專利名稱：高效陰極組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明高效陰極組件涉及微波器件技術領域，是一種熱效率高的陰極組件。
背景技術：
空間行波管是星載轉發(fā)器和星載合成孔徑雷達發(fā)射機的關鍵部件，主要起微波功率末級放大作用，它具有頻帶寬、增益高、效率高、功率大等特點。隨著行波管在衛(wèi)星通訊等領域的廣泛應用，對行波管的要求越來越高，如脈沖行波管向高功率、大工作比、長壽命、高可靠發(fā)展。因此，作為行波管心臟的陰極，同樣也需要進一步提高，要求電流密度更大，陰極工作溫度低，壽命提高，從而保證行波管穩(wěn)定可靠工作。傳統(tǒng)氧化物陰極已不能滿足這些要求，覆膜陰極具有電子發(fā)射大、壽命長、耐電子轟擊等特點，因此它是微波器件，特別是行波管的主要電子源。但是由于覆膜陰極的工作溫度高，因而加熱功率大，對于空間行波管來說，由于電源功率的限制，對陰極效率提出了非常高的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高效陰極組件，其可提高行波管覆膜陰極加熱效率，提高陰極發(fā)射水平，使其在盡可能低的加熱功率下，達到行波管對陰極的發(fā)射要求。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種高效陰極組件，由陰極、陰極筒、陰極支撐筒、熱子組成，陰極包括陰極表面和陰極基底，在陰極筒與熱子之間填充有氧化鋁，其在陰極支撐筒外圍設有筒狀的陰極熱屏，使陰極支撐筒和陰極熱屏構成二層熱屏結構，陰極支撐筒和陰極熱屏是由金屬鈦箔材料制作。
所述的高效陰極組件，其還包括一擋板，設于陰極基底與熱子組件之間，這樣既避免了由于發(fā)射物質中的金屬鋇在1000℃左右與氧化鋁反應而造成熱子的短路，另一方面又避免了在制備熱子過程中對陰極基底造成污染而影響陰極的發(fā)射水平。
所述的高效陰極組件，其所述熱子中的加熱體為鎢錸合金絲，其中錸的含量為25％左右。
所述的高效陰極組件，其所述陰極基底、陰極筒、陰極支撐筒之間的焊接，采用鎢-鈷高溫焊料，焊料的熔點為1550℃。


圖1為本發(fā)明高效陰極組件的結構示意圖；圖2為不同材料不同厚度陰極支撐筒的陰極-熱子組件的加熱功率與陰極溫度的關系曲線圖。
具體實施例方式
陰極組件的結構如圖1所示，基本為常規(guī)結構，由陰極、陰極筒3、陰極支撐筒4、陰極熱屏5、擋板6、熱子8組成，陰極包括陰極表面1和陰極基底2，在陰極筒3與熱子8之間填充有氧化鋁7，在陰極支撐筒4外圍設有筒狀的陰極熱屏5，使陰極支撐筒4和陰極熱屏5構成二層熱屏結構。
熱子8采用熱子組件結構，熱子組件就是將加熱體(一般是W絲或W-Re絲)埋在絕緣介質中(一般為Al2O3)，這樣一方面避免了振動等造成的熱子短路，提高了熱子8的可靠性，另一方面由于熱子8加熱陰極的方式由熱輻射給熱變成為熱傳導給熱，這樣就使熱子8與陰極之間的溫度差從500℃-600℃降到100℃-200℃，從而降低了熱子8的工作溫度，提高了熱子8的加熱效率，避免了由于熱子8溫度過高而造成的熱子8比陰極更先損壞的弊端。因此，現(xiàn)在被越來越廣泛的使用。我們所用的熱絲是含25％錸的鎢錸合金絲，這種絲與純鎢絲相比，具有延展性好、強度大、再結晶溫度高、抗腐蝕性能變好比電阻增大等特點。
為了防止多孔鎢陰極基底2中的發(fā)射物質向熱子組件中滲透而造成短路，在陰極基底2與熱子組件之間加一隔板6隔開，這樣一方面避免了由于發(fā)射物質中的金屬鋇在1000℃左右與氧化鋁7反應而造成熱子8的短路，另一方面又避免了在制備熱子8過程中對陰極基底2造成污染而影響陰極的發(fā)射水平。該隔板6的結構，已在其他專利中涉及，申請?zhí)枮?00410070108.4，可參照實施。但這樣將會降低陰極的熱效率，因此，必須使鎢海綿陰極基底2與陰極筒3之間接觸良好。為了提高陰極的熱效率，我們用一種金屬焊料將陰極筒3與支撐筒4焊接在一起，這樣一方面避免了陰極餅與陰極筒3之間存在間隙，造成陰極熱效率下降。另一方面又使陰極基底2與陰極筒3之間的結合力大大提高，從而增加陰極的耐沖擊性能，但這種焊料必須同時具備以下幾個特點第一，它必須與陰極基底2和支撐筒4都浸潤，這樣才能保證焊接牢固。第二，它的熔點必須低于陰極基底2中發(fā)射物質的熔點溫度(發(fā)射物質的熔點一般1600℃左右)，否則在焊接過程中造成發(fā)射物質的蒸發(fā)。第三，它的溶點溫度必須遠高于陰極正常工作溫度(陰極工作溫度一般低于1100℃)否則在陰極工作過程中造成焊料的蒸發(fā)，進而造成陰極基底2與支撐筒4之間的結合力下降，以及影響微波器件的性能。我們采用自己研制的鎢-鈷高溫焊料，焊料的熔點為1550℃，該鎢-鈷高溫焊料已在其他專利中涉及，申請?zhí)枮?00410038291.x，可參照實施。
為提高加熱效率，采用二層熱屏，其中最里面一層既是熱屏，又是陰極支撐筒4，陰極向外散熱的途徑主要是陰極面1、陰極筒3、熱子組件后端面的熱輻射及通過陰極支撐筒4的熱傳導，其中通過支撐筒4向外傳導的耗散功率為P＝(2πrtδΔT)/l (1)式中δ為支撐材料的導熱系數(shù)r為支撐筒的半徑，t為支撐筒的厚度ΔT為陰極支撐帶兩端的溫度差l為陰極支撐帶長度從公式(1)可看出陰極支撐4筒材料的性質和幾何形狀對陰極的熱效率將起到十分重要的作用，應選取熱導率小的，且盡可能薄的材料作陰極支撐筒4?，F(xiàn)在一般選取鉭做熱屏材料。鉭具有較高的熔點，較低的線膨脹系數(shù)，在高溫時具有很低的蒸汽壓、較低的熱導率，另外它的機械加工性能良好，能加工成非常薄的箔，鉭在700℃以上時，具有良好的吸氣能力，因此在陰極工作過程中能吸收有害氣體，從而使陰極附近具有較高的真空度。我們選取一種新的材料鈦作為第一層熱屏(即陰極支撐筒4)材料，鈦除了具有以上鉭所具有的優(yōu)點外，它與鉭相比，還具有更低的熱導率(約為鉭的五分之一)和更強的吸氣能力。圖2給出了不同材料不同厚度陰極支撐筒4的陰極-熱子組件的加熱功率與陰極溫度的關系。
從圖2中可以看出，在950℃的工作溫度下，陰極采用厚0.03mm鈦做支撐筒4時其加熱功率比采用厚0.03mm鉭和0.05mm鉭做支撐筒4時分別下降了0.3W和0.7W，這一結果比俄羅斯進口陰極低0.4W左右，目前采用0.03mm鈦支撐筒4的陰極組件在1150℃的高溫下已連續(xù)工作了1000小時。
權利要求
1.一種高效陰極組件，包括陰極、陰極筒、陰極支撐筒、熱子，陰極由陰極表面和陰極基底組成，在陰極筒與熱子之間填充有氧化鋁，其特征在于，在陰極支撐筒外圍設有筒狀的陰極熱屏，使陰極支撐筒和陰極熱屏構成二層熱屏結構，陰極支撐筒和陰極熱屏是由金屬鈦箔材料制作。
2.如權利要求1所述的高效陰極組件，其特征在于，還包括一擋板，設于陰極基底與熱子組件之間，這樣既避免了由于發(fā)射物質中的金屬鋇在1000℃左右與氧化鋁反應而造成熱子的短路，另一方面又避免了在制備熱子過程中對陰極基底造成污染而影響陰極的發(fā)射水平。
3.如權利要求1或2所述的高效陰極組件，其特征在于，所述熱子中的加熱體為鎢錸合金絲，其中錸的含量為25％左右。
4.如權利要求1所述的高效陰極組件，其特征在于，所述陰極基底、陰極筒、陰極支撐筒之間的焊接，采用鎢-鈷高溫焊料，焊料的熔點為1550℃。
全文摘要
本發(fā)明高效陰極組件涉及微波器件技術領域，是一種熱效率高的陰極組件，該組件是利用熱導率非常低的金屬鈦做陰極的支撐筒，從而降低了陰極的熱導耗散功率，提高了陰極的熱效率。
文檔編號H01J23/02GK1956124SQ20051008673
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權日2005年10月27日
發(fā)明者劉燕文, 劉勝英, 田宏, 張明晨, 徐振英, 孟明鳳 申請人:中國科學院電子學研究所