[发明专利]热阴极用熔融热子组件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波器件技术领域，是一种热阴极用熔融热子组件的制备方法。

背景技术

电真空器件中加热阴极的零件，称为热子或热子组件。

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。

近些年来微波器件的快速启动要求对热子性能提出更高的技术挑战，需要在如何缩短预热时间，降低加热功率方面做大量深入细致的研究工作。通常热子是靠热辐射加热阴极的，因此通过提高绝缘层的热辐射能力，或者使热子与阴极有良好的接触，以热传导给热，都可以提高加热的效率，缩短预热时间，如黑化热子就是提高了绝缘层辐射能力的热子。目前主要采取的方法有：改进加热结构和屏蔽，加大热子绝缘层的辐射能力，以及做成所谓的阴极热子组件等几种。

阴极热子组件就是在间热式阴极和热子之间的空隙中充填以填充剂，再经烧结而成的结合体，热子加热阴极的方式则由热辐射给热变为热传导给热。

阴极热子组件结构的优点有如下几个方面：

(1)阴极的预热时间缩短。

(2)加热功率降低。

(3)热子的工作温度降低。阴极与热子间的温度差可从500～600℃降低到100～200℃。

(4)阴极与热子形成一个整体，耐振动，耐冲击。

但这种传统的阴极热子组件的致密性差，使得阴极热子组件的上述优点还不够明显。为了进一步提高阴极热子组件的性能，人们提出了熔融热子组件的成形工艺。

传统熔融热子组件制备工艺如下：

(1)首先将已制备好的热子取出，放入热子托盘。

(2)将900#Al₂O₃粉末倒入50ml小烧杯中，加入1∶2比例的硝棉溶液和乙酸丁酯，用玻璃棒搅拌至Al₂O₃粉末完全溶解。

(3)将搅拌好的Al₂O₃浆料倒入热子托盘中，加至托盘1/2处，再用150μm Al₂O₃粉末填满。用滴管滴入少量无水乙醇使Al₂O₃沉积，用镊子夹住热子托盘轻轻振几下，使Al₂O₃粉末均匀散开。

(4)将组件放入烘箱里烘干，80℃保温30分钟，再升到120℃保温30分钟。

(5)将烘干后的热子组件取出，送入高温氢气炉中，1800℃保温10分钟后断加热，等待40分钟后取出。

(6)将预烧后的热子组件取出，用毛笔蘸配好的Al₂O₃浆料涂在组件表面，使浆料完全渗透到Al₂O₃粉的孔隙中，再放入烘箱中烘干，送入钨网炉中，2050℃保温5分钟后断加热，待40分钟后取出。