磁控管陰極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及磁控管陰極。磁控管陰極包括：包含在陰極主體（16）中的電子發(fā)射材料，以及用于支撐陰極主體（16）的支撐結構（11）。支撐結構（11）具有縱向軸線且包括第一部分（12）和第二部分（13），所述第一部分（12）具有與第一端帽（12b）一體形成的第一圓柱體（12a），所述第二部分（13）具有與第二端帽（13b）一體形成的第二圓柱體（13a）。第一圓柱體和第二圓柱體具有在縱向軸線方向的重疊區(qū)域（d）且連接在一起，陰極主體（16）圍繞支撐結構的第一部分（12）的第一圓柱體（12a）定位且通過焊接連接部連接到第一圓柱體。第一圓柱體的外表面在焊接連接部處開槽。
【專利說明】磁控管陰極
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁控管陰極以及包括該陰極的磁控管。
【背景技術】
[0002]磁控管是產(chǎn)生高頻功率的設備。在一種類型的磁控管中，陰極以大體同軸的布置被陽極包圍。陽極包括諧振陽極空腔，諧振陽極空腔可以例如通過多個徑向延伸的陽極葉片或通過一些其他構造限定，且陰極表面和陽極葉片尖端之間的空間提供互相感應空間。在操作中，電場在陽極和陰極之間確立，且磁場設置成橫向于電場。來自陰極的電子被電場和磁場作用。諧振在陽極空腔中建立以產(chǎn)生通過合適的耦合機構從陽極空間提取的高頻能量。
[0003]一種已知磁控管在圖1中以縱向剖面示意性示出。磁控管包括同軸地包圍沿其縱向軸線布置的陰極2的大體環(huán)形空腔I。陽極3包括八個葉片4和空腔I的壁5。兩個磁極件6和7布置在陰極2的相對端且設計成產(chǎn)生在磁控管的互相感應的區(qū)域中的實質(zhì)上軸向的場。U形件8提供用于磁通的返回路徑。陽極條組9被包括以連接葉片4中交替的一些從而控制磁控管諧振模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明第一方面,磁控管陰極包括:含有電子發(fā)射材料(electron emissivematerial)的圓柱形陰極主體以及布置成支撐陰極主體的支撐結構。支撐結構具有縱向軸線且包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有與第一端帽一體形成的第一圓柱體，所述第二部分具有與第二端帽一體形成的第二圓柱體。所述第一圓柱體和所述第二圓柱體具有在縱向軸線方向的重疊區(qū)域且連接在一起，所述陰極主體圍繞所述支撐結構的所述第一部分的所述第一圓柱體定位且通過焊接連接部連接到第一圓柱體。第一圓柱體的外表面在所述焊接連接部處開槽。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的磁控管陰極可具有結構上強健且相對硬的構造。這在例如機械應力導致的運動可導致輸出改變且導致不期望的計量改變的X射線放射療法應用中尤其有利。強健且相對硬的結構有助于抵消這些不期望的影響。根據(jù)本發(fā)明的磁控管陰極可有利地用于X射線斷層照相，或其他涉及資源運動的應用中，以提供一致的輸出，甚至在例如涉及旋轉的應力時。磁控管部件之間的相對運動可導致輸出頻率的偏移和其他不期望的結果中。根據(jù)本發(fā)明的具有支撐結構的磁控管陰極可解決這些問題。其還可提供比常規(guī)結構的磁控管陰極更輕的輕質(zhì)磁控管陰極，因為本發(fā)明方法可獲得的另外的硬度。根據(jù)本發(fā)明的實施方式還可以在其他應用中是有益的。
[0006]另外，根據(jù)本發(fā)明的磁控管陰極的構造趨向于便于制造磁控管陰極，因為端帽和圓柱體部分的整體性質(zhì)以及重疊區(qū)域可提供在組裝中的自夾緊，導致更精確的最終尺寸以及重復性且因此影響陰極的質(zhì)量。而且，端帽和圓柱體部分的整體性質(zhì)提供這些部分之間的固定關系，而無論例如在操作中陰極需要如何的運動，這對磁控管的一致輸出是期望的。這還在船運中是有用的以減少處理或船運期間陰極干擾或運動的風險，這再次對于操作磁控管是有益的。
[0007]端帽有時稱為端件，用于幫助約束磁控管陽極和陰極之間的空間中的電子。實施方式可包括配置有彎曲表面或平表面的端帽部分。
[0008]支撐結構的第一部分的第一圓柱體的帶凹槽外表面可在組裝之前包括有焊接材料。在加熱以形成與陰極主體的焊接連接部之后，在其后的磁控管操作期間，帶凹槽外表面可通過提供焊接部件之間的鍵合來幫助維持結構完整性，因為焊接材料的一些可保持在凹槽中。另外，凹槽的構造可被選擇以提供在制造中焊接材料相對一致的分布，這可以是有利的，例如，因為其趨向于允許磁控管陰極發(fā)射區(qū)域的精確定位。
[0009]在一個實施方式中，多個周向凹槽被包括在支撐結構圓柱體的外表面中在與陰極主體的焊接連接部處。凹槽中每個或一些可以是連續(xù)的。如果一些或所有凹槽是不連續(xù)的，則凹槽可被對齊使得鄰近凹槽中的不連續(xù)性可定位在圓周處的不同位置，以給予交錯的構造。
[0010]在一個實施方式中，所述第一圓柱體的外表面包括在與陰極主體的焊接連接部處的至少一個螺旋凹槽。這提供了在組裝過程期間焊接材料的縱向和周向分布的源，且還可提供在縱向和周向方向上的機械支撐。
[0011]在一個實施方式中，使用交叉的螺旋和周向凹槽的組合。在其他實施方式中還可使用其他凹槽構造。
[0012]凹槽輪廓在凹槽區(qū)域不同部分處可以是V形的、U形的或V和U形凹槽的組合。其他輪廓或輪廓組合可被使用，例如，輪廓可以是具有相對于彼此成直角的平壁的三面溝槽。
[0013]在一個實施方式中，第一和第二圓柱體的重疊區(qū)域在縱向軸線方向上定位成相對于到所述支撐結構的中心更靠近所述支撐結構的一端。在另一實施方式中，重疊區(qū)域中心地定位且在另一實施方式中，其沿著第一和第二圓柱體的實質(zhì)上整個長度是延伸的。后者的構造提供良好的強度和硬度，但是需要更多材料且可能較重，這對于某些應用是不期望的。
[0014]在一個實施方式中，第一圓柱體具有比所述第二圓柱體長的軸向長度，且所述第一圓柱體在所述重疊區(qū)域中定位在所述第二圓柱體內(nèi)部。
[0015]在一個實施方式中，第一部分和第二部分通過焊接連接部連接?？墒褂闷渌愋偷倪B接部，例如，冷焊連接部。
[0016]在一個實施方式中，第一部分和第二部分通過摩擦連接部連接。這可提供強健的結構，例如通過確保第一和第二部分具有合適尺寸用于牢固連接和/或重疊區(qū)域足夠長和/或第一和第二部分通過磁控管陰極或包括陰極的磁控管的其他部件而固定在合適位置。摩擦連接部可減少所需要的制造和組裝步驟的數(shù)量。
[0017]在一個實施方式中，支撐結構的外表面在所述支撐結構的至少一端處具有比在所述支撐機構的端部之間的較小直徑大的較大直徑，且所述陰極主體定位在所述較小直徑處。陰極主體可定位在較小直徑的整個區(qū)域上或其選擇區(qū)域上。
[0018]在一個實施方式中，第一圓柱體具有在所述較大直徑和所述較小直徑之間的臺階，且所述臺階鄰近所述陰極主體。該臺階可用于將陰極主體定位于在組裝期間有用的期望位置中，且還可幫助在包括陰極的磁控管的操作期間固定陰極主體。包含在陰極主體中的電子發(fā)射材料可通過熱離子發(fā)射、次級電子發(fā)射、半導體過程或一些其他合適機制或機制組合來產(chǎn)生電子。
[0019]在一個實施方式中，陰極主體是分配器陰極主體。在另一實施方式中，陰極主體是氧化物陰極。在氧化物陰極中，半導體類型的機構提供來自電子發(fā)射材料的電子。氧化物陰極可以是鎳的或一些其他合適材料的，作為包含發(fā)射材料的基體。
[0020]在一個實施方式中，第一部分和第二部分中的至少一個是耐火材料(refractorymaterial)。第一部分可以是與第二部分相同材料的，或它們可以是不同的材料。
[0021]在一個實施方式中，第一部分和第二部分中的至少一個部分是鑰的且包括在所述第一部分和所述第二部分中的所述至少一個的表面中的至少一部分上的滲碳鑰(carburized molybdenum)?這可減少來自表面的非真電子(spurious electron)的產(chǎn)生，否則非真電子可能與磁控管的期望操作干擾。
[0022]在其中端帽是彎曲的一個實施方式中，所述彎曲表面中的至少一部分是滲碳鑰的。
[0023]在一個實施方式中，加熱器線圈定位在所述支撐結構內(nèi)且與所述支撐結構接觸。支撐結構相對硬的構造允許保持良好的熱接觸且還以強健的方式將加熱器線圈保持在合適位置。加熱可經(jīng)由傳導或通過例如傳導和輻射的組合而提供。在另一實施方式中，加熱器線圈與支撐結構間隔開且輻射是用于將熱能傳遞到電子發(fā)射材料的主要機制。
[0024]在一個實施方 式中，加熱器裝于絕緣材料中。
[0025]根據(jù)本發(fā)明第二方面，磁控管包括陽極結構和根據(jù)本發(fā)明第一方面的磁控管陰極，所述陽極結構與所述磁控管陰極同軸布置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的一些實施方式現(xiàn)在將以示例的方式并參照附圖進行描述，其中:
[0027]圖1以縱向截面示例性示出之前已知的磁控管；
[0028]圖2以縱向截面示例性示出根據(jù)本發(fā)明的磁控管陰極；
[0029]圖3示例性示出根據(jù)本發(fā)明的另一磁控管陰極；以及
[0030]圖4以縱向截面示例性示出包括圖2的陰極的磁控管。
【具體實施方式】
[0031]參照圖2，磁控管陰極10包括支撐結構11，支撐結構11具有縱向軸線X-X且由第一部分12和第二部分13形成。第一部分12包括與第一端帽12b —體形成的第一圓柱體12a。第二部分13包括與第二端帽13b —體形成的第二圓柱體13a。第一圓柱體12a具有比第二圓柱體13a大的縱向長度且具有比第二圓柱體13a的內(nèi)徑小的外徑。兩個圓柱體12a和13a在縱向方向上以量d重疊，且焊接在一起。尺寸和焊接材料提供第一圓柱體12a和第二圓柱體13a之間的牢固連接。
[0032]第一圓柱體12a具有較靠近第一端帽13a處的較大外徑以提供臺階14。第二圓柱體的端部限定在徑向方向上具有與第一臺階14相同高度的另一臺階15。分配器陰極主體16包括包含在鎢支撐基體中的電子發(fā)射材料且配置成圍繞支撐結構11的外表面定位的圓柱體，定位在臺階14和15之間且Htt鄰臺階14和15。支撐結構11的外表面中的多個周向凹槽17在組裝之前保持焊接材料17a，該焊接材料17a在被加熱時在分配器陰極主體16的內(nèi)表面和支撐結構11的外表面之間流動以形成將分配器陰極主體16固定到支撐結構11的連接部。一些焊接材料17a在組裝之后保持在凹槽17中以提供另外的連接強度。
[0033]在該實施方式中，加熱器18定位在支撐結構11中且為清楚起見在圖2中以非剖面視圖示出。加熱器18包括涂覆有電絕緣材料的導電線圈且定位成與支撐結構11的內(nèi)徑接觸。在包括圖2的陰極的磁控管的操作期間，電流通過線圈以產(chǎn)生熱，熱經(jīng)由傳導和輻射到達發(fā)射材料以產(chǎn)生從分配器陰極主體16發(fā)出的熱電子。支撐結構的相對硬的本質(zhì)由于其結構而允許線圈被穩(wěn)固地保持抵住支撐結構的內(nèi)表面，從而提供良好的熱傳遞特性。加熱器導體的端部穿過陶瓷端件19。
[0034]在另一實施方式中，分配器陰極主體可通過使電流通過其而直接加熱或其可通過來自加熱器的輻射被加熱，而不必和支撐結構接觸。
[0035]第一端帽12b和第二端帽13b在該實施方式中都是彎曲的。在其他實施方式中，例如，一個或兩者可以是非彎曲的使得它們實質(zhì)上在垂直于縱向軸線X-X的方向上是延伸的。
[0036]第一和第二部件12和13是鑰。端帽12b和13b的彎曲外表面21和22是粗糙的且是滲碳的，如虛線所示。這趨向于減少來自那些區(qū)域的可能另外導致磁控管輸出干擾的不期望的電子發(fā)射。
[0037]參照圖3，另一磁控管陰極23包括支撐結構24，支撐結構24具有縱向軸線X-X且由第一部分25和第二部分26形成。第一部分25包括與第一端帽25b —體形成的第一圓柱體25a。第二部分26包括與第二端帽26b —體形成的第二圓柱體26a。第一圓柱體25a具有比第二圓柱體26a小的直徑且定位在第二圓柱體26內(nèi)。第一圓柱體25a和第二圓柱體26a具有類似的縱向長度且在端帽25b和26b之間的縱向距離的大部分上重疊。圓柱體25a和26a可焊接在一起、具有其間的摩擦連接或通過一些其他合適的方式保持在合適位置中。
[0038]在圖3的實施方式中，氧化物陰極主體27通過支撐結構24支撐且通過焊接連接部連接到支撐結構24。加熱器28提供類似于圖2中所示磁控管陰極的間接導熱的間接導熱。在其他實施方式中，可使用如以上提及的其他加熱器布置，例如。在支撐結構24的外表面上的螺旋凹槽29包括在組裝后提供另外的連接強度的一些焊接材料29a。
[0039]圖4示例性示出了包括圖2的磁控管陰極10的磁控管。另一磁控管包括圖3的磁控管陰極。
[0040]本發(fā)明可以以其他具體形式體現(xiàn)，而不偏離其精神或?qū)嵸|(zhì)性特點。所描述的實施方式在所有方面被認為是僅僅示例性的而非限制性的。因此本發(fā)明范圍通過所附權利要求表示而非通過以上描述表示。在權利要求等同的意思和范圍內(nèi)的所有改變將被包括在其范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種磁控管陰極，包括:含有電子發(fā)射材料的圓柱形陰極主體以及布置成支撐所述陰極主體的支撐結構，所述支撐結構具有縱向軸線且包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有與第一端帽一體形成的第一圓柱體，所述第二部分具有與第二端帽一體形成的第二圓柱體，所述第一圓柱體和所述第二圓柱體具有在縱向軸線方向上的重疊區(qū)域且連接在一起，所述陰極主體圍繞所述支撐結構的所述第一部分的所述第一圓柱體定位且通過焊接連接部連接到所述第一圓柱體，且所述第一圓柱體的外表面在所述焊接連接部處開槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體的外表面包括在所述焊接連接部處的多個周向凹槽和/或在所述焊接連接部處的至少一個螺旋凹槽。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述重疊區(qū)域在縱向軸線方向上定位成相對于到所述支撐結構的中心更靠近所述支撐結構的一端。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體具有比所述第二圓柱體長的軸向長度，且所述第一圓柱體在所述重疊區(qū)域中定位在所述第二圓柱體內(nèi)部。
5.根據(jù)權利要求3所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體具有比所述第二圓柱體長的軸向長度，且所述第一圓柱體在所述重疊區(qū)域中定位在所述第二圓柱體內(nèi)部。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述第一部分和所述第二部分通過摩擦連接部連接。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述第一部分和所述第二部分通過焊接連接部連接。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述支撐結構的外表面在所述支撐結構的至少一端處具有比在所述支撐機構的端部之間的較小直徑大的較大直徑，且所述陰極主體定位在所述較小直徑處。
9.根據(jù)權利要求8所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體具有在所述較大直徑和所述較小直徑之間的臺階，且所述臺階鄰近所述陰極主體。
10.根據(jù)權利要求9所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體具有比所述第二圓柱體長的軸向長度，且所述第一圓柱體在所述重疊區(qū)域中定位在所述第二圓柱體內(nèi)部。
11.根據(jù)權利要求8所述的磁控管陰極，其中所述第一圓柱體具有比所述第二圓柱體長的軸向長度，且所述第一圓柱體在所述重疊區(qū)域中定位在所述第二圓柱體內(nèi)部。
12.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個是耐火材料。
13.根據(jù)權利要求12所述的磁控管陰極，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個是鑰的且包括在所述第一部分和所述第二部分中的所述至少一個的表面中的至少一部分上的滲碳鑰。
14.根據(jù)權利要求13所述的磁控管陰極，其中端帽是彎曲的且所述彎曲表面中的至少一部分是滲碳鑰的。
15.根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，包括定位在所述支撐結構內(nèi)且與所述支撐結構接觸的加熱器線圈。
16.根據(jù)任一前述權利要求所述的磁控管陰極，其中所述陰極主體是分配器陰極主體。
17.—種磁控管，包括陽極結構和根據(jù)權利要求1或2所述的磁控管陰極，所述陽極結構與所述磁控管陰極同軸布置。
【文檔編號】H01J23/05GK103681175SQ201310416884
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2012年9月13日
【發(fā)明者】克萊夫·羅伯茨, 羅伯特·查爾斯·洛奇 申請人:E2V技術（英國）有限公司