專利名稱：磁控管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于諸如微波爐的高頻發(fā)熱裝置或諸如雷達(dá)的脈沖發(fā)生器的場(chǎng)發(fā)射型磁控管。
背景技術(shù)：
在普通的熱電子發(fā)射型磁控管中，熱陰極用作電子源。熱陰極通過(guò)發(fā)射熱電子來(lái)供給電子。熱電子發(fā)射的機(jī)理是通過(guò)在大約1500K到2700K的溫度下加熱材料，陰極導(dǎo)體帶的自由電子獲得熱能，從而自由電子克服表面勢(shì)壘發(fā)射到空間中。
圖6是示出普通熱電子發(fā)射型磁控管的一個(gè)示例的縱截面圖。在該圖中，熱陰極2設(shè)置在多個(gè)陽(yáng)極葉片1的中央部分。熱陰極2的形成方式為包含釷的鎢線材3以基本相等的間隔螺旋形成，并且兩個(gè)端部由端帽部件4固定。電流供給到熱陰極2上，以便將陰極的溫度升高到2000K，并發(fā)射熱電子(例如，參見JP-A-2001-23531)。
此外，采用普通場(chǎng)發(fā)射現(xiàn)象的設(shè)置有陰極的場(chǎng)發(fā)射型磁控管使用金屬箔作為電極，如所公知的(例如，參見日本專利2740793)。
場(chǎng)發(fā)射現(xiàn)象意味著高電場(chǎng)(大約109V/m)供給到材料表面附近的一部分上，以允許材料表面上的勢(shì)壘減薄，并且由于電子浪涌特性所產(chǎn)生的隧道效應(yīng)，電子發(fā)射到材料之外，而不必克服勢(shì)壘。在陰極電壓處于幾KV到幾十KV范圍內(nèi)的cm帶的磁控管的情況下，陰極表面的場(chǎng)強(qiáng)是107V/m。從而，當(dāng)電場(chǎng)未加強(qiáng)到大約兩位數(shù)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)發(fā)射。于是，為了在磁控管的陰極中實(shí)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射，用于場(chǎng)發(fā)射的電極需要具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即端部的曲率半徑很小，如同針或箔一樣，并提高場(chǎng)會(huì)聚效果。
圖7是示出普通場(chǎng)發(fā)射型磁控管的主要部分結(jié)構(gòu)的縱截面圖。在圖中，陰極部分5設(shè)置在多個(gè)陽(yáng)極葉片1的中央部分中。陰極部分5具有這樣的結(jié)構(gòu)，即多個(gè)由金屬薄膜制成的場(chǎng)發(fā)射電極6與多個(gè)陰極襯底8相結(jié)合，其中該金屬薄膜通過(guò)電腐蝕方法形成為盤形且邊緣鋒利化，并且氧化膜7施加到該陰極襯底8上，以具有高的次級(jí)電子增益，所結(jié)合的元件固定在端帽9之間。陰極襯底8的氧化膜7布置成在來(lái)自場(chǎng)發(fā)射電極6的電子涌出時(shí)發(fā)射很多次級(jí)電子。
在普通熱電子發(fā)射型磁控管中，由于陰極的溫度達(dá)到2000K左右，需要在陰極的周圍使用高熔點(diǎn)的昂貴材料。
在普通熱電子發(fā)射型磁控管中，單獨(dú)需要用于加熱陰極的加熱器電源以及用于在磁控管的陽(yáng)極和陰極之間施加電壓的高壓電源。
不理想的是，普通熱電子發(fā)射型磁控管具有這樣的問(wèn)題，即需要時(shí)間來(lái)將電流提供到陰極上并獲得所需的工作溫度。
此外，不利的是，普通熱電子發(fā)射型磁控管需要升高陰極的溫度，并且陰極不理想地消耗電能。
此外，在普通場(chǎng)發(fā)射型磁控管中，將金屬箔的邊緣鋒利化以作為場(chǎng)發(fā)射電極的工作非常困難。此外，難于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)量。
由于施加到多個(gè)場(chǎng)發(fā)射電極上的場(chǎng)強(qiáng)各自不同，從各電極發(fā)出的電流各自不均勻一致。因此，施加了負(fù)載的電極消耗特別嚴(yán)重，從而，電極的功能首先退化。這個(gè)現(xiàn)象不理想地導(dǎo)致整個(gè)陰極的壽命縮短。
由于多個(gè)作為初級(jí)電子發(fā)射源的場(chǎng)發(fā)射電極和用來(lái)倍增從電場(chǎng)發(fā)出的電子的作為次級(jí)電子發(fā)射源的電極需要同軸布置，部件的數(shù)量不期望地增多，從而它們的組裝變得困難，并且成本升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁控管，該磁控管具有通過(guò)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)可以延長(zhǎng)壽命的陰極部分。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的磁控管具有同軸設(shè)置的陽(yáng)極部分和陰極部分。石墨納米纖維布置在陰極部分的電子發(fā)射表面上。
陰極部分設(shè)置有次級(jí)電子增益高的并布置在電子發(fā)射表面一部分中的氧化材料膜。
此外，陰極部分優(yōu)選地形成為環(huán)狀立柱形式或形成為圓柱形狀。
此外，陰極部分優(yōu)選地形成為多邊形立柱形式或形成為多邊形管狀。
在根據(jù)本發(fā)明的另一磁控管中，在陰極襯底的表面上施加粒徑在幾微米到幾十微米的氧化物和作為粉末材料的石墨納米纖維的混合物，以獲得電子發(fā)射源。
此外，電子發(fā)射源的一部分優(yōu)選地由燈絲形成。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)如下所述的優(yōu)點(diǎn)。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而降低來(lái)陰極的工作溫度。從而，陰極的周邊部分可以用不昂貴的金屬如不銹鋼形成。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而不需要用來(lái)加熱陰極的電源。從而，可以極大地簡(jiǎn)化磁控管的電源或磁控管的結(jié)構(gòu)。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而在電壓施加到磁控管上之后，磁控管可以執(zhí)行瞬間操作。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而陰極所消耗的電能變?yōu)榱?。由此可以極大地節(jié)約能源。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而通過(guò)利用各種CVD方法，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
石墨納米纖維或碳纖維用于陰極部分，從而電子可以從膜的整個(gè)部分均勻地發(fā)射。由此可以延長(zhǎng)磁控管的壽命。


圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施例中具有陰極部分的磁控管的主要部分縱向截面圖，其中石墨納米纖維形成在陰極表面上；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例中的具有冷陰極的磁控管的縱向截面圖，其中，石墨納米纖維用于主電子發(fā)射源，而氧化物材料膜用于次級(jí)電子發(fā)射源；圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例中的具有陰極的磁控管的軸向垂直截面圖，其中，使得石墨納米纖維在平板上生長(zhǎng)，且多個(gè)平板布置成具有多邊形立柱形狀；圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例中的具有冷陰極的陰極表面的放大示意圖，其中，粉末狀的石墨納米纖維和氧化物稀漿施加到陰極表面上；圖5是示出本發(fā)明第五實(shí)施例中磁控管的主要部分結(jié)構(gòu)的縱向截面圖，其中該磁控管具有采用石墨納米纖維和燈絲的陰極；圖6是示出普通熱電子發(fā)射型磁控管主要部分的結(jié)構(gòu)的縱向截面圖；圖7是示出普通場(chǎng)發(fā)射型磁控管主要部分的結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的磁控管的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的磁控管主要部分的結(jié)構(gòu)縱向截面圖，該磁控管具有陰極部分，且在陰極表面上形成石墨納米纖維。
在這個(gè)實(shí)施例中，陰極襯底10在諸如甲烷的碳?xì)浠衔餁怏w的氣氛中被加熱到400到600℃，并且通過(guò)熱CVD方法使得氣體與陰極襯底10的表面反應(yīng)。由此，電子發(fā)射源保持在上端帽和下端帽12之間，以形成一個(gè)圓柱形陰極部分13，在電子發(fā)射源中，利用陰極襯底10表面上存在的鎳或鐵作為晶核，使得石墨納米纖維11在陰極襯底10表面上以氣相生長(zhǎng)。
由于不需要加熱陰極的電流路徑，與圖6所示的兩個(gè)普通熱陰極相比，只需要一個(gè)連接端子14。
石墨納米纖維用作電子發(fā)射源，從而，石墨納米纖維自身的形狀可以改善場(chǎng)會(huì)聚效應(yīng)。于是，普通使用的電壓(幾KV到幾十KV)施加到陰極部分的表面上就輕易獲得強(qiáng)電場(chǎng)(109V/m)。從而，在陰極表面上的勢(shì)壘減薄，由于電子的浪涌特性而產(chǎn)生隧道效應(yīng)，并在不加熱的情況下將電子發(fā)射到空間中。
(第二實(shí)施例)圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的冷陰極磁控管主要部分的結(jié)構(gòu)縱向截面圖。在第二實(shí)施例中，石墨納米纖維用作主電子發(fā)射源，而氧化物材料膜用作次級(jí)電子發(fā)射源。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在磁控管的陰極部分15中，通過(guò)熱CVD方法，碳酸鋇沉積在圓柱形陰極襯底16的外周表面上。然后，在陰極襯底16外周表面上的碳酸鋇在真空中被加熱到800℃，并且熱分解成氧化鋇。從而，所形成的具有氧化物材料膜17的次級(jí)電子發(fā)射源沿著圓柱形陰極襯底10制成的主電子發(fā)射源的軸向布置在兩端，在該圓柱形陰極襯底10上形成石墨納米纖維11。在氧化物材料膜中，氧化鋇膜有利地具有4.8那么高的次級(jí)電子發(fā)射比。也可以使用氧化鍶或氧化鈣。
分裂型陽(yáng)極是用于現(xiàn)有磁控管(分成十個(gè)，內(nèi)徑為8mm)的陽(yáng)極。上述陰極部分與陽(yáng)極同軸地排列而組裝成一個(gè)磁控管真空管。一對(duì)磁鐵(圖中未示出)同軸設(shè)置。在產(chǎn)生0.35T的直流磁場(chǎng)18的同時(shí)，-6.0kV的電壓施加到陰極部分10上。由于陽(yáng)極和陰極之間的電壓產(chǎn)生的徑向電場(chǎng)19導(dǎo)致在陰極部分15的石墨納米纖維11中產(chǎn)生場(chǎng)發(fā)射現(xiàn)象，并且發(fā)出電子。當(dāng)電壓首先施加到陰極部分上時(shí)，石墨納米纖維的厚度并不均勻。于是，突出的石墨納米纖維不正常地放電。在這種情況下，突出部分由于放電而被消除。在若干次不正常放電之后，發(fā)射部分分布開。最后，基本上石墨納米纖維膜的所有表面都均勻發(fā)射電子。
電子由于軸向直流磁場(chǎng)18而產(chǎn)生回旋加速運(yùn)動(dòng)，并涌現(xiàn)到氧化物材料膜17。由此，發(fā)射多個(gè)次級(jí)電子，在陽(yáng)極和陰極之間最大提供60mA的電子電流，并且在2.45GHz下最大獲得250W的振蕩。
(第三實(shí)施例)圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的磁控管主要部分結(jié)構(gòu)的軸向垂直截面圖，其中，使得石墨納米纖維在板狀陰極襯底上生長(zhǎng)，并且多個(gè)陰極襯底排列成形為一個(gè)多邊形立柱作為陰極部分。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，磁控管的陰極部分20形成為使得石墨納米纖維11在板狀陰極襯底21上生長(zhǎng)，以將陰極襯底結(jié)合到八邊形立柱中，來(lái)獲得陰極部分。由于陰極襯底21是板狀的，石墨納米纖維11優(yōu)選地在陰極襯底21的表面上易于形成。
(第四實(shí)施例)圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例中的冷陰極的陰極表面的放大示意圖，該冷陰極是通過(guò)將粉末化的石墨納米纖維和氧化物稀漿施加到陰極表面上而形成。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在磁控管的陰極部分中，通過(guò)將粒徑在幾微米到幾十微米的碳酸鹽與粘合劑和粉末化的石墨納米纖維相混合所獲得的混合物施加到陰極襯底22的表面上，并加熱來(lái)將碳酸鹽變?yōu)檠趸?3。石墨納米纖維11用于發(fā)射主電子的電子發(fā)射源。陰極表面上的氧化物23用作發(fā)射次級(jí)電子的電子發(fā)射源。當(dāng)只將石墨納米纖維施加到陰極襯底上時(shí)，石墨納米纖維鋪設(shè)并固定于陰極襯底上。從而，電場(chǎng)不會(huì)聚焦，由此陰極襯底不用于場(chǎng)發(fā)射電極。然而，當(dāng)使用顆粒碳酸鹽時(shí)，碳酸鹽的顆粒支撐石墨納米纖維，使得石墨納米纖維可以垂直固定到陰極襯底上。從而，在這種結(jié)構(gòu)中，僅通過(guò)將混合物施加到陰極襯底上就可以輕易形成電極膜。
(第五實(shí)施例)圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的磁控管主要部分結(jié)構(gòu)的縱向截面圖，其中提供了利用石墨納米纖維和燈絲的陰極。
在這個(gè)實(shí)施例中，磁控管的陰極部分24由燈絲25形成，該燈絲25局部由釷鎢制成，并且用于在其間固定燈絲25的一對(duì)端帽26形成有石墨納米纖維11。在這種結(jié)構(gòu)中，磁控管的初始操作由石墨納米纖維11發(fā)出的電子進(jìn)行。此后，當(dāng)陰極部分24的溫度被電子再次涌入陰極時(shí)的能量所升高，從燈絲25發(fā)出熱電子。從而，在磁控管工作時(shí)，在陽(yáng)極和陰極之間可以獲得大量的電流。
本發(fā)明可以用于諸如微波爐、雷達(dá)、飛機(jī)、船舶、航天飛機(jī)、火箭等的高頻加熱裝置。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，包括陽(yáng)極部分；陰極部分，其與所述陽(yáng)極部分同軸設(shè)置并具有電子發(fā)射表面；以及布置在陰極部分的電子發(fā)射表面上的石墨納米纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的磁控管，其中，陰極部分包括次級(jí)電子增益高的并布置在電子發(fā)射表面一部分中的氧化物材料膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁控管，其中，陰極部分形成為環(huán)形立柱形式或圓柱形狀。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁控管，其中，陰極部分形成為多邊形立柱形狀或多邊形管狀。
5.如權(quán)利要求2所述的磁控管，其中，粒徑在幾微米到幾十微米的氧化物和作為粉末材料的石墨納米纖維的混合物施加到陰極襯底的表面上，來(lái)獲得電子發(fā)射源。
6.如權(quán)利要求2所述的磁控管，其中，電子發(fā)射源的一部分用燈絲形成。
7.如權(quán)利要求1或2所述的磁控管，其中，使用從陰極引出的一個(gè)連接端子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁控管，其中，陰極襯底(10)在諸如甲烷的碳?xì)浠衔餁怏w的氣氛中加熱到400到600℃，并通過(guò)熱CVD方法使得氣體與陰極襯底(10)的表面反應(yīng)。從而，電子發(fā)射源保持在上和下端帽(12)之間以形成一個(gè)陰極部分(13)，在電子發(fā)射源中，通過(guò)利用陰極襯底(10)表面上存在的鎳或鐵作為晶核，使得石墨納米纖維(11)在陰極襯底(10)的表面上以氣相生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01J25/587GK1581410SQ20041005644
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者相賀正幸, 塚田敏行 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社