热阴极用热子的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热阴极用热子的制备方法，涉及微波器件技术，用于热阴极的热子的制备，采用高温焊料焊接技术将钨螺旋热子与热子插腿焊接在一起，增强了钨螺旋热子与热子插腿连接强度。本发明专利技术方法简单易行，制备的热子，具有接触电阻小、无损伤、耐震动性能好、抗热冲击性能好、成品率高和可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波器件
，是一种，用于热阴极的热子制备。
技术介绍
电真空器件中加热阴极的零件，称为热子。微波真空电子技术是一个历史悠久，充满活力，且发展潜力巨大的研究领域。同时，微波真空电子技术是一种包括微波电子学、阴极电子学、电磁场理论、材料技术、真空技术、数值计算技术及计算机模拟仿真技术等学科的综合性极强的研究领域。发展历史表明， 微波真空电子器件及相关技术的发展取决于一个国家的综合实力，并决定着该国的微波真空电子器件的发展水平。因此，目前只有美国、俄罗斯、英国、法国、日本、德国、中国等综合科技实力强的大国才具有高性能微波真空电子器件研制和生产应用的能力。微波真空电子器件广泛应用于雷达、卫星通信、电子加速器、全球定位、可控热核聚变及未来军事前沿的高功率微波武器等方面，其独特的功能和优越的性能，特别是在大功率和高频段的情况下，是其他器件所不能取代的。历经数十年的发展，虽然常规微波真空电子器件及相关技术的理论已基本成熟，然而现代高技术微波器件对微波信号的功率、频率、带宽等工作特性不断提出新的发展需求。这些需求主要表现在要求更高的频率、更大的功率、更宽的频带、更高的效率和新的工作特性，从而对微波真空电子器件及相关技术的发展提出了新的挑战和发展机遇。而担当电子发射的热阴极及热子又是微波真空电子器件中最为核心的部分，热子性能好坏将直接影响微波源的输出性能和寿命，进而影响卫星及高功率微波器件的性能和寿命。因此研究热阴极用高可靠热子，对于推动卫星通信及高功率微波器件等技术的发展具有十分重要的意义。热子材料一般选用钨或钨合金，如钨钼、钨铼、钨铝等。一般热子结构的热子制备方法是1.绕丝热子所用的丝为钨或钨合金丝。绕丝的芯丝为钼丝，利用绕丝机将钨或钨合金丝连续或间断绕在芯丝为钼的丝上。2.清洗将绕好的螺旋丝用20% NaOH水溶液煮沸，用超声波清洗机进行清洗，直至钨丝表面石墨乳洗净为止，然后用自来水冲洗干净，再用蒸馏水煮两遍，经无水乙醇脱水后烘干。3.退火将洗好并烘干后的螺旋丝放入氢炉中，升高加热电压到1000°C B，维持10 分钟，断电冷却到室温后取出。4.成形将已退火的螺旋丝剪好所需长度，在热子专用模具上绕制成形。5.定形热子成形后穿上定形杆，弯好腿，在培养皿中用丙酮浸泡2小时以上，将丙酮溶液倒出，用电吹风吹干后，将定形杆连同热子摆放在钼舟中，放入氢炉加热电压升到 1400°C B，维持10分钟后断电冷却到室温后取出。6.溶芯将定形好的热子从定形杆上取下来，用混酸(混酸配50% HN03+30%H2S04+20% H2O)溶去钼芯丝。7.插腿剪好所需长的钼丝，插腿。钼丝要插到螺旋腿的根部，螺旋腿部分要用钳子加紧，避免钼丝脱落。8.清洗将做好的热子用20% NaOH水溶液煮沸，然后用自来水冲洗干净，再用蒸馏水煮2遍，经无水乙醇脱水后烘干。9.去气将热子放入氢炉中，加热电压升到900°CB，维持10分钟，断电冷却到室温后取出。10.检查用电阻测试仪测热子的冷阻，看是否符合要求，若不符合则废弃。但这种传统热子的制备方法有一个缺点在第7步中钼丝要插到螺旋腿的根部， 螺旋腿部分要用钳子加紧，避免钼丝脱落。螺旋腿部分用钳子加紧的过程中会造成螺旋腿部分的钨或钨合金丝粉碎(废品，占50-70%)或出现损伤(合格品，占30-50%。从图3 可以看到有裂纹的热子螺旋腿)，从而造成热子螺旋腿和插腿之间具有接触电阻大、耐震动性能差、抗热冲击性能差和可靠性低等缺点。另外这种热子在电泳后和使用一段时间后，钼插腿与螺旋腿之间会出现绝缘造成废品(约占20%左右)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服传统热子制备方法的缺点，提供一种，可避免螺旋腿部分的钨或钨合金丝出现损伤，从而制备出具有螺旋腿与插腿之间接触电阻小、耐震动性能好、抗热冲击性能好和可靠性高等优点的热阴极用热子。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种，其用高温焊料焊接技术将钨螺旋热子与热子插腿焊接在一起，包括步骤(1)利用绕丝机将钨或钨合金丝绕在芯丝为钼的丝上；(2)将绕好的螺旋丝用20% NaOH水溶液煮沸，用超声波清洗机进行清洗；(3)将洗净的螺旋丝放入氢炉中，升高加热电压到< 1000°C B，维持< 10分钟，断电冷却到室温后取出；(4)将已退火的螺旋丝剪好所需长度，在热子专用模具上绕制成形；(5)将成形后的热子穿上定形杆，弯好腿，放入氢炉中，将加热电压升到 (14000C B，维持彡10分钟后断电冷却到室温后取出；(6)将定形好的热子用混酸溶去钼芯丝；(7)将钼插腿插入螺旋腿，并将其放入丙酮溶液中超声清洗干净；(8)在插入钼芯丝的螺旋腿部分涂抹上用有机溶剂调好的焊料浆；(9)将涂上焊料浆的热子放入氢炉中，加热电压升到焊料熔点，维持< 1分钟，断电冷却到室温后取出；保温时间不可太长或太短，时间太长则热子易脆，时间太短则焊料未完全融化；(10)检查用电阻测试仪测热子的冷阻，看是否符合要求，符合要求的为成品，若不符合则废弃。所述的制备方法，其所述(6)步中的混酸，其配方为50% HN0s+30% H2S04+20% H2O。所述的制备方法，其所述(8)步中的有机溶剂，为硝棉或甘油等有机溶液。所述的制备方法，其所述(8)、(9)步中的焊料、焊料熔点，焊料为高温焊料，焊料熔点在1600°C B-2000°C 间，且焊料与钼插腿和钨或钨合金螺旋腿都浸润的金属或合金材料。所述的制备方法，其所述金属或合金材料，为钼，钼-钌或钨-钴等。本专利技术方法，简单易行，制备的热子具有螺旋丝与插腿之间具有接触电阻小、耐震动性能好、抗热冲击性能好和可靠性高等优点。附图说明图1为传统热子制备方法制备的螺旋丝与插腿的扫描电镜照片；图2为采用本专利技术的方法制备的螺旋丝与插腿的扫描电镜照片；图3为采用本专利技术的方法制备的热子的加热电压随时间的变化示意图。具体实施例方式为了避免传统热子制备方法的缺点，本专利技术的热阴极用高可靠热子的制备方法， 是利用高温焊料焊接技术将螺旋丝与插腿焊接在一起，从而使热子的螺旋丝与插腿之间具触电阻小、耐震动性能好、抗热冲击性能好和可靠性高等优点。这种高温焊料必须同时具备以下几个特点第一，它必须与钼插腿和钨或钨合金螺旋腿都浸润，这样才能保证焊接牢固。第二，它的熔点必须高于热子工作温度(一般1100°CB-140(TCB左右)，否则热子在工作过程中造成焊料的蒸发。第三，它的溶点温度必须高于热子烧结绝缘材料的烧结温度 (烧结温度一般1600°C b-1800oC B)否则在烧结过程中造成焊料的蒸发，进而造成钼插腿和钨或钨合金螺旋腿之间的结合力下降，以及影响微波器件的性能。第四，高温焊料的熔点不能太高，焊接温度太高会造成热子材料变脆，造成热子耐震动性能差。综上所述，高温焊料应选用熔点在1600°C B-2000°C 间的与钼插腿和钨或钨合金螺旋腿都浸润的金属或合金材料(如钼，钼-钌，钨-钴等)。实施例一种，包括下列步骤1.利用绕丝机将钨或钨合金丝绕在芯丝为钼的丝上。2.将绕好的螺旋丝用20% NaOH水溶液煮沸，用超声波清洗机进行清洗。3.将洗净的螺旋丝放入氢炉中，升高加热电压到1000°C B，维持10分钟，断电冷却到室温后取出。4.将已退火的螺旋丝剪好所需长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕文，孟鸣凤，徐振英，朱虹，邓峰，张连正，徐伟，徐强，杨丹，邯娇，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：