一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，包括以下步骤：(1)将阴极进行湿法处理；(2)将湿法处理完成后的阴极进行干燥处理；(3)将干燥后的阴极置入高温炉中进行净化还原退火处理；(4)将退火处理后的阴极进行等离子蚀刻；本发明专利技术采用湿法去除阴极表面的残盐，阴极的蒸发速率相比于传统工艺方法降低一倍，等离子刻蚀去掉阴极表面的氧化物以及表面形变层，制备了表面洁净且曲率尺寸无变化的阴极表面，提高阴极寿命及抗中毒性。

A compound surface treatment method of cathode for microwave vacuum electronic device

【技术实现步骤摘要】
一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法
本专利技术涉及一种阴极的表面处理方法，尤其涉及一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法。
技术介绍
微波真空电子器件在全球的国防装备、国民经济中占据了不可替代的作用，其中行波管因其高功率、宽频带、低噪声、高增益等优良特性，广泛应用于雷达、精确制导、电子对抗、深空探测系统和星际通讯等相关系统中，被誉为军事电子设备的心脏。随着武器装备用、商用通信卫星等微波电子器件的快速发展，对行波管提出更高的要求：小型化、长寿命、高可靠。这些苛刻要求与行波管的“心脏”阴极密切相关，阴极作为行波管正常运行的核心部件，发射电子并与信号相互作用，直接决定着行波管的性能及可靠性。为了保证微波器件系统中行波管的寿命、可靠性，需要提高阴极的工艺可靠性(尤其是小型化阴极)，为武器装备用行波管长寿命和高可靠作保障。阴极制造过程中，不可避免会产生缺陷：表面氧化物、残盐(铝酸盐)，这些缺陷影响阴极的性能及可靠性。传统的阴极表面处理主要是采用金属尖椎与砂纸处理阴极表面，去除表面氧化物、残盐。该方法比较简洁有效，可以去掉阴极表面大部分铝酸盐、氧化物，但该方法容易造成阴极缝隙里面有残盐、阴极表面挤削、阴极曲率半径尺寸发生变化等缺陷，尤其是空间用阴极(直径尺寸偏小)。缝隙里面有残盐会造成阴极蒸发过大，影响微波器件的寿命；表面挤削会使阴极发射电子能力变差，影响发射信号；阴极曲率半径尺寸发生变化会使阴极发射的电子注发生变化，影响信号的互作用。目前，国外提出化学湿法刻蚀(乙二胺四乙酸)处理阴极表面的氧化物、残盐，但化学溶液进入阴极基体的孔隙，易造成铝酸盐失效及阴极基体孔隙状态发生变化。国内提出去离子水清洗去除阴极表面的残盐，但该工艺无法去除其表面氧化物。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够降低阴极的蒸发速率、提高阴极寿命及可靠性的微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法。技术方案：本专利技术所述的一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，包括以下步骤：(1)将阴极进行湿法处理；(2)将湿法处理完成后的阴极进行干燥处理；(3)将干燥后的阴极置入高温炉中进行净化还原退火处理；(4)将退火处理后的阴极进行等离子蚀刻。优选的，步骤(1)中所述湿法处理包括以下步骤：(a)将阴极在去离子水中超声清洗5min-25min，超声仪器的功率为50W-200W；铝酸盐的主要晶相为Ba3Al2O6和Ba3CaAl2O7，易溶于水使其分解，超声清洗可使表面及孔隙溶解的铝酸盐去除。(b)将阴极在丙酮中超声清洗3min-5min，超声仪器的功率选择为50W-200W；去除表面的可能沾染的有机物；(c)将阴极在酒精中超声清洗5min-20min，超声仪器的功率选择为50W-200W；去除表面的可能沾染的有机物。优选的，将阴极放入模具中进行超声波清洗，所述模具使阴极的表面朝下，热子部位朝上；湿法处理时，保证阴极表面浸入液体，而热子部位不接触液体。优选的，步骤(2)中所述干燥处理为将湿法处理后的阴极置入烘箱中，所述烘箱温度为100℃-120℃，烘干时间为0.5h-1h，除去阴极表面吸附的水分。优选的，步骤(3)中所述净化还原处理为将阴极置入马弗炉中，氢气气氛，温度设置900℃-1050℃，时间为0.5h-1h退火处理；碳酸钙的分解温度为700-900℃，碳酸钡的分解温度为900℃-1200℃，需要对湿法工艺处理的阴极孔隙内部铝酸盐进行净化还原处理，使其再次结晶。优选的，步骤(4)中所述等离子蚀刻具体为将阴极放在磁控溅射设备中，本地真空1×10-4Pa，刻蚀电压1100V，刻蚀电流为200mA-400mA，刻蚀时间为15min-40min，采用磁控溅射台，基片接负高压，靶接地，阴极表面受到电场加速离子的轰击，溅射去掉表面的污染物以及挤削处，获得高质量阴极表面状态。有益效果：本专利技术采用湿法去除阴极表面的残盐，同时阴极表面的曲率尺寸公差达到±0.01mm，阴极的蒸发速率相比于传统工艺方法降低一倍，等离子刻蚀去掉阴极表面的氧化物以及表面形变层，制备了表面洁净且曲率尺寸无变化的阴极表面，提高阴极寿命及抗中毒性(抗恶劣环境特性)，进而提高行波管的可靠性。本专利技术的表面处理方法处理后的阴极表面质量提高，孔隙清晰，无残盐；阴极的蒸发速率显著降低，为0.5-1.5×10-10g·cm-2·s-1(1050℃，传统工艺制备阴极的蒸发速率4-6×10-10g·cm-2·s-1))；阴极在≥1×10-4Pa仍有较好的发射性能(传统工艺制备的阴极在≥1×10-5Pa有较好的发射性能)；阴极在支取电流密度11A/cm2，寿命时间≥3000h(传统工艺制备的阴极支取电流密度11A/cm2，寿命时间≥2000h)；可应用于L波段、脉冲功率3kW和Ku波段、脉冲功率5kW的行波管。附图说明图1微波真空器件用阴极-热子部位示意图；图2传统方法处理的阴极表面微观形貌；图3本专利技术处理的阴极表面微观形貌。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图及实施例对本专利技术作详细描述。实施例1本实施例所述一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，包括以下步骤：(1)将阴极进行湿法处理，具体如下：(a)将阴极置于模具中，模具使阴极1的表面朝下，热子部位2朝上，在去离子水中超声清洗5min，超声仪器的功率为200W；超声清洗可使表面及孔隙溶解的铝酸盐去除。阴极及热子部位的安装如附图1。(b)将阴极置于模具中，模具使阴极的表面朝下，热子部位朝上，在丙酮中超声清洗3min，超声仪器的功率选择为200W；去除表面的可能沾染的有机物；(c)将阴极置于模具中，模具使阴极的表面朝下，热子部位朝上，在酒精中超声清洗5min，超声仪器的功率选择为200W；去除表面的可能沾染的有机物。(2)将湿法处理后的阴极置入烘箱中，所述烘箱温度为100℃，烘干时间为1h，除去阴极表面吸附的水分。(3)将阴极置入马弗炉中，氢气气氛，温度设置900℃，时间为1h退火处理；对湿法工艺处理的阴极孔隙内部铝酸盐进行净化还原处理，使其再次结晶。(4)将阴极放在磁控溅射设备中，本地真空1×10-4Pa，刻蚀电压1100V，刻蚀电流为200mA，刻蚀时间为40min，采用磁控溅射台，基片接负高压，靶接地，阴极表面受到电场加速离子的轰击，溅射去掉表面的污染物以及挤削处，获得高质量阴极表面状态。实施例2本实施例所述一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，包括以下步骤：(1)将阴极进行湿法处理，具体如下：(a)将阴极置于模具中，模具使阴极的表面朝下，热子部位朝上，在去离子水中超声清洗25min，超声仪器的功率为50W；超声清洗可使表面及孔隙溶解的铝酸盐去除。(b)将阴极置于模具中，模具使阴极的表面朝下，热子部位朝上，在丙酮中超声清洗5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将阴极进行湿法处理；/n(2)将湿法处理完成后的阴极进行干燥处理；/n(3)将干燥后的阴极置入高温炉中进行净化还原退火处理；/n(4)将退火处理后的阴极进行等离子蚀刻。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将阴极进行湿法处理；
(2)将湿法处理完成后的阴极进行干燥处理；
(3)将干燥后的阴极置入高温炉中进行净化还原退火处理；
(4)将退火处理后的阴极进行等离子蚀刻。


2.根据权利要求1所述的一种微波真空电子器件用阴极的复式表面处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述湿法处理包括以下步骤：
(a)将阴极在去离子水中超声清洗5min-25min，超声仪器的功率为50W-200W；
(b)将阴极在丙酮中超声清洗3min-5min，超声仪器的功率选择为50W-200W；
(c)将阴极在酒精中超声清洗5min-20min，超声仪器的功率选择为50W-200W。

【专利技术属性】
技术研发人员：范亚松，胡文景，梁田，王玉春，马静，赵请，张毅，张坤，
申请(专利权)人：南京三乐集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32