[发明专利]一种高导热绝缘介质快热阴极热丝组件及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于间接式加热快热阴极领域，具体制备一种快热阴极热丝组件。特别是提供了一种高导热氮化铝陶瓷绝缘介质阴极热丝组件制备技术，有助于缩短预热时间，对提升快启行波管关键性能具有非常重要的作用。

背景技术

阴极热丝组件广泛应用于行波管、速调管等微波电子器件，热丝通过电流后急速升温，经绝缘介质和阴极筒使钨阴极快速升温，绝缘介质和阴极筒紧密接触，现有的热量传递介质为氧化铝。现有专利通过采用阴极组件结构设计和优化、在氧化铝中添加烧结助剂等方法缩短预热时间。然而氧化铝导热率限制在20～30W/(m·K)、比热容大、密度高等限制了阴极的升温速率，而添加助剂后导致高温强度不足、氧元素与钨丝高温反应等问题降低了其可靠性和使用寿命。而阴极组件的质量和组件中的热导率是影响热子组件快热的最重要的两个因素，所以因此很有必要在现有基础上发展一种高导热绝缘介质快热阴极热丝组件。

氮化铝陶瓷相比于氧化铝陶瓷密度更低、比热容较小、且导热率可高达120～200W/(m·K)的，且材料中无氧元素，不会与其他材料发生反应，从各方面因素比较其具备有效缩短阴极热丝组件预热时间的能力。采用氮化铝陶瓷作为传热介质的快热阴极热丝组件有更高的热传导效率，可大大提高阴极热子组件预热时间，而氮化铝陶瓷高温下具有更高的强度和稳定性，可大大提高其在振动和高温环境下的可靠性、延长使用寿命。

采用非氧化物陶瓷材料氮化铝陶瓷作为绝缘介质，并提供一种采用高固含量氮化铝陶瓷料浆制备高导热绝缘介质的方法，克服了氧化铝陶瓷的不足，提供了一种适合氮化铝陶瓷绝缘介质快热阴极热丝组件的制备方法，解决了氮化铝绝缘介质制备过程中料浆制备、成型致密化、烧结等关键技术要求，获得高可靠性、预热时间短的快热阴极热丝组件。

发明内容

本发明目的为了克服现有技术氧化铝陶瓷热丝组件的不足，采用非氧化物陶瓷材料氮化铝陶瓷作为绝缘介质，并提供一种采用高固含量氮化铝陶瓷料浆制备高导热绝缘介质的方法，最终提供一种高导热绝缘介质快热阴极热丝组件。

一种高导热绝缘介质快热阴极热丝组件，其特征在于：它包括钨阴极(1)、阴极筒(2)、热丝(3)和绝缘介质(4)，绝缘介质(4)紧密填充在阴极筒(2)和热丝(3)中间。

采用高导热氮化铝陶瓷作为绝缘介质，氮化铝陶瓷粉末的粒径为5～10μm，该绝缘介质的成分还包括2～3％Y₂O₃粉和2～3％CaF₂粉，绝缘介质完全填充阴极筒并完全包裹阴极筒内的热丝，界面处无缝隙；热丝采用铼质量分数20～25％的钨铼合金丝；热丝结构采用内外双螺旋结构；

阴极升温速度快，可以在5s内升温到1050℃的工作温度。

采用优选方案，制备出低粘度、高固含量的氮化铝料浆，将制得的料浆浇注入阴极筒，放入热丝，料浆完全填充阴极筒并将阴极筒内的热丝完全包裹，采用离心处理或者压滤处理再次提高绝缘介质烧结前致密度。干燥后在钨丝炉中烧结后获得高导热绝缘介质快热阴极热丝组件

本发明所述高导热绝缘介质快热阴极热丝组件，对热丝材料和组件进行优化。热丝材料采用铼元素质量分数20～25％的钨铼合金丝，其再结晶温度高、热阻率大、温度系数小、耐冲击性好；热丝结构采用内外双螺旋结构，结构使组件内部温度分布更加均匀。

本发明对钨阴极材料进行优化，采用含铼的钡钨阴极，可以提高其发射性能。

本发明的具体步骤：

1、将高纯AlN粉末，经过高温700～800℃预烧，气流磨破碎后用空气振动筛筛分出5～10μm的粉体；

2、用乙醇和乙醚混合液溶解的火棉胶溶液和AlN粉末混合，并添加2～3％Y₂O₃粉和2～3％CaF₂粉，球磨制得均匀流动性好的料浆；

3、料浆经过真空除气，浇注入阴极筒，再将热丝缓慢放入装有料浆的阴极筒，沿阴极筒轴向经过转速2000～6000r/min的离心处理1～10min，放入干燥箱中干燥2小时，干燥温度60～70℃。

4、将上一步制得的热丝和阴极筒组件放入钨丝炉中，烧结温度1700～1900℃，在氢气、氮气或者氩气气氛下进行烧结，保温时间1～2小时，降温至100℃以下取出，制得封装好的高导热绝缘介质快热阴极热丝组件。

本发明的优点：