[发明专利]快热阴极热子组件及其制备方法

说明书

一种快热阴极热子组件及其制备方法，该快热阴极热子组件包括热子组件，所述热子组件包括热子和氧化铝陶瓷；所述热子装配在氧化铝陶瓷的双螺旋结构内；所述氧化铝陶瓷采用面曝光立体光固化成型方法进行制备。本发明制备的氧化铝陶瓷成品率高、致密度高、热导率高，使得阴极热子组件结构简单，易于装配，加热均匀、耐震动性能好、抗热冲击性能好、可靠性高，且其快热性能被显著提升。

技术领域

本发明涉及微波真空电子器件技术领域，尤其涉及一种快热阴极热子组件及其制备方法。

背景技术

阴极热子组件是微波真空电子器件电子枪的核心部件，由阴极、热子组件、钼支撑筒、氧化铝灌封材料和热屏组成，其功能是产生和形成一定形状的电子注，其性能直接影响器件的性能和寿命。其中，氧化铝灌封材料应用于微波真空电子器件阴极热子组件中具有热子绝缘、导热、抗高温和真空致密性等功能特性。但是在微波真空电子器件研制过程中发现氧化铝粉末灌封成型质量及其牢固度不易控制。原因是氧化铝粉末与热子钨金属由于材料物理特性差异难以牢固结合，高温烧结(High temperature molten，HTM)成型的一体式阴极热子组件中氧化铝灌封材料成型结构及质量不易控制。高温烧结HTM成型的氧化铝灌封材料未形成致密的氧化铝陶瓷结构，因此，其阴极热子组件热稳定性差，进而导致其发射性能和一致性差，不能满足真空电子器件高可靠、长寿命等应用要求。

相比于氧化铝陶瓷传统制造工艺技术，3D打印技术是一种新颖的方法，对几何尺寸和复杂形状没有加工成型限制。陶瓷3D打印成型技术作为一种先进数字化层增材制造技术，以个性化、小批量、可快速制造复杂结构等优点，为微小型零件制造提供了新途径。面曝光立体光固化成型(Digtial Light Processing，DLP)技术是3D打印中氧化铝陶瓷精密成型技术，成为国内外研究热点。DLP技术是紫外光源根据3D数字模型生成的扫描路径投影成型当前截面位图，陶瓷浆料固化成型第一层，依次固化出模型的各个截面制作出整个模型。之后通过脱脂和烧结工艺获得高致密度陶瓷。DLP成型陶瓷层之间紧密结合，层与层之间牢固度高；其最小成型厚度为5um/层，成型精度高。

随着微波真空电子器件对结构和性能提出越来越高的要求，阴极热子组件的快热启动性能、稳定性、一致性与可靠性需进一步提高，而采用DLP技术精密成型阴极热子组件用氧化铝陶瓷具有独特的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种快热阴极热子组件及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种快热阴极热子组件，包括热子组件，所述热子组件包括热子和氧化铝陶瓷；所述热子装配在氧化铝陶瓷的双螺旋结构内；

所述氧化铝陶瓷是采用面曝光立体光固化成型方法进行制备。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种快热阴极热子组件的制备方法，包括采用面曝光立体光固化成型方法获得氧化铝陶瓷。

基于上述技术方案可知，本发明的快热阴极热子组件及其制备方法相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：

1、本发明中DLP成型氧化铝陶瓷表面光滑、质量好，整体收缩均匀、尺寸精度高，符合陶瓷三维模型设计指标要求，满足阴极热子组件的应用要求；相比于HTM成型氧化铝灌封材料，DLP成型陶瓷致密度提高了1.2倍，达到3.81g/cm³；

2、DLP成型电子枪核心部件阴极热子组件用精密复杂结构氧化铝，突破了氧化铝陶瓷精密成型技术，克服了HTM灌封材料掉粉造成热子局部短路的弊端，因此，DLP阴极热子组件结构热稳定性、一致性和可靠性被显著提升；

3、DLP氧化铝陶瓷热导率比HTM氧化铝灌封材料热导率提高了5.1倍，致使DLP结构阴极热子组件及其电子枪组件在快热启动性能上具有显著优势，比HTM结构阴极热子组件和电子枪组件的快热时间分别提高43％和20％；