本發(fā)明涉及一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于電真空器件中陰極制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代大功率微波器件中鋇鎢陰極被廣泛地應(yīng)用，用作電子源發(fā)射電子，是微波器件的“心臟”。鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用的是間熱式陰極，通常的制備方法是先將鎢粉壓制到鉬筒中形成基體，然后在高溫狀態(tài)下向基體中浸漬鋁酸鋇鹽，之后通過機(jī)械加工方法車削發(fā)射面，再之后通過濺射鍍膜方法對(duì)陰極發(fā)射面進(jìn)行刻蝕鍍膜，最后在鉬筒中安裝熱子組件及組裝焊接輔助熱屏后即完成制作。這種間熱式陰極結(jié)構(gòu)由于熱子組件和陰極沒有形成一體結(jié)構(gòu)，存在熱子組件熱量利用低下，熱子組件和陰極之間的溫度差偏大，達(dá)到200℃～300℃之多，因此引起熱子熱量的浪費(fèi)，降低熱效率，同時(shí)又增加了熱子燒毀的風(fēng)險(xiǎn)，陰極可靠性變差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)通過技術(shù)改進(jìn)，可將鎢基體焊接到鉬筒本體上，同時(shí)將熱子及絕緣粉料燒結(jié)到陰極鉬筒中，使得熱子組件和陰極發(fā)射基體成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，這樣可以大大提高熱子組件的熱利用率，降低熱子組件和陰極基體間的溫差，延長(zhǎng)熱子壽命，同時(shí)可使得陰極達(dá)到快速熱啟動(dòng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)，包括鉬筒本體；所述鉬筒本體為圓柱體，所述鉬筒本體的直徑為D1，所述鉬筒本體的高為H1；

在所述鉬筒本體的頂部外側(cè)壁上以所述鉬筒本體的軸線為軸心沿圓周方向開設(shè)有一環(huán)形槽，所述環(huán)形槽的內(nèi)直徑為D3，D3＜D1，所述環(huán)形槽內(nèi)開設(shè)有一臺(tái)階孔，所述臺(tái)階孔的內(nèi)直徑為D4，D4＜D3，所述臺(tái)階孔的深度為h2；

在所述鉬筒本體的底壁上以所述鉬筒本體的軸線為軸心開設(shè)有一底孔，所述底孔為圓柱體，所述底孔的直徑為D2，D2＜D1，所述底孔高度為h1，H1＞h1+h2；在所述底孔的上部沿所述底孔側(cè)壁所在方向開設(shè)有N個(gè)等間距排列的圓臺(tái)孔，N＞1，所述圓臺(tái)孔的高度為h4，所述圓臺(tái)孔的上底面直徑為D6，D6＜D1，所述圓臺(tái)孔的下底面直徑為D5，D6＜D5＜D1，所述圓臺(tái)孔的側(cè)壁與底壁夾角為A，N×h4＜h1；所述鎢基體設(shè)置在所述臺(tái)階孔內(nèi)，所述熱子設(shè)置在所述圓臺(tái)孔內(nèi)，所述絕緣層設(shè)置在所述熱子與所述圓臺(tái)孔之間。

優(yōu)先地，H1-h1-h2的范圍為0.1mm-0.2mm。

優(yōu)先地，D1=4.2-0.02mm，D2=3.8mm，D3=3.5-0.05mm，D4=3+0.02mm，H1=5mm，h1=4.4mm，h2=0.4mm，h4=0.4mm，N=9。

優(yōu)先地，A范圍為7°-10°，D6=D2=3.8mm。

優(yōu)先地，所述鉬筒本體的材質(zhì)為鉬。

基于一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)的一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)制造方法，包括以下步驟：

步驟一：將鉬棒原材料放入真空的氫氣爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度950℃～1000℃，保溫20min～30min；

步驟二：將經(jīng)步驟一處理后的鉬棒進(jìn)行車削加工，先車削鉬棒的上端面和下端面，使鉬棒的長(zhǎng)度為H1；

車削鉬棒的外側(cè)壁，使鉬棒的外形為圓柱體，所述鉬棒直徑為D1_-0.02；

然后在鉬棒的頂部車削所述環(huán)形槽和所述臺(tái)階孔，所述環(huán)形槽的內(nèi)直徑為D3_-0.05，所述臺(tái)階孔的直徑為D4^+0.02，所述環(huán)形槽和所述臺(tái)階孔的深度均為h2；

在鉬棒的底面上車削所述底孔，所述底孔為圓柱體，所述底孔的直徑為D2，所述底孔的高度為h1；

在所述底孔的上部沿所述底孔側(cè)壁所在方向車削N個(gè)所述圓臺(tái)孔，所述圓臺(tái)孔的上底面直徑為D6，所述圓臺(tái)孔的下底面直徑為D5，圓臺(tái)孔的側(cè)壁傾斜角度為A，每個(gè)圓臺(tái)孔的高度為h4；

步驟三：將經(jīng)步驟二處理后的鉬棒去油清洗；

步驟四：將經(jīng)步驟三處理后的鉬棒在氫氣環(huán)境中凈化處理，保溫900℃，保溫3min；

步驟五：將鎢基體焊接在所述臺(tái)階孔處；

將熱子放置在所述圓臺(tái)孔內(nèi)，熱子的長(zhǎng)度等于N×h4，N個(gè)所述圓臺(tái)孔的側(cè)壁上均設(shè)置有絕緣粉，然后將熱子和絕緣粉燒結(jié)，絕緣粉燒結(jié)熔化后緊緊的附著在圓臺(tái)孔側(cè)壁上形成絕緣層，熱子、絕緣層與鉬棒之間相互固定連接形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

（1）本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)將鎢基體焊接到鉬筒本體上，同時(shí)將熱子及絕緣粉料燒結(jié)到陰極鉬筒的圓臺(tái)孔中，使得熱子組件和陰極發(fā)射鎢基體成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而大大提高熱子組件的熱利用率，降低了熱子組件和陰極基體間的溫差，延長(zhǎng)熱子的使用壽命；同時(shí)使得陰極達(dá)到快速熱啟動(dòng)，極大地減短預(yù)熱時(shí)間，提高了工作效率。

（2）等間距排列的用于燒結(jié)熱子的鉬筒本體內(nèi)部的圓臺(tái)孔側(cè)壁形成倒鋸齒狀臺(tái)階狀，絕緣粉燒結(jié)熔化后能牢固的附著在圓臺(tái)孔側(cè)壁上，極大地避免了發(fā)生熱子絕緣層脫落現(xiàn)象。

（3）真空燒結(jié)溫度比氣體保護(hù)燒結(jié)的溫度要低一些，有利于降低能源消耗，節(jié)省成本。

（4）將鉬棒退火處理有以下優(yōu)點(diǎn)：

①改善或消除鉬棒在鑄造、焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止鉬棒變形、開裂；

②增加鉬棒的延展性和韌性，軟化鉬棒以便進(jìn)行切削加工；

③細(xì)化晶粒，改善組織以提高鉬棒的機(jī)械性能；

④為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。

（5）燒結(jié)過程使得絕緣層的顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布發(fā)生變化，進(jìn)而提高絕緣層的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明中鋸齒孔放大后的結(jié)構(gòu)圖。

附圖中標(biāo)記含義，S01-臺(tái)階孔；S02-底孔；S03-圓臺(tái)孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)，包括鉬筒本體；鉬筒本體為圓柱體，鉬筒本體的直徑為D1，鉬筒本體的高為H1；

在鉬筒本體的頂部外側(cè)壁上以鉬筒本體的軸線為軸心沿圓周方向開設(shè)有一環(huán)形槽，環(huán)形槽的內(nèi)直徑為D3，D3＜D1，環(huán)形槽內(nèi)開設(shè)有一臺(tái)階孔S01，臺(tái)階孔S01的內(nèi)直徑為D4，D4＜D3，臺(tái)階孔S01的深度為h2，用于焊接陰極鎢基體用；所述鎢基體設(shè)置在所述臺(tái)階孔內(nèi)，所述熱子設(shè)置在所述圓臺(tái)孔內(nèi)，所述絕緣層設(shè)置在所述熱子與所述圓臺(tái)孔之間

在鉬筒本體的底壁上以鉬筒本體的軸線為軸心開設(shè)有一底孔S02，底孔S02為圓柱體，底孔S02的直徑為D2，D2＜D1，底孔S02高度為h1，H1＞h1+h2，用于裝配熱子和填充絕緣粉用；在底孔S02的上部沿底孔S02側(cè)壁所在方向開設(shè)有N個(gè)等間距排列的圓臺(tái)孔S03，N＞1，圓臺(tái)孔S03的高度為h4，圓臺(tái)孔S03的上底面直徑為D6，D6＜D1，圓臺(tái)孔S03的下底面直徑為D5，D6＜D5＜D1，圓臺(tái)孔S03的側(cè)壁與底壁夾角為A，N×h4＜h1，N個(gè)等間距排列的圓臺(tái)孔S03的側(cè)壁排列成鋸齒形狀，使得絕緣粉燒結(jié)熔化后形成的絕緣層緊緊的附著住圓臺(tái)孔S03側(cè)壁，避免絕緣層脫落。

H1-h1-h2的范圍為0.1mm-0.2mm，保證了熱子組件能夠快速的將熱量傳導(dǎo)給鎢基體。

D1=4.2-0.02mm，D2=3.8mm，D3=3.5-0.05mm，D4=3+0.02mm，H1=5mm，h1=4.4mm，h2=0.4mm，h4=0.4mm，N=9。

A范圍為7°-10°，D6=D2=3.8mm。

鉬筒本體的材質(zhì)為鉬。

基于一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)的一種新型陰極鉬筒結(jié)構(gòu)制造方法，包括以下步驟：

步驟一：將鉬棒原材料放入真空的氫氣爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度950℃～1000℃，保溫20min～30min；

步驟二：將經(jīng)步驟一處理后的鉬棒進(jìn)行車削加工，先車削鉬棒的上端面和下端面，使鉬棒的長(zhǎng)度為H1；

車削鉬棒的外側(cè)壁，使鉬棒的外形為圓柱體，鉬棒直徑為D1_-0.02；

然后在鉬棒的頂部車削環(huán)形槽和臺(tái)階孔S01，環(huán)形槽的內(nèi)直徑為D3_-0.05，臺(tái)階孔S01的直徑為D4^+0.02，環(huán)形槽和臺(tái)階孔S01的深度均為h2；

在鉬棒的底面上車削底孔S02，底孔S02為圓柱體，底孔S02的直徑為D2，底孔S02的高度為h1；

在底孔S02的上部沿底孔S02側(cè)壁所在方向車削N個(gè)圓臺(tái)孔S03，圓臺(tái)孔S03的上底面直徑為D6，圓臺(tái)孔S03的下底面直徑為D5，圓臺(tái)孔S03的側(cè)壁傾斜角度為A，每個(gè)圓臺(tái)孔S03的高度為h4；

步驟三：將經(jīng)步驟二處理后的鉬棒去油清洗；

步驟四：將經(jīng)步驟三處理后的鉬棒在氫氣環(huán)境中凈化處理，保溫900℃，保溫3min；

步驟五：將鎢基體焊接在臺(tái)階孔S01處；

將熱子放置在圓臺(tái)孔S03內(nèi)，熱子的長(zhǎng)度等于N×h4，N個(gè)圓臺(tái)孔S03的側(cè)壁上均設(shè)置有絕緣粉，然后將熱子和絕緣粉燒結(jié)，絕緣粉燒結(jié)熔化后緊緊的附著在圓臺(tái)孔S03側(cè)壁上形成絕緣層，熱子、絕緣層與鉬棒之間相互固定連接形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

真空燒結(jié)溫度比氣體保護(hù)燒結(jié)的溫度要低一些，有利于降低能源消耗，節(jié)省成本。

退火處理，主要是指將材料曝露于高溫一段很長(zhǎng)時(shí)間后，然后再慢慢冷卻的熱處理制程。有以下優(yōu)點(diǎn)：

①改善或消除鉬棒在鑄造、焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止鉬棒變形、開裂；

②增加鉬棒的延展性和韌性，軟化鉬棒以便進(jìn)行切削加工；

③細(xì)化晶粒，改善組織以提高鉬棒的機(jī)械性能；

④為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。

燒結(jié)是把絕緣粉物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w。一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。燒結(jié)過程使得絕緣層的顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布發(fā)生變化，進(jìn)而提高絕緣層的性能。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。