專(zhuān)利名稱(chēng)：：釬料、電真空器件、磁控管及釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高熔點(diǎn)金屬用釬料，采用該釬料的高熔點(diǎn)金屬接合部件，電真空器件(日文管球)、特別是磁控管以及釬焊方法。
背景技術(shù)：
：鎢(W)、鉬(Mo)和鉭(Ta)等高熔點(diǎn)金屬被廣泛用于在裝置工作中暴露于高溫的部件。這些高熔點(diǎn)金屬被用于包括燈泡和放電燈的照明電真空器件，包括磁控管、發(fā)射管、X射線(xiàn)管的電子管等電真空器件，玻璃爐用電極，等離子體電極，發(fā)熱體，發(fā)電渦輪的葉片等。作為將多個(gè)高熔點(diǎn)金屬部件相互接合的方法，除了機(jī)械接合、焊接之外，還有釬焊，關(guān)于釬焊，對(duì)于至少以Mo為主體的部件采用Ru-Mo釬料。磁控管的陰極為代表例。磁控管可以高效地激發(fā)微波，被用于微波爐、醫(yī)療、通信等。例如，一般的微波爐用磁控管的振蕩主體由陽(yáng)極圓筒和位于陽(yáng)極圓筒的內(nèi)側(cè)空間中的具有熱電子發(fā)射陰極燈絲的陰極構(gòu)架、自陽(yáng)極圓筒的內(nèi)壁向陰極燈絲呈放射狀配置的多個(gè)翼片等構(gòu)成，并且在陽(yáng)極圓筒端面配置有向熱電子的作用空間供給磁場(chǎng)的極靴。上述的構(gòu)成中，呈如下的結(jié)構(gòu)從振蕩主體的輸入部向陰極構(gòu)架供給電力，從配置于輸出部的天線(xiàn)將振蕩主體的高頻輸出取出至外部。陰極構(gòu)架由陰極燈絲、端帽(endhat)和支桿構(gòu)成，工作中陰極燈絲被加熱至170(TC185(TC。一對(duì)端帽與陰極燈絲的兩端接合，且自輸入部的陶瓷的陰極芯柱與豎立于管內(nèi)的兼作引線(xiàn)的一對(duì)支承引線(xiàn)接合。如上所述，工作中被加熱至高溫，因此陰極燈絲采用可靠性高的含釷的鎢，支承其的端帽和支桿采用鉬(Mo)。端帽和支桿間通過(guò)焊接接合，陰極燈絲和端帽間通過(guò)釬料接合。作為釬料，廣泛采用熔點(diǎn)194(TC的43wt^Ru-Mo組成的燒結(jié)金屬或者在糊料中混合有釕(Ru)粉末和Mo粉末的糊料釬料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。如圖3中以相圖所示，Ru的熔點(diǎn)為2334'C，Mo的熔點(diǎn)為2623'C，釬料的構(gòu)成元素的熔點(diǎn)高，但由于共晶反應(yīng)，43wtXRu-Mo組成的熔點(diǎn)低至1940'C。此外，采用該釬料的情況下，如果在1940'C2334t:之間高頻加熱熔化，則構(gòu)成元素不會(huì)蒸發(fā)。Mo單質(zhì)因熔點(diǎn)高而不易熔化，熔化前的釬料不形成合金，而是在自金屬粉末的燒結(jié)品或金屬混合粉末中添加粘合劑而得的糊料。釬料的熔點(diǎn)必須是超過(guò)陰極燈絲的工作溫度的溫度，而且從安全的角度來(lái)看，必須在約190(TC以上。釬料的熔化通過(guò)高頻加熱進(jìn)行，但熔點(diǎn)越高，則裝置的規(guī)模越大，且對(duì)陰極構(gòu)架的影響也越大，因此理想的是釬料的熔點(diǎn)為1950土5(TC。熔化43wtXRu-Mo釬料(熔點(diǎn)194(TC)的情況下，通過(guò)高頻加熱而加熱至205(TC左右熔化來(lái)進(jìn)行釬焊。專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本專(zhuān)利特開(kāi)平8-293265號(hào)公報(bào)發(fā)明的揭示W(wǎng)、Mo、Ta、Ru為稀有金屬，尤其Ru越來(lái)越難以獲得。于是，希望出現(xiàn)具有大致同等的特性的不含Ru的容易獲得的釬料來(lái)替代43wtXRu-Mo釬料。本發(fā)明是獲得以(13.5)wt(重量)％C-(13.5)wt(重量)％B-其余Mo形成的W和Mo等的高熔點(diǎn)金屬用釬料的發(fā)明。另外，本發(fā)明還是獲得采用該釬料的高熔點(diǎn)金屬接合部件的發(fā)明。另外，根據(jù)本發(fā)明的一種形態(tài)，可獲得具有由含W或Mo的金屬形成的電極，該電極以(13.5)wt%C-(13.5)wtXB-其余Mo釬焊而成的電真空器件。另外，本發(fā)明還是獲得在包括由陰極燈絲、以釬料與該陰極燈絲的兩端接合的一對(duì)端帽、分別與這些端帽連接的支桿構(gòu)成的陰極構(gòu)架的磁控管中，以釬料是(13.5)wt(重量)％C-(13.5)wt(重量)XB-其余Mo為特征的磁控管的發(fā)明。另外，本發(fā)明還包括釬焊方法，其中，將所述釬料制成燒結(jié)部件，或者將釬料成分混合并用粘合劑制成糊料狀，將所得的材料用于至少2個(gè)高熔點(diǎn)金屬部件間的接合部分。本發(fā)明通過(guò)獲得(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo釬料，可以獲得共晶溫度在200(TC以下的高熔點(diǎn)金屬用釬料。因?yàn)椴皇褂肦u金屬，所以可以穩(wěn)定地使用低成本的釬料，相對(duì)于以往的Ru-Mo釬料，可以實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。另外，對(duì)于一種形態(tài)的磁控管，可以在理想的熔點(diǎn)進(jìn)行陰極構(gòu)架的接合，且成分不會(huì)因熔化而蒸發(fā)，所以陰極燈絲上不會(huì)附著不需要的元素，可以正常地進(jìn)行陰極燈絲活化的滲碳處理。另外，因?yàn)橹U上不會(huì)附著不需要的元素，所以可以防止因磁控管工作時(shí)的熱量而從附著元素釋放出的氣體引起的真空度下降。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖l是說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式的磁控管的簡(jiǎn)略剖視圖。圖2A是圖1的陰極構(gòu)架的放大剖視圖。圖2B是說(shuō)明圖2A的陰極構(gòu)架的制造方法的局部剖視圖。圖3是Ru-Mo的二元合金相圖。圖4是Fe-Mo的二元合金相圖。圖5是C-Mo的二元合金相圖。圖6是B-Mo的二元合金相圖。圖7是表示與C和B相對(duì)于Mo的組成比對(duì)應(yīng)的熔化溫度區(qū)域的圖。符號(hào)的說(shuō)明ll:陽(yáng)極圓筒，12:翼片，20:陰極構(gòu)架，21:中央桿，22:側(cè)桿，23:上端帽，24:下端帽，25:陰極燈絲，26、27:釬料，40:陰極芯柱。實(shí)施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明包括(l3.5)wt冗C-(13.5)wt%B-其余Mo組成的釬料。根據(jù)本發(fā)明一種形態(tài)，在磁控管的陰極構(gòu)架的陰極燈絲和端帽的接合中使用該釬料。例如，組成為3wt^C-3wt^B-其余Mo時(shí)，可以得到熔點(diǎn)為200(TC的釬料。5作為以往的Ru-Mo釬料的Ru的替代品，由于Mo的熔點(diǎn)高，因此需要混合用于降低熔點(diǎn)的低熔點(diǎn)金屬。作為參考，對(duì)用低熔點(diǎn)的一般的金屬、例如Fe(鐵)替換Ru的情況進(jìn)行說(shuō)明。圖4表示Fe-Mo的二元合金相圖(Moffat編集，《二元相圖手冊(cè)(HandbookofBinaryPhaseDiagrams)》，以下的二元合金相圖也同樣)，已知34wtXFe-Mo的組成時(shí)熔點(diǎn)為1900'C。但是，熔點(diǎn)比這更低的Fe(熔點(diǎn)1538。C)在燒結(jié)品和糊料的階段單獨(dú)(非合金)存在，所以通過(guò)高頻加熱而加熱至205(TC的過(guò)程中Fe發(fā)生蒸發(fā)而附著于周?chē)年帢O部件。如果附著于陰極燈絲，則無(wú)法進(jìn)行正常的滲碳，而如果附著于支桿，則因真空密封后的磁控管的工作所產(chǎn)生的熱量而生成氣體，使管的真空度下降。因此，理想的是釬料中組合構(gòu)成元素的各熔點(diǎn)比高頻加熱溫度高的元素。滿(mǎn)足該條件的是在比元素的熔化溫度低的溫度下存在共晶反應(yīng)的元素的組合的組成。本發(fā)明的一種形態(tài)為3wtXC-3wtXB-其余Mo，可以使熔點(diǎn)比3wtXC-Mo(共晶反應(yīng)組成)(二元相圖示于圖5)和3wt^B-Mo(共晶反應(yīng)組成)(二元相圖示于圖6)更低。在這里，C(碳)的熔點(diǎn)為3550。C，B(硼)的熔點(diǎn)為2092。C，Mo(鉬)的熔點(diǎn)為2623'C，3wt%C-Mo(共晶反應(yīng)配方)的熔點(diǎn)為2205'C，3wt%B-Mo(共晶反應(yīng)配方)的熔點(diǎn)為2175"C。作為本發(fā)明的一種形態(tài)的3wt^C-3wt^B-其余Mo的熔點(diǎn)為約2000'C。對(duì)于以Mo為母相并固溶C和B的3wt^C-3wt%B-其余Mo，通過(guò)將釬焊時(shí)的高頻加熱溫度控制在比構(gòu)成的3種元素中最低的B的熔點(diǎn)2092。C低且比共晶反應(yīng)溫度高的狀態(tài)，可以在各元素不發(fā)生蒸發(fā)的情況下熔化。C和B都設(shè)為(l3.5)wt^的范圍內(nèi)的構(gòu)成比的原因在于，可以在所述的可控制的加熱溫度的范圍內(nèi)通過(guò)共晶反應(yīng)發(fā)揮作為釬料的功能。其次，采用本發(fā)明的磁控管的構(gòu)成例示于圖1和圖2。磁控管的振蕩主體包括陽(yáng)極圓筒11和配置于其內(nèi)側(cè)的陰極構(gòu)架20。陰極構(gòu)架20沿管軸m配置。此外，自陽(yáng)極圓筒11的內(nèi)壁向陰極構(gòu)架20沿半徑方向且在陽(yáng)極圓筒11的圓周方向上等間隔地設(shè)有偶數(shù)個(gè)、例如10個(gè)翼片12。翼片12的的外側(cè)端部固定于陽(yáng)極圓筒ll內(nèi)壁，內(nèi)側(cè)端部呈自由端16。各翼片12的圖示上邊和圖示下邊分別通過(guò)直徑大的一對(duì)第一帶環(huán)(strapring)13和位于第一帶環(huán)13的內(nèi)側(cè)的直徑比第一帶環(huán)13小的一對(duì)第二帶環(huán)14每隔1個(gè)交錯(cuò)地連接。在陽(yáng)極圓筒11的上下開(kāi)口部分配置有第一極靴18和第二極靴19，在陽(yáng)極圓筒11的外周配置有用于冷卻陽(yáng)極圓筒11的多個(gè)冷卻用散熱片30。此外，構(gòu)成輸出部的天線(xiàn)31的一端與排氣管32連接。天線(xiàn)31的另一端穿過(guò)絕緣筒33等的內(nèi)側(cè)空間，與翼片12中的一個(gè)連接。此外，第二極靴19上氣密連接有金屬容器34，作為輸入部的一部分的陰極芯柱40沿管軸m延伸并固定于金屬容器34。在第一極靴18的上方和第二極靴19的下方配置有環(huán)狀的永久磁鐵50、51。此外，以包圍陽(yáng)極圓筒11和冷卻用散熱片30、永久磁鐵50、51的狀態(tài)，配置有形成磁路的磁軛35。在陰極芯柱40的外側(cè)部分連接有構(gòu)成濾波電路的線(xiàn)圈41和電容器42。陰極芯柱40和線(xiàn)圈41包在濾波盒43中，電容器42以貫穿濾波盒43的狀態(tài)安裝。另外，通過(guò)以翼片12形成的空腔諧振器等的作用產(chǎn)生高頻信號(hào)。該高頻信號(hào)通過(guò)與陽(yáng)極翼片12連結(jié)的天線(xiàn)31取出至外部。如圖2A所示，陰極構(gòu)架20包括在由氧化鋁陶瓷形成的陰極芯柱40的內(nèi)側(cè)部分豎立設(shè)置的中央桿21和側(cè)桿22這一對(duì)支桿，安裝于該支桿的各前端的相互對(duì)向的端帽23、24，被夾于這些端帽間支承的陰極燈絲25。中央桿21沿管軸m、即陽(yáng)極圓筒的中心軸從輸入側(cè)延伸至輸出側(cè)，其前端安裝有上端帽23。上端帽23由設(shè)于桿前端附近的圓筒狀的轂23a和設(shè)有桿貫穿孔的安裝于桿前端的帽狀部23b形成。下端帽24設(shè)于輸入側(cè)，形成中央桿21可非接觸地貫穿的盤(pán)狀，盤(pán)周?chē)囊徊糠滞ㄟ^(guò)焊接等安裝于側(cè)桿22的前端。下端帽24由盤(pán)狀部24a和圓環(huán)狀部24b形成。陰極燈絲25呈線(xiàn)圈狀，形成呈圍繞中央桿21的狀態(tài)并在與翼片12的自由端16之間形成作用空間的筒狀，燈絲的一前端25a纏繞于上端帽的轂23a外周，另一前端25b承載于下端帽的盤(pán)狀部24a。陰極燈絲25由釷-鎢形成，端帽23、24和支桿21、22由鉬形成。如圖2B所示，陰極燈絲25和上下端帽23、24的接觸部分采用3wt^C-3wto^B-Mo釬料26、27，通過(guò)高頻加熱裝置加熱至約205(TC，釬料發(fā)生共晶反7應(yīng)而熔化，這些接觸部被釬焊并接合。支桿21、22與設(shè)于陰極芯柱40的電極引線(xiàn)端子44連接，成為向陰極燈絲供給電流和管電流的引線(xiàn)。(實(shí)施例l)將C、B和Mo的粉末按照3wtXC-3wtXB-其余Mo的共晶反應(yīng)配方摻合混合，以下述條件制成盤(pán)狀燒結(jié)金屬部件。該燒結(jié)部件27如圖2B所示承載于下端帽的盤(pán)狀部，在與陰極燈絲接觸的狀態(tài)下高頻加熱。將加熱溫度控制在比B的熔點(diǎn)2092'C低的2050'C，結(jié)果可以在各元素不發(fā)生蒸發(fā)的情況下熔化并釬悍。C粉末粒度45umB粉末粒度45"mMo粉末粒度36um燒結(jié)溫度120(TC(實(shí)施例2)將C、B和Mo的下述粒度的粉末按照l(shuí)wt^C-lwt^B-其余Mo的共晶反應(yīng)配方摻合混合，通過(guò)粘合劑制成糊料狀。如圖2B所示在上端帽的轂23a部分用給料器涂布糊料狀釬料26并使其干燥。將其通過(guò)高頻加熱在205(TC熔化，結(jié)果可以在元素不發(fā)生蒸發(fā)的情況下進(jìn)行釬焊。C(lwt%)，粉末粒度45umB(lwt%)，粉末粒度45nmMo(其余)，粉末粒度36"m(實(shí)施例3)如下改變實(shí)施例2中的C、B和Mo的混合比來(lái)?yè)胶匣旌希ㄟ^(guò)粘合劑制成糊料狀。如圖2B所示在上端帽的轂23a部分用給料器涂布糊料狀釬料26并使其干燥。將其通過(guò)高頻加熱在2050'C熔化，結(jié)果可以在元素不發(fā)生蒸發(fā)的情況下進(jìn)行釬焊。C(2wt%)，粉末粒度45umB(2wt%)，粉末粒度45^mMo(其余)，粉末粒度36um以上，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但釬焊的過(guò)程并不局限于上述說(shuō)明，例如可以在釬料的制造中事先將各元素粉末混合熔化而制成共晶合金后，再次制成粉末狀來(lái)形成糊料，或者制成盤(pán)狀等的適合于釬焊形狀的釬料部件。(實(shí)施例113)和(比較例16)表l是表示使用高頻熔化裝置，C、B、Mo的各組成比例不同的實(shí)施例113和比較例16的熔化溫度的表。各元素的粒徑使用與實(shí)施例l相同的粒徑。高頻熔化裝置為15kW型，向電磁線(xiàn)圈供給高頻電力。呈在線(xiàn)圈內(nèi)側(cè)可以插入配置多根圖2所示的陰極構(gòu)架的結(jié)構(gòu)。在上端帽的轂23a和下端帽24，將制成糊料和燒結(jié)盤(pán)的釬料源試樣通過(guò)電磁線(xiàn)圈加熱熔化。本實(shí)施例和比較例中，與熔化溫度已知的基準(zhǔn)試樣一起同時(shí)加熱，對(duì)照該基準(zhǔn)試樣的熔化狀態(tài)，測(cè)量試樣的熔化溫度。測(cè)定溫度以約2(TC的間隔得到。因此，測(cè)定計(jì)算溫度有約±l(TC的誤差。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖8表示對(duì)應(yīng)于該表中得到的各組成的溫度分布，區(qū)域A為1977'C區(qū)域(19681988°C)，區(qū)域B為1999。C區(qū)域(19892010。C)，區(qū)域C為超過(guò)2010。C的區(qū)域。區(qū)域A(實(shí)施例13、511)、區(qū)域B(實(shí)施例4、12、13)為2010。C以下的熔化溫度，適合作為釬料，特性上不遜于Ru-Mo釬料。適合作為釬料的范圍為(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo，更理想的是(l3.0)wt%C-(13.0)wt%B-其余Mo。根據(jù)本發(fā)明，并不局限于上述的磁控管的實(shí)施方式，可以廣泛地用作W、Mo、Ta等高熔點(diǎn)金屬部件的接合用釬料，可以在不超出本發(fā)明的范圍內(nèi)廣泛地用于照明和電子管的電真空器件、等離子體用電極、玻璃爐用電極、燈絲和熔融舟皿等發(fā)熱體、發(fā)電機(jī)的渦輪葉片、核反應(yīng)堆防護(hù)瓦等。權(quán)利要求1.釬料，其特征在于，以(1～3.5)wt％C-(1～3.5)wt％B-其余Mo形成。2.如權(quán)利要求l所述的釬料，其特征在于，所述釬料用于含W或Mo的高熔點(diǎn)金屬。3.電真空器件，其特征在于，具有由含W或Mo的金屬形成的電極，所述電極以(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo釬焊而成。4.磁控管，它是包括由陰極燈絲、以釬料與所述陰極燈絲的兩端接合的一對(duì)端帽、分別與這些端帽連接的支桿構(gòu)成的陰極構(gòu)架的磁控管，其特征在于，所述釬料是(13.5)wt%C-(l3.5)wt^B-其余Mo。5.釬焊方法，其特征在于，將C(碳)粉末、B(硼)粉末和Mo(鉬)粉末以(l3.5)wt%C-(l3.5)wt%B-其余Mo的比例燒結(jié)，將所得的釬料配置于至少2個(gè)要接合的高熔點(diǎn)金屬部件的接合部分，通過(guò)加熱熔化，接合所述高熔點(diǎn)金屬部件。6.釬悍方法，其特征在于，將C(碳)粉末、B(硼)粉末和Mo(鉬)粉末以(13.5)wt%C-(13.5)wtXB-其余Mo的比例混合，用粘合劑制成糊料狀，配置于至少2個(gè)要接合的髙熔點(diǎn)金屬部件的接合部分，通過(guò)加熱熔化，接合所述高熔點(diǎn)金屬部件。7.如權(quán)利要求5或6所述的釬焊方法，其特征在于，所述高熔點(diǎn)金屬部件為磁控管的陰極燈絲和端帽。全文摘要本發(fā)明獲得不使用作為稀有金屬的Ru的以Mo為主要成分的釬料。以(1～3.5)wt％C-(1～3.5)wt％B-其余Mo形成的釬料(26、27)。文檔編號(hào)H01J23/02GK101568402SQ20088000124公開(kāi)日2009年10月28日申請(qǐng)日期2008年9月8日優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日發(fā)明者上田誠(chéng),森岡勉申請(qǐng)人:東芝北斗電子株式會(huì)社;東芝高新材料公司