專利名稱：一種大功率四極電子管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率四極電子管及其制作方法，屬電子元器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在廣播、通訊領(lǐng)域中，大功率發(fā)射機多采用大功率四極電子管作高頻轉(zhuǎn)換器件。這種電子管的四個電極，即陰極、第一柵極、第二柵極(或稱簾柵極)和陽極，其橫截面分別呈圓形、并按照同心圓的規(guī)則排列。陰極在最里面，接著是第一柵極、第二柵極，最外面是陽極。在傳統(tǒng)的大功率四極管生產(chǎn)中，第一柵極、第二柵極的材料均選用同一種材料制作，即若用鉬材料，則其一二柵全部使用鉬絲焊成；若用石墨材料，則一二柵全部采用石墨制成。工作時，陰極的溫度設(shè)計為2000°K，第一柵極距離陰極一般在1～2毫米(對大功率電子管而言)，工作溫度在1100℃左右(對鉬絲柵極，表面噴鎬而言)，如溫度超過此數(shù)值易損壞。第二柵極在第一柵極的外面，由于受第一柵極的遮擋，且一般二柵絲直徑都比一柵絲直徑粗一些，其工作溫度一般情況下沒有一柵極溫度高。實踐證明在因柵極燒壞的電子管損壞中都是一柵極被燒壞，而二柵都完好無損。但二柵極離陽極較近，它處于陽極高壓電場的引力之下，受陽極高壓的影響也較大。發(fā)射機功率越大，電子管的功率也越大，其電極尺寸也隨著增大，采用鉬絲作柵極的大功率四極電子管常因柵絲變形而發(fā)生故障和損壞。另外，在制造工藝上，這種結(jié)構(gòu)也遇到極大的困難，因為要使三個絲網(wǎng)狀圓筒保持1～2mm的距離、而又讓它們不相碰是很困難的。它限制了電子管功率等級的提高。為了解決金屬絲在電子管中做柵極所遇到的問題，法國湯姆遜豪斯登公司早在20世紀(jì)七十年代即開始利用熱解石墨來制造大功率四極管的柵極，中國也從1971年開始研制。然而30多年以來，由于石墨柵極在陽極幾十千伏的高壓電場的作用下，易發(fā)生掉粉的問題，并進而造成電子管工作時的打火問題。因此在我國三十幾年來研制的石墨柵極無法實際應(yīng)用在大功率發(fā)射管上。而且，大尺寸的熱解石墨毛坯制造起來也比較困難，也限制了石墨柵極在大功率四極電子管中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服單一材料的柵極在熱耗提高和掉粉打火上存在的缺陷而提供一種制作工藝簡單的大功率四極電子管，并提供這種電子管的制作方法。
解決上述問題的技術(shù)方案是一種大功率四極電子管，它由冷卻水套、陰極、第一柵極、第二柵極和陽極組成，它們分別呈圓形，按照同心圓的規(guī)則排列，其改進之處是，所述第一柵極為熱解石墨柵極，所述第二柵極為鉬絲柵極，其表面噴碳化鎢后鍍白金，陰極2固定在陰極支桿8上，在陰極支桿的上端部連接一個陶瓷環(huán)，第一柵極、第二柵極的上端部分別套在陶瓷環(huán)上，在第二柵極的上方設(shè)有一個金屬屏蔽帽，它罩在陶瓷環(huán)的上方，底邊圓周與第二柵極的上端平面電連接。
上述大功率四極電子管，所述第一柵極的直徑為60-180毫米。
上述大功率四極電子管，所述金屬屏蔽帽為鉭鈮合金薄板帽，壁厚為0.1～0.2毫米。
上述大功率四極電子管的制作方法，它包括電子管的第一柵極、第二柵極、及其它各零部件的制造及零部件的組裝工序，改進后的第一柵極按如下步驟制造a.制作熱解石墨毛坯；b.將熱解石墨毛坯用車床加工到第一柵極的內(nèi)、外直徑尺寸；c.制作柵極絲成型模具用薄銅片或鉬片用光刻的方法制成第一柵極絲尺寸的網(wǎng)罩作為石墨柵極的柵絲成型模具；d.把柵絲成型模具套在熱解石墨柵極毛坯上，采用噴砂的辦法把毛坯上模具沒有屏蔽住的部分打掉，即得到熱解石墨柵極；e.將熱解石墨柵極經(jīng)過開水煮沸，去臘(在車制石墨柵極筒時，采用石蠟固定在金屬棒上，讓車床夾住金屬棒進行車削，所以柵極上粘有較多的石蠟)。
f.經(jīng)2000℃退火，即可得到可用的熱解石墨第一柵極；g.在陰極支桿上端安裝一個耐高溫的絕緣陶瓷環(huán)，將第一柵極和第二柵極上端平面的中心孔分別套在陶瓷環(huán)的圓周上；h.在陶瓷環(huán)的上方安裝一個金屬屏蔽帽，金屬屏蔽帽采用坦鈮合金薄板帽，它的底邊圓周與第二柵極的頂面點焊在一起。
上述大功率四極電子管的制作方法，所述熱解石墨毛坯的制作工序為用天然石墨分別作成柵極毛坯芯子和電加熱的熱子，將芯子和熱子放入真空爐內(nèi)，給熱子通電加熱，當(dāng)爐溫達(dá)到2400℃時，向爐內(nèi)充入丙烷氣體，使丙烷在2400℃的溫度下分解成氫氣和碳，碳的分子附著在天然石墨芯子的表面上，結(jié)成熱解石墨殼體，冷卻后將熱解石墨殼體與天然石墨芯子分離，即得到所需的熱解石墨柵極毛坯。
采用這種結(jié)構(gòu)的大功率四極電子管，利用熱解石墨材料比鉬金屬耐高溫和具有巨大熱輻射能力的特性制作第一柵極，可以使第一柵極具有耐高溫不變形和很大的熱耗散能力，它的熱耗散能力達(dá)到鉬絲噴鎬柵極熱耗散能力的五倍，用它可以大大縮小電子管的尺寸，從而提高電子管的功率等級。
利用鉬絲做第二柵極，則其高壓性能好，它解決了兩個柵極全部采用熱解石墨在高溫下掉粉打火的缺陷。從而使熱解石墨可以成功地應(yīng)用在大功率發(fā)射管的生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)。本發(fā)明拋棄了一二柵極使用同一種材料的傳統(tǒng)方法，解決了我國三十多年大功率管等級不能提高的問題。采用熱解石墨作一柵和鉬絲表面噴涂碳化鎢之后再鍍白金作二柵的方法，也大大降低了特大功率電子管的生產(chǎn)條件。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實施例方式
從圖中可以看到，本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有大功率四極管基本相同。在電子管的外圍設(shè)有冷卻水套1，它的陰極2、第一柵極3、第二柵極4、陽極5也分別呈圓形按照同心圓的規(guī)則排列。改進后的第一柵極3和第二柵極4分別由熱解石墨和鉬絲噴碳化鎢鍍白金兩種不同的材料制成。利用熱解石墨材料比鉬金屬耐高溫和熱耗散能力強的特性制作第一柵極，可以使第一柵極耐高溫輻射、不易變形，且有很強的熱耗散能力，使之不易損壞；利用鉬噴碳化鎢再鍍白金作成的第二柵極，使電子管在高壓的作用下不掉粉而保持其良好的高壓性能，以消除其石墨柵極掉粉打火的缺陷，且避免使用更多的價格昂貴的石墨材料。在陰極2的上端部有一個耐高溫的絕緣陶瓷環(huán)6(95％Al2O3瓷)，陶瓷環(huán)6對第一柵極3和第二柵極4起著支撐和保持同向的作用，它與第一柵極3、第二柵極4的上端部分別套接在一起，使結(jié)構(gòu)堅固穩(wěn)定，防止陰極、一柵極、二柵極在高溫時變形和位移而短路。由于陶瓷環(huán)不具備對電磁場的屏蔽作用，所以在第二柵極4的上方必須對陶瓷環(huán)6進行覆蓋屏蔽，這就需要將第二柵極4的頂面拉伸成陶瓷環(huán)形狀的凸起。由于第二柵極的頂面很薄，不能拉伸，因此采用一個金屬屏蔽帽7，它用鉭鈮合金制作，罩在陶瓷環(huán)6的上方，底邊圓周與第二柵極4的上端平面相焊接，從而屏蔽陽極和二柵之間的高壓電磁場，使之不能進入第一柵和陰極空間(否則將產(chǎn)生強大的自激振蕩)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以使石墨柵極和鉬絲柵極充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，避開了各自的弱點，使大功率四極管的體積大大縮小，生產(chǎn)工藝簡化。如FU-104E，它采用鉬絲作第一柵極，其第一柵極圓周的直徑是84mm，陰極加熱功率3KW，輸出功率為100KW；而新設(shè)計的021管，它采用熱解石墨材料作第一柵極，它的一柵圓周直徑是72毫米，其陰極加熱功率是6KW，輸出功率是170KW。
下面給出一個使用熱解石墨材料做一柵極的電子管的部分結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)陰極圓周直徑68mm，第一柵極圓周直徑72mm，第二柵極圓周直徑76mm，陽極圓周直徑98mm，外水套外直徑即電子管外徑138mm，電子管陰極高度是150mm。
制作時，首先制作冷卻水套、陽極、陰極、高壓瓷環(huán)、可伐環(huán)，用鉬絲經(jīng)過校直、直接焊接鼠籠形的柵極，經(jīng)清洗退火等工序后，再經(jīng)噴碳化鎢燒結(jié)，鍍白金退火等工藝制成第二柵極，再將陽極、第二柵極、陰極分別與相應(yīng)的高壓瓷環(huán)、可伐環(huán)裝配連接，即可組裝成大功率四極電子管。
本發(fā)明中的熱解石墨毛坯由以下方法制作用天然石墨作成柵極殼體的芯子和真空沉積爐的加熱熱子，殼體芯子放在真空爐的中心。當(dāng)爐溫升至2400℃時，向爐中充以丙烷氣體，在此溫度下丙烷分解成碳和氫氣，碳就沉積在芯子上，延長充氣時間，就加厚殼體的厚度，即控制充氮時間即可控制沉積殼體的厚度，達(dá)到厚度要求時，停止充氣冷卻。由于天然石墨與熱解石墨的膨脹系數(shù)不同，冷卻后，熱解石墨殼體與天然石墨芯子分離即可得到熱解石墨毛坯。
權(quán)利要求
1.一種大功率四極電子管，它由冷卻水套[1]、陰極[2]、第一柵極[3]、第二柵極[4]、陽極[5]組成，它們分別呈圓形并按同心圓的規(guī)則排列，其特征在于所述第一柵極[3]為熱解石墨柵極，第二柵極[4]為鉬絲柵極，其表面噴碳化鎢后鍍白金，陰極2固定在陰極支桿8上，在陰極支桿的上端部連接一個陶瓷環(huán)[6]，第一柵極[3]、第二柵極[4]的上端部分別套在陶瓷環(huán)[6]上，在第二柵極[4]的上方設(shè)有一個金屬屏蔽帽[7]，它罩在陶瓷環(huán)[6]的上方，底邊圓周與第二柵極[4]的上端平面電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率四極電子管，其特征在于所述第一柵極[3]的直徑為68-72毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率四極電子管，其特征在于所述金屬屏蔽帽[7]為鉭鈮合金薄板帽，壁厚為0.1～0.2毫米。
4.一種如權(quán)利要求1所述的大功率四極電子管的制作方法，它包括電子管第一柵極、第二柵極、及其它各零部件的制造及零部件的組裝工序，其特征在于所述第一柵極[3]按如下步驟制造a.制作熱解石墨毛坯；b.將熱解石墨毛坯用車床加工到第一柵極的內(nèi)、外直徑尺寸；c.制作柵極成型模具用薄銅片或鉬片用光刻的方法制成第一柵極絲的尺寸的網(wǎng)罩作為石墨柵極的柵絲成型模具；d.把一柵絲成型模具套在熱解石墨柵極毛坯上，采用噴砂方法把毛坯上模具沒有屏蔽住的部分打掉，即得到熱解石墨柵極；e.將熱解石墨柵極經(jīng)過開水煮沸，去臘；f.經(jīng)2000℃退火，即可得到可用的熱解石墨第一柵極；g.在陰極支桿上端安裝一個耐高溫的絕緣陶瓷環(huán)，將第一柵極和第二柵極上端平面的中心孔分別套在陶瓷環(huán)的圓周上；h.在陶瓷環(huán)的上方安裝一個金屬屏蔽帽，金屬屏蔽帽采用鉭鈮合金薄板帽，它的底邊圓周與第二柵極的頂面點焊在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率四極電子管的制作方法，所述熱解石墨毛坯的制作工序為用天然石墨分別作成柵極毛坯芯子和電加熱的熱子，將芯子和熱子放入真空爐內(nèi)，給熱子通電加熱，當(dāng)爐溫到達(dá)2400℃時，向爐內(nèi)充入丙烷氣體，使丙烷在2400℃時分解成氫氣和碳，碳的分子附著在天然石墨的芯子的表面上，結(jié)成熱解石墨殼體，冷卻后將熱解石墨殼體與天然石墨芯子分離，即得所需的熱解石墨柵極毛坯。
全文摘要
一種大功率四極電子管及其制作方法，屬電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，用于解決石墨柵極易掉粉及高壓打火的問題。它由冷卻水套、陰極、第一柵極、第二柵極、陽極組成，改進后的第一柵極由熱解石墨制成，第二柵極由鉬絲焊成鼠籠形，其表面噴涂碳花鎢燒結(jié)后鍍白金制成，兩柵極的上端部分別與陰極上端部的陶瓷環(huán)相連接，在第二柵極的上方設(shè)有金屬屏蔽帽，其底邊圓周與第二柵極的上端平面電連接。所述柵極用熱解石墨作毛坯，用光刻金屬網(wǎng)罩作模具，采用噴砂方法制得石墨柵極。本發(fā)明可以使第一柵極具有較高的耐高溫、耐輻射的能力，它的熱耗散能力達(dá)到鉬絲噴鎬柵極熱耗散能力的五倍，因此，可以大大縮小電子管的尺寸。
文檔編號H01J19/00GK1479343SQ03146048
公開日2004年3月3日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者衛(wèi)軍民, 張香齋, 朱自文 申請人:衛(wèi)軍民, 朱自文