專利名稱：一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微波電真空技術領域，是一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，實現(xiàn)抑制柵極熱電子發(fā)射現(xiàn)象的目標，提高了脈沖行波管工作可靠性和穩(wěn)定性。
背景技術：
目前柵控脈沖行波管被廣泛應用于雷達、電子對抗等國防重點工程，其工作原理是通過在柵網(wǎng)上施加負直流電位來截止陰極電子的發(fā)射，或施加正脈沖調制信號來控制陰極電子的發(fā)射，從而使行波管工作在一定脈寬和重頻的脈沖調制狀態(tài)，實現(xiàn)高峰值功率的脈沖輸出。在柵控脈沖行波管的電子槍中，柵網(wǎng)是用來發(fā)揮控制極的作用，控制極本身是不應該有電子發(fā)射的，如果該控制極有電子發(fā)射，將擾亂從陰極發(fā)射出來的電子注的層流性， 使行波管電子注層流性變差，或導致調制器打火，嚴重時使行波管及其供電高壓電源失效， 從而極大程度上降低了柵控脈沖行波管的工作可靠性和穩(wěn)定性。目前柵控脈沖行波管均采用鉬(Mo)作為柵網(wǎng)材料，這是因為鉬不僅具備高溫電真空材料特性，還具有很好的塑性加工性能，但在行波管工作期間經常出現(xiàn)了柵極熱電子發(fā)射現(xiàn)象，導致發(fā)射機出現(xiàn)打火故障并失效。而目前針對這種現(xiàn)象通常采取的措施是對鉬基底柵網(wǎng)進行表面改性處理，即在鉬基底柵網(wǎng)上增加一層反發(fā)射薄膜(如C、Au、Hf、Pt等)，也能在一定程度上改善柵發(fā)射現(xiàn)象，但表面改性的薄膜與基底之間存在結合力不牢問題，有脫落現(xiàn)象，因此會產生次生問題影響脈沖行波管工作可靠性和穩(wěn)定性。由于脈沖行波管在現(xiàn)代軍事領域所占比例不斷上升，因此脈沖行波管的柵發(fā)射問題亟待徹底解決。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，是為了克服目前柵控脈沖行波管中鉬基底柵網(wǎng)的柵發(fā)射現(xiàn)象，提供一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，能夠有效抑制柵發(fā)射，提高柵控脈沖行波管的可靠性。該發(fā)明方法操作簡單、應用成果顯著。為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，用于改善脈沖行波管工作可靠性和穩(wěn)定性， 其采用鉿(Hf)材料作為柵網(wǎng)基底材料，制作脈沖行波管電子槍中的柵網(wǎng)。所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，其所述電子槍中的柵網(wǎng)，其制作工藝包括步驟a)柵網(wǎng)毛坯采用鉿金屬箔；b)將鉿箔在真空爐中進行退火，溫度是850士20°C，保溫15士3分鐘；c)將b步驟中獲得的退火態(tài)鉿箔，經過機械沖制加工成所需的球形弧面柵網(wǎng)毛坯；d)將C步驟中所得的柵網(wǎng)毛坯，采取電火花或光刻加工成所需的網(wǎng)狀結構；e)將d步驟中獲得的加工好的鉿柵網(wǎng)進行高溫真空去氣，再采用激光焊接方式將之與其支撐零件焊接牢固，得成品。所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射方法，其還包括裝配工藝f)將e步驟中所得的部件裝架到電子槍上；g)采用氬弧焊或真空爐焊接方式，將裝架好的電子槍與高頻組件進行對接。所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，其所述a步驟中，鉿箔的厚度為0.05 0. 08mmo所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射方法，其所述e步驟中的高溫真空去氣，其真空度優(yōu)于lX10_5Pa，溫度是800士20°C，保溫10士3分鐘。本發(fā)明的有益效果是通過在脈沖行波管電子槍中應用鉿基底柵網(wǎng)能杜絕柵發(fā)射現(xiàn)象，保證了脈沖行波管工作的可靠性和穩(wěn)定性，使管子工作更穩(wěn)定、更可靠、使用壽命更長。
圖1是本發(fā)明的一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法中所用柵網(wǎng)的三維示意圖；圖2是鉿基底柵網(wǎng)直流伏安特性曲線圖；圖3是鉬基底柵網(wǎng)俄歇電子能譜分析曲線圖；圖4是鉿基底柵網(wǎng)俄歇電子能譜分析曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，直接采用鉿(Hf)作為柵網(wǎng)材料。鉿也是高溫電真空材料，只是塑性加工性能較鉬差些，但經過嚴格控制退火工藝以及一系列的工藝操作流程，能有效提高成品率。另外需要特別強調的是由于鉿在一定的溫度下能與 H2^O2,N2發(fā)生反應，因此需要注意高溫時的環(huán)境氣氛，以免在一定的高溫下和一定的氣氛中鉿發(fā)生了物質形態(tài)的變化，導致柵網(wǎng)機械強度顯著降低。本發(fā)明的一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，特別涉及柵控脈沖行波管，通過大量二極管試驗和行波管制管應用試驗得到了鉿柵網(wǎng)抑制柵發(fā)射的作用機理是當?shù)鸵莩龉Φ年帢O活性蒸發(fā)物質(Ba、BaO)附著在鉿基底柵網(wǎng)上時，在一定的高溫下發(fā)生反應，得到了一種新的衍生物BaHfO3 (XRD分析結果)，從而阻止了 Ba原子向柵網(wǎng)基底的擴散，使得在柵網(wǎng)厚度方向上Ba原子的含量比鉬基底柵網(wǎng)少得多(俄歇分析結果)。因此鉿基底柵網(wǎng)在行波管電子槍工作期間其表面是一種穩(wěn)定金屬化合物的高逸出功狀態(tài)，從而達到抑制柵發(fā)射的目的，通過二極管試驗測試伏安特性得到其有效逸出功是P _。c=3. 055 eV，而鉬基底柵網(wǎng)在表面附著陰極活性蒸發(fā)物質后的有效逸出功是25 eV，因此鉿基底柵網(wǎng)表面即使附著了陰極的活性蒸發(fā)物質，也能表現(xiàn)出高逸出功的表面狀態(tài)，從而抑制了柵網(wǎng)的熱電子發(fā)射。因此在脈沖行波管中應用鉿基底柵網(wǎng)，能夠杜絕柵發(fā)射現(xiàn)象，從而使行波管工作更穩(wěn)定、更可靠、使用壽命更長。本發(fā)明的一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，具體工藝是首先采用厚度為0. 05 0. 08mm的鉿金屬箔作為柵網(wǎng)毛坯，其退火過程在真空爐中進行，主要退火工藝要求是850士20°C、保溫15士3分鐘。退火好的鉿箔經過機械沖制加工成所需的球形弧面，之后再采取電火花或光刻等方式加工成所需的網(wǎng)狀結構。加工好的柵網(wǎng)經過高溫真空去氣后，采用激光焊接鉿柵網(wǎng)及其支撐件，將包含鉿柵網(wǎng)的行波管電子槍與高頻組件進行對接時，需要采用氬弧焊或真空爐焊接。圖1是脈沖行波管中應用的柵網(wǎng)舉例，其厚度為0. 05 0. 08mm，徑向絲徑和環(huán)向絲徑一般為0. 03 0. 08mm。圖2是二極管試驗中Hf基底柵網(wǎng)表面附著陰極活性蒸發(fā)物質后的直流伏安特性曲線。在二極管試驗中采用鋇鎢浸漬鋁酸鹽覆膜陰極(6Ba0 · ICaO · 2A1203)作為蒸發(fā)源， 其直徑為Φ6πιπι，柵極直徑也為Φ6πιπι，兩極后方均有熱源，兩極距離為1 士0. 1mm。經過裝架、封裝、排氣、激活后，二極管的真空度優(yōu)于1 X10_5!^。首先進行陰極激活蒸發(fā)試驗，使得陰極的活性蒸發(fā)物Ba、BaO附著在對面的柵極表面上，之后將Hf基底柵網(wǎng)加熱到一定溫度，再改變陽極電壓(陰極相對于柵極來說可以充當陽極的作用)，得到一組直流發(fā)射伏安特性數(shù)據(jù)，通過計算得到拐點電流密度分別是0. 155X 10_3A/cm2，0. 471 X 10_3A/cm2， 1.246X10_3A/cm2。并結合理查森發(fā)射方程得到有效逸出功是P1(KKrc=3. 055 eV。圖3是俄歇電子能譜分析鉬基底柵網(wǎng)表面附著陰極活性蒸發(fā)物質后隨著縱向深度的增加各成分比例的變化(Ba、Mo、0)，結果表明Mo和Ba在一定的溫度下很容易結合并滲透，形成了 Mo-O-Ba的三明治結構，逸出功較低，具有較強的熱電子發(fā)射能力。圖4是鉿基底柵網(wǎng)表面附著陰極活性蒸發(fā)物質后的俄歇分析結果，可以看到隨著縱向深度的增加，Ba原子比例下降很快，即Ba原子向Hf基底擴散很少，主要集中在Hf基底表面或近表面。結合XRD分析得知鉿基底柵網(wǎng)表面得到了新的衍生物，因此表面逸出功較高，能夠抑制柵極熱電子發(fā)射。
權利要求
1.一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，用于改善脈沖行波管工作可靠性和穩(wěn)定性，其特征在于采用鉿材料作為柵網(wǎng)基底材料，制作脈沖行波管電子槍中的柵網(wǎng)。
2.如權利要求1所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，其特征在于，所述電子槍中的柵網(wǎng)，其制作工藝包括步驟a.柵網(wǎng)毛坯采用鉿金屬箔；b.將鉿箔在真空爐中進行退火，溫度是850士20°C，保溫15士3分鐘；c.將b步驟中獲得的退火態(tài)鉿箔，經過機械沖制加工成所需的球形弧面柵網(wǎng)毛坯；d.將c步驟中所得的柵網(wǎng)毛坯，采取電火花或光刻加工成所需的網(wǎng)狀結構；e.將d步驟中獲得的加工好的鉿柵網(wǎng)進行高溫真空去氣，再采用激光焊接方式將之與其支撐零件焊接牢固，得成品。
3.如權利要求2所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射方法，其特征在于，還包括裝配工藝f.將e步驟中所得的部件裝架到電子槍上；g.采用氬弧焊或真空爐焊接方式，將裝架好的電子槍與高頻組件進行對接。
4.如權利要求2所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射方法，其特征在于，所述a步驟中，鉿箔的厚度為0. 05 0. 08mm。
5.如權利要求2所述的抑制脈沖行波管柵發(fā)射方法，其特征在于，所述e步驟中的高溫真空去氣，其真空度優(yōu)于1\10-節(jié) 溫度是800士201，保溫10 士 3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制脈沖行波管柵發(fā)射的方法，涉及微波電真空技術，闡述了一種有效抑制脈沖行波管柵極熱電子發(fā)射(簡稱柵發(fā)射)的改進措施，即采用新型材料鉿(Hf)作為脈沖行波管電子槍中柵網(wǎng)的材料。該金屬具有較高的逸出功、低二次電子發(fā)射系數(shù)、以及高熔點/低飽和蒸汽壓的特性，通過二極管試驗及其物理分析，以及制管應用等試驗表明將這種鉿金屬箔作為柵網(wǎng)基底材料，能抑制目前脈沖行波管在工作壽命期間出現(xiàn)的柵發(fā)射現(xiàn)象，從而有力保障了柵控脈沖行波管工作的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號H01J25/36GK102446677SQ20101050416
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者呂薇, 姚劉聰, 王小霞, 蘇小保 申請人:中國科學院電子學研究所