[发明专利]一种磁控管配套用冷阴极及冷阴极头的生产方法

说明书

该发明属于磁控管用冷阴极及冷阴极头的生产方法。冷阴极包括上、下屏蔽帽，电源连接杆及整体式柱齿形冷阴极头；其方法包括备料、球磨混合、压坯及成型。该发明由于采用石墨烯或/和碳纳米管、氧化锌纳米线与金属粉混合压坏、烧结、加工制成柱齿形整体式冷阴极头，该冷阴极头在高压作用下发射一次电子，一次电子回轰激发轮齿发射二次电子，往复形成稳定的电子发射，其达到稳定输出仅为40纳秒。从而与热阴极相比，既保留了热阴极发射电子能力和抗电子轰击能力强等优点，又克服了预热时间长，启动慢，使用寿命短等缺点；与背景技术所述冷阴极相比则具有结构简单，发射电子能力及抗电子轰击能力强，输出频谱纯洁，发射速度快且稳定等特点。

技术领域

本发明属于微波器件生产技术领域，特别是一种与磁控管配套用冷阴极及冷阴极头的生产方法，采用该发明冷阴极发射系统的磁控管具有较好的场致发射能力及快速激励磁控管的作用，尤其适合用作包括家用微波炉在内的微波应用设备的微波发生源。

背景技术

磁控管是应用最广泛的电子真空管之一，因其具有效率高、功率大、体积小、工作电压低、使用方便等一系列优点，是微波技术中的一种高功率源。磁控管一般用于各种微波加热装置中，经过多年的研究与探索，磁控管在设计与生产等方面日趋成熟。批量生产能使磁控管的成本进一步降低，工作稳定性也获得大幅提高。磁控管的应用范围已从雷达、导弹、导航、电子干扰等军用领域扩展至通信、计量学、高能粒子加速器、工业加热、医疗、食品工业乃至家庭炉灶等民用领域。目前广泛应用的热阴极磁控管如专利号为201310511985X、发明名称为《一种微波加热用磁控管管芯》的专利文件中，公开了一种采用传统热阴极的磁控管的结构，此类磁控管中的热阴极包括：钍钨丝或纯钨丝绕成的螺旋形热阴极发射体1-1，阴极发射体的两端分别由上、下屏蔽帽固定，上屏蔽帽1-2固定于中心支撑及上电极电源连接杆1-4的上端，下屏蔽帽1-3固定于边支撑及下电极电源连接杆1-5的上端；边支撑及下电极电源连接杆、中心支撑及上电极电源连接杆的上端分别与下屏蔽帽、上屏蔽帽对应焊接成一体，而两杆体下部则分别与高压陶瓷密封连接孔经金属化及镀镍处理后的连接部位对应密封焊接成一体。此类传统磁控管正常工作时需要给灯丝提供一定的电流，中心支撑及上电极电源连接杆与边支撑及上电极电源连接杆之间需要采用40W左右的功率对阴极进行加热，当阴极在温度升高到800-1000℃的条件下发射电子，电子在磁场作用下回轰阴极并将使其温度升高到1800℃左右；在如此高的温度下工作会带来一系列的问题，如传统磁控管工作时，特别是在间断工作时反复经受高温时膨胀、冷却时收缩这类不均匀应力的影响，将会使与电源连接杆密封连接的高压陶瓷变形，严重影响电源连接杆与高压陶瓷之间的密封性，使磁控管真空度下降，进而影响磁控管的性能和寿命；此外，这种采用热阴极工作特性的磁控管，在处于高温工作状态时也会给发射体内部的电子以附加能量，使一些电子越过发射体表面势垒逸出而生成次级谐波和电磁噪声，严重影响磁控管的性能。

阴极是磁控管的心脏，阴极质量的好坏、工作模式不仅影响磁控管的寿命，还影响其输出功率和工作稳定性；因而采用冷阴极替代热阴极，则具有无可比拟的优点。在“薄膜场致发射冷阴极”(见《光电子学技术》1989年04期，作者：陈丽芳等人)一文中公开了一种采用三夹层结构冷阴极的微电子源，该微电子源具有室温工作、无阴极功耗、无预热延迟等优点，但是它采用的是平面发射结构，需要添加栅极，且发射电流小，不能提供二次电子发射。而在申请号为CN201510675065.0，发明名称为《一种微波调制冷阴极微型阵列式辐射源及其实现方法》的专利文件中公开的碳纳米管冷阴极同样也是采用平面发射结构，不能提供二次电子发射，不适宜于应用在磁控管中。

申请人在申请号为2016101968038，名称为《采用组合式冷阴极头的磁控管及冷阴极体的生产方法》的专利文件中，公开了一种含上下屏蔽帽、由石墨烯、碳纳米管、氧化锌纳米线中的一种或几种与金属粉末混合制成的冷阴极体以及绕于冷阴极体圆柱面上的既作输入电极、又作二次电子发射体的钨或钨合金电极丝，其中冷阴极体与电极丝一并构成组合式冷阴极头，该冷阴极头虽然具有既可提供一次电子发射、又可提供二次电子发射的优点；但却因冷阴极体表面为圆柱面而不具备二次电子发射的功能，必须采用电极丝作为二次电子发射体，因而存在结构复杂、起振时间亦较长等缺陷。