[发明专利]一种用于行波管的金刚石-金属复合式夹持杆及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种用于行波管的金刚石-金属复合式夹持杆部件及其制造方法。

背景技术

行波管在卫星通信、导航定位、雷达探测等领域具有广泛的应用。而夹持夹持杆是螺旋线行波管中不可缺少的部件，并且一直是影响器件性能指标的关键部件。对于许多行波管，特别是宽带行波管而言，限制其功率输出能力的最主要因素是高频慢波系统的散热能力，即螺旋线夹持杆的散热能力。输出段螺旋线的工作温度，决定了行波管的工作性能，寿命和可靠性。随着频率的提高，特别是进入毫米波段，连续波行波管的功率容量急剧下降。这是因为频率越高，行波管的电子注通道和高频结构越小，而高频损耗随频率呈指数式的增加。一般来说，连续波行波管的功率容量以频率的平方的比例下降。所以螺旋线支撑结构散热能力的研究，一直是提高行波管输出功率容量的主要方向。而起支撑和绝缘作用的介质夹持杆的性能是一个关键因素。

目前微波真空电子器件可用的介质材料主要有熔融石英、氧化铝、氮化硼，氮化铝和氧化铍等。但上述材料都存在不同的缺点。目前，螺旋线夹持杆最常用的材料为氧化铍，它具有相对较高的热导率和较低的介电常数。但是，氧化铍已难于满足毫米波行波管的要求，更不用说短毫米波行波管。此外，氧化铍在粉末状态下有剧毒，其使用正在被淘汰。可以看出，到目前为止还没有一种材料能完全、理想地满足毫米波行波管对介质夹持杆的要求。

人工合成金刚石在已知的材料中不仅具有最高的热导率和最低的微波介质损耗，而且相对介电常数只有5.5。据报道，如采用金刚石作夹持杆，预计的毫米波行波管螺旋线结构的最大功率容量比采用氧化铍夹持杆的螺旋线的最大功率容量高两倍多。所以，金刚石作为介质材料将具有多方面的优势，是理想的行波管夹持杆材料。然而，使用人工合成金刚石制作夹持杆存在以下问题。首先，优质的可用作夹持杆的金刚石的成本比较高。其次，纤细的金刚石夹持杆的强度相对较差，装配难度较大，对于短毫米波更是如此。这些因素说明，单采用人工合成金刚石制作夹持杆，还有诸多不足之处。本发明针对以上一些问题，设计了一种用于行波管的金刚石-金属复合式夹持杆。由于金刚石是生长在一定厚度的金属基片上，所以达到累积厚度的金刚石生长的时间大为缩短，降低了成本；与此同时，金刚石依赖韧性较好的金属作依托，加工后的细长夹持杆的强度明显增加。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对采用人工合成金刚石作螺旋线行波管的夹持杆将存在成本高、夹持杆强度低、装配困难等不足之处，为了克服这些不足，就需要设计和制造一种用于行波管的金刚石-金属材料复合式夹持杆，可以有效提高行波管，特别是毫米波和短毫米波行波管的螺旋线的散热效率，从而提高行波管的输出功率和效率。

本发明的目的是提供一种用于行波管的金刚石-金属复合式夹持杆及其制造方法，为了实现这一目的，所采用的技术方案如下，一种用于行波管的金刚石-金属复合式夹持杆，其特征在于，该夹持杆形状为一根矩形截面长条杆料，沿杆的轴向平行并列着两个层面，其一个层面为金属基底，另一层面为紧附着在金属基底上的金刚石。上述金刚石-金属复合式夹持杆的制造方法按如下方法操作，a.按模拟计算确定金刚石-金属复合式夹持杆的尺寸；b.选取导热率高、热膨胀系数低的金属基底材料；c.金属基底表面加工；d.进行形核；e.用化学沉积方法进行金刚石生长；f.金刚石表面研磨；g.金刚石表面抛光；h.激光切割。

所述的金属基片，是能生长结合力强的金刚石、并且导热率相对较高和热膨胀系数较小的金属材料；所述的形核工艺包括金刚石粉机械抛光法、金刚石粉超声波处理法和负偏压原位形核法；所述的化学气相沉积的方法包括微波等离子体化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法和等离子体喷涂法；所述的研磨和抛光有二个目的，一个是使粗糙的金刚石表面形成光洁的表面，另一个是使金刚石得厚度达到设计要求；所述的激光切割加工成金刚石-金属复合式夹持杆，是根据设计尺寸进行加工。

本发明的有益效果是，生长金刚石的时间大为缩短，降低成本，夹持杆的强度增加，行波管的输出功率比使用氧化铍夹持杆明显提高。

附图说明

图1为一根矩形截面金刚石-金属的复合式夹持杆示意图；

图2为生长金刚石的金属基片示意图；

图3为金刚石-金属的复合式夹持杆的制造工艺流程图。

具体实施方式