말을 철:몰리브덴의 비율이 무게비로 (25~55):(75~45) 가 되도록 바인더와 혼합하고, 몰딩공정으로 융착체 형태로 몰딩한 몰딩형상을 몰리브덴 햇드의 소정 위치에 올려놓고 소결로에서 수소분위기 하에서 섭시 1200도 내지 1500도 정도로 40시간 이상 가열하여 소결체로 된 융착체가 부착된 몰리브덴 톱햇드 및 엔드 햇드와;

상기 융착체가 부착된 상기 톱햇드 및 엔드햇드 사이에 필라멘트를 정하여진 위치로 조립한 후 가열하여 융착체가 녹아서 상기 톱햇드 및 엔드햇드에 융착된 필라멘트를 포함하는 음극 구조체.