專利名稱：熱陰極用熱子的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波器件技術(shù)領(lǐng)域，是一種熱陰極用熱子的制備方法，用于熱陰極的熱子制備。
背景技術(shù)：
電真空器件中加熱陰極的零件，稱為熱子。微波真空電子技術(shù)是一個(gè)歷史悠久，充滿活力，且發(fā)展?jié)摿薮蟮难芯款I(lǐng)域。同時(shí)，微波真空電子技術(shù)是一種包括微波電子學(xué)、陰極電子學(xué)、電磁場(chǎng)理論、材料技術(shù)、真空技術(shù)、數(shù)值計(jì)算技術(shù)及計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)等學(xué)科的綜合性極強(qiáng)的研究領(lǐng)域。發(fā)展歷史表明， 微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展取決于一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，并決定著該國(guó)的微波真空電子器件的發(fā)展水平。因此，目前只有美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、日本、德國(guó)、中國(guó)等綜合科技實(shí)力強(qiáng)的大國(guó)才具有高性能微波真空電子器件研制和生產(chǎn)應(yīng)用的能力。微波真空電子器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子加速器、全球定位、可控?zé)岷司圩兗拔磥?lái)軍事前沿的高功率微波武器等方面，其獨(dú)特的功能和優(yōu)越的性能，特別是在大功率和高頻段的情況下，是其他器件所不能取代的。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，雖然常規(guī)微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的理論已基本成熟，然而現(xiàn)代高技術(shù)微波器件對(duì)微波信號(hào)的功率、頻率、帶寬等工作特性不斷提出新的發(fā)展需求。這些需求主要表現(xiàn)在要求更高的頻率、更大的功率、更寬的頻帶、更高的效率和新的工作特性，從而對(duì)微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。而擔(dān)當(dāng)電子發(fā)射的熱陰極及熱子又是微波真空電子器件中最為核心的部分，熱子性能好壞將直接影響微波源的輸出性能和壽命，進(jìn)而影響衛(wèi)星及高功率微波器件的性能和壽命。因此研究熱陰極用高可靠熱子，對(duì)于推動(dòng)衛(wèi)星通信及高功率微波器件等技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。熱子材料一般選用鎢或鎢合金，如鎢鉬、鎢錸、鎢鋁等。一般熱子結(jié)構(gòu)的熱子制備方法是1.繞絲熱子所用的絲為鎢或鎢合金絲。繞絲的芯絲為鉬絲，利用繞絲機(jī)將鎢或鎢合金絲連續(xù)或間斷繞在芯絲為鉬的絲上。2.清洗將繞好的螺旋絲用20% NaOH水溶液煮沸，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，直至鎢絲表面石墨乳洗凈為止，然后用自來(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水煮兩遍，經(jīng)無(wú)水乙醇脫水后烘干。3.退火將洗好并烘干后的螺旋絲放入氫爐中，升高加熱電壓到1000°C B，維持10 分鐘，斷電冷卻到室溫后取出。4.成形將已退火的螺旋絲剪好所需長(zhǎng)度，在熱子專用模具上繞制成形。5.定形熱子成形后穿上定形桿，彎好腿，在培養(yǎng)皿中用丙酮浸泡2小時(shí)以上，將丙酮溶液倒出，用電吹風(fēng)吹干后，將定形桿連同熱子擺放在鉬舟中，放入氫爐加熱電壓升到 1400°C B，維持10分鐘后斷電冷卻到室溫后取出。6.溶芯將定形好的熱子從定形桿上取下來(lái)，用混酸(混酸配50% HN03+30%H2S04+20% H2O)溶去鉬芯絲。7.插腿剪好所需長(zhǎng)的鉬絲，插腿。鉬絲要插到螺旋腿的根部，螺旋腿部分要用鉗子加緊，避免鉬絲脫落。8.清洗將做好的熱子用20% NaOH水溶液煮沸，然后用自來(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水煮2遍，經(jīng)無(wú)水乙醇脫水后烘干。9.去氣將熱子放入氫爐中，加熱電壓升到900°CB，維持10分鐘，斷電冷卻到室溫后取出。10.檢查用電阻測(cè)試儀測(cè)熱子的冷阻，看是否符合要求，若不符合則廢棄。但這種傳統(tǒng)熱子的制備方法有一個(gè)缺點(diǎn)在第7步中鉬絲要插到螺旋腿的根部， 螺旋腿部分要用鉗子加緊，避免鉬絲脫落。螺旋腿部分用鉗子加緊的過(guò)程中會(huì)造成螺旋腿部分的鎢或鎢合金絲粉碎(廢品，占50-70%)或出現(xiàn)損傷(合格品，占30-50%。從圖3 可以看到有裂紋的熱子螺旋腿)，從而造成熱子螺旋腿和插腿之間具有接觸電阻大、耐震動(dòng)性能差、抗熱沖擊性能差和可靠性低等缺點(diǎn)。另外這種熱子在電泳后和使用一段時(shí)間后，鉬插腿與螺旋腿之間會(huì)出現(xiàn)絕緣造成廢品(約占20%左右)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)熱子制備方法的缺點(diǎn)，提供一種熱陰極用熱子的制備方法，可避免螺旋腿部分的鎢或鎢合金絲出現(xiàn)損傷，從而制備出具有螺旋腿與插腿之間接觸電阻小、耐震動(dòng)性能好、抗熱沖擊性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的熱陰極用熱子。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種熱陰極用熱子的制備方法，其用高溫焊料焊接技術(shù)將鎢螺旋熱子與熱子插腿焊接在一起，包括步驟(1)利用繞絲機(jī)將鎢或鎢合金絲繞在芯絲為鉬的絲上；(2)將繞好的螺旋絲用20% NaOH水溶液煮沸，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗；(3)將洗凈的螺旋絲放入氫爐中，升高加熱電壓到< 1000°C B，維持< 10分鐘，斷電冷卻到室溫后取出；(4)將已退火的螺旋絲剪好所需長(zhǎng)度，在熱子專用模具上繞制成形；(5)將成形后的熱子穿上定形桿，彎好腿，放入氫爐中，將加熱電壓升到 (14000C B，維持彡10分鐘后斷電冷卻到室溫后取出；(6)將定形好的熱子用混酸溶去鉬芯絲；(7)將鉬插腿插入螺旋腿，并將其放入丙酮溶液中超聲清洗干凈；(8)在插入鉬芯絲的螺旋腿部分涂抹上用有機(jī)溶劑調(diào)好的焊料漿；(9)將涂上焊料漿的熱子放入氫爐中，加熱電壓升到焊料熔點(diǎn)，維持< 1分鐘，斷電冷卻到室溫后取出；保溫時(shí)間不可太長(zhǎng)或太短，時(shí)間太長(zhǎng)則熱子易脆，時(shí)間太短則焊料未完全融化；(10)檢查用電阻測(cè)試儀測(cè)熱子的冷阻，看是否符合要求，符合要求的為成品，若不符合則廢棄。所述的制備方法，其所述(6)步中的混酸，其配方為50% HN0s+30% H2S04+20% H2O。
所述的制備方法，其所述(8)步中的有機(jī)溶劑，為硝棉或甘油等有機(jī)溶液。所述的制備方法，其所述(8)、(9)步中的焊料、焊料熔點(diǎn)，焊料為高溫焊料，焊料熔點(diǎn)在1600°C B-2000°C 間，且焊料與鉬插腿和鎢或鎢合金螺旋腿都浸潤(rùn)的金屬或合金材料。所述的制備方法，其所述金屬或合金材料，為鉬，鉬-釕或鎢-鈷等。本發(fā)明方法，簡(jiǎn)單易行，制備的熱子具有螺旋絲與插腿之間具有接觸電阻小、耐震動(dòng)性能好、抗熱沖擊性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為傳統(tǒng)熱子制備方法制備的螺旋絲與插腿的掃描電鏡照片；圖2為采用本發(fā)明的方法制備的螺旋絲與插腿的掃描電鏡照片；圖3為采用本發(fā)明的方法制備的熱子的加熱電壓隨時(shí)間的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式為了避免傳統(tǒng)熱子制備方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明的熱陰極用高可靠熱子的制備方法， 是利用高溫焊料焊接技術(shù)將螺旋絲與插腿焊接在一起，從而使熱子的螺旋絲與插腿之間具觸電阻小、耐震動(dòng)性能好、抗熱沖擊性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。這種高溫焊料必須同時(shí)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)第一，它必須與鉬插腿和鎢或鎢合金螺旋腿都浸潤(rùn)，這樣才能保證焊接牢固。第二，它的熔點(diǎn)必須高于熱子工作溫度(一般1100°CB-140(TCB左右)，否則熱子在工作過(guò)程中造成焊料的蒸發(fā)。第三，它的溶點(diǎn)溫度必須高于熱子燒結(jié)絕緣材料的燒結(jié)溫度 (燒結(jié)溫度一般1600°C b-1800oC B)否則在燒結(jié)過(guò)程中造成焊料的蒸發(fā)，進(jìn)而造成鉬插腿和鎢或鎢合金螺旋腿之間的結(jié)合力下降，以及影響微波器件的性能。第四，高溫焊料的熔點(diǎn)不能太高，焊接溫度太高會(huì)造成熱子材料變脆，造成熱子耐震動(dòng)性能差。綜上所述，高溫焊料應(yīng)選用熔點(diǎn)在1600°C B-2000°C 間的與鉬插腿和鎢或鎢合金螺旋腿都浸潤(rùn)的金屬或合金材料(如鉬，鉬-釕，鎢-鈷等)。實(shí)施例一種熱陰極用熱子的制備方法，包括下列步驟1.利用繞絲機(jī)將鎢或鎢合金絲繞在芯絲為鉬的絲上。2.將繞好的螺旋絲用20% NaOH水溶液煮沸，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗。3.將洗凈的螺旋絲放入氫爐中，升高加熱電壓到1000°C B，維持10分鐘，斷電冷卻到室溫后取出。4.將已退火的螺旋絲剪好所需長(zhǎng)度，在熱子專用模具上繞制成形。5.將成形后的熱子穿上定形桿，彎好腿，放入氫爐加熱電壓升到1400°C B，維持10 分鐘后斷電冷卻到室溫后取出。6.將定形好的熱子用混酸(混酸配方50% HN0s+30% H2S04+20% H2O)溶去鉬芯絲。7.將鉬插腿插入螺旋腿，并將其放入丙酮溶液中超聲清洗干凈。8.在插入鉬芯絲的螺旋腿部分涂抹上用有機(jī)溶劑(如硝棉，甘油等)調(diào)好的焊料菜(60% Mo+40% Ru)。
9.將涂上焊料漿的熱子放入氫爐中，加熱電壓升到焊料熔點(diǎn)(1920°C B)，維持1分鐘，斷電冷卻到室溫后取出。10.檢查用電阻測(cè)試儀測(cè)熱子的冷阻，看是否符合要求，符合要求的為成品，若不符合則廢棄。采用本發(fā)明制備的螺旋絲與插腿的掃描電鏡照片見圖2。從圖上可以看出焊料將螺旋絲與插腿牢固地焊接在一起，螺旋絲上沒(méi)有任何裂紋，合格率100%。表1和表2給出了采用傳統(tǒng)方法和本發(fā)明制備的熱子的電阻。由兩表可看出采用本發(fā)明制備的熱子電阻比傳統(tǒng)方法制備的熱子電阻小10%，這說(shuō)明采用本發(fā)明方法制備的熱子，具有接觸電阻小、無(wú)損傷、耐震動(dòng)性能好、抗熱沖擊性能好、成品率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖3為采用本發(fā)明的方法制備的熱子在1100°C B時(shí)熱子電壓隨時(shí)間的變化曲線，從圖3可看出采用本發(fā)明的方法制備的熱子在高溫下壽命已超過(guò)3000小時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)斷路現(xiàn)象。目前在150余只各種微波管上使用了采用本發(fā)明的方法制備的熱子，沒(méi)有出現(xiàn)一只斷路。將本發(fā)明方法制備的熱子與用傳統(tǒng)方法制備的熱子相比較，其電阻值如表1、表2 所示。表1為采用傳統(tǒng)方法制備的熱子的電阻，表2為采用本發(fā)明方法制備的熱子的電阻。表1采用傳統(tǒng)方法制備的熱子的電阻
權(quán)利要求
1.一種熱陰極用熱子的制備方法，其特征在于，用高溫焊料焊接技術(shù)將鎢螺旋熱子與熱子插腿焊接在一起，包括步驟1)利用繞絲機(jī)將鎢或鎢合金絲繞在芯絲為鉬的絲上；2)將繞好的螺旋絲用20%NaOH水溶液煮沸，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗；3)將洗凈的螺旋絲放入氫爐中，升高加熱電壓到<1000°CB，維持< 10分鐘，斷電冷卻到室溫后取出；4)將已退火的螺旋絲剪好所需長(zhǎng)度，在熱子專用模具上繞制成形；5)將成形后的熱子穿上定形桿，彎好腿，放入氫爐中，將加熱電壓升到<1400°CB，維持 ^ 10分鐘后斷電冷卻到室溫后取出；6)將定形好的熱子用混酸溶去鉬芯絲；7)將鉬插腿插入螺旋腿，并將其放入丙酮溶液中超聲清洗干凈；8)在插入鉬芯絲的螺旋腿部分涂抹上用有機(jī)溶劑調(diào)好的焊料漿；9)將涂上焊料漿的熱子放入氫爐中，加熱電壓升到焊料熔點(diǎn)，維持<1分鐘，斷電冷卻到室溫后取出；10)檢查用電阻測(cè)試儀測(cè)熱子的冷阻，看是否符合要求，符合要求的為成品，若不符合則廢棄。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述8)步中的有機(jī)溶劑，為硝棉或甘油。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述8)、9)步中的焊料、焊料熔點(diǎn)，焊料為高溫焊料，焊料熔點(diǎn)在1600°CB-200(TCB之間，且焊料與鉬插腿和鎢或鎢合金螺旋腿都浸潤(rùn)的金屬或合金材料。
4.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述金屬或合金材料，為鉬，鉬-釕或鎢-鈷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱陰極用熱子的制備方法，涉及微波器件技術(shù)，用于熱陰極的熱子的制備，采用高溫焊料焊接技術(shù)將鎢螺旋熱子與熱子插腿焊接在一起，增強(qiáng)了鎢螺旋熱子與熱子插腿連接強(qiáng)度。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，制備的熱子，具有接觸電阻小、無(wú)損傷、耐震動(dòng)性能好、抗熱沖擊性能好、成品率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J9/04GK102468092SQ20101053460
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者劉燕文, 孟鳴鳳, 張連正, 徐偉, 徐強(qiáng), 徐振英, 朱虹, 楊丹, 鄧峰, 邯嬌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所