專利名稱：無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空器件技術(shù)，是一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法。
背景技術(shù)：
微波電子管誕生于二十世紀(jì)三十年代末，它作為雷達(dá)和通信系統(tǒng)的“心臟”，在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大作用。作為真空電子器件，多年來一直受到半導(dǎo)體器件的極大挑戰(zhàn)和威脅，尤其在中小功率方面為甚。但是，在大功率、尤其是超大功率領(lǐng)域，真空電子器件至今仍具有極其顯著的優(yōu)勢(shì)(參見馮西賢.空間行波管多級(jí)降壓收集極CAD技術(shù)研究[博士學(xué)位論文].北京中科院電子所，2010)。
行波管以其寬頻帶、高增益、高功率和多模工作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于數(shù)據(jù)通信、電子對(duì)抗、預(yù)警飛機(jī)、火控雷達(dá)和精密制導(dǎo)，在現(xiàn)代軍事電子裝備中日益顯示出不可替代的重要作用(參見《廖復(fù)疆.大功率微波管一 21世紀(jì)軍事電子裝備的關(guān)鍵器件.中國電子學(xué)會(huì)真空電子學(xué)分會(huì)第十界年會(huì)論文集(上冊(cè))，1996 1-7)),《楊中海等.“寬帶大功率行波管CAD集成系統(tǒng)”總體方案論證報(bào)告，1995 1-3)),《楊中海等.“寬帶大功率行波管CAD集成系統(tǒng)” GF 報(bào)告，1999 1-3))) ο行波管主要由如下的五個(gè)主要部分組成電子槍，磁聚焦系統(tǒng)，慢波結(jié)構(gòu)，輸入輸出裝置，收集極(參見趙剛.行波管電子光學(xué)與駐波互作用研究[博士學(xué)位論文].北京中科院電子所，2007)。電子槍主要是產(chǎn)生電子束，磁聚焦系統(tǒng)主要用來約束電子束使其順利穿過慢波系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，慢波系統(tǒng)主要是使電磁波的傳播速度下降到和電子的運(yùn)動(dòng)速度基本相同，實(shí)現(xiàn)把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成高頻場(chǎng)能量這一物理過程，輸入輸出裝置主要是信號(hào)的入口和出口，收集極主要用于收集已經(jīng)和電磁場(chǎng)交換能量完畢的電子，為了減少耗散，提高效率，行波管經(jīng)常采用多級(jí)降壓收集極(參見《Coco S, Laudani A. An IterativeApproach for the 3-D Representation of Focusing Axisymmetric Magnetic Fieldsin TWT Collectors. IEEE Transactions on Magnetics，2002，38(2) :1137-1140.》，《HenryG. KosmahI. Modern multistage depressed collectors-a review. The proceedings ofthe IEEE, 70 (11) :1325-1334,1982))) 0多級(jí)降壓收集極半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展極大地提高了行波管的整體效率，降低了收集極的熱負(fù)荷，行波管的使用壽命也因此得到提高，但是多級(jí)降壓收集極的制備過程中也遇到了很多問題，比如各級(jí)的位置確定、各級(jí)的固定和連接、陶瓷的金屬化和封接以及各級(jí)之間的絕緣等等，因此合理的空間結(jié)構(gòu)和良好的表面材料以及具體的工藝都需要進(jìn)一步改
盡
口 ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，使用無焊接的陶瓷柱作為多級(jí)降壓收集極各級(jí)之間的定位及絕緣。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法，其包括步驟a)制備高精度裝配模具用于陶瓷柱與各個(gè)電極之間的裝配及定位該模具采用分體式卡槽結(jié)構(gòu)，沿著內(nèi)圓的相切線切割出用于固定圓柱形陶瓷柱的槽； b)裝配前，各模具、電極和使用的工具均須經(jīng)過丙酮和超聲波清洗至少三分鐘，確保清潔，對(duì)收集極無污染，陶瓷柱須經(jīng)過氫爐烘烤，烘烤過程采用緩慢升溫至600°c，保溫5分鐘，而后緩慢降溫至室溫；c)陶瓷柱與各個(gè)電極之間的裝配及定位·
Cl、首先，取兩個(gè)對(duì)稱的半圓形模具，分別將幾十根陶瓷柱帶有窄平面槽的一側(cè)均朝向圓心，在每個(gè)半圓形模具中定位裝配后，用固定模具鎖定當(dāng)前陶瓷柱方向；c2、而后再將各級(jí)電極分層卡在陶瓷柱的窄平面槽中；c3、最后將兩個(gè)分體的半圓形模具按卡槽合模在一起，成一整體，完成多級(jí)降壓收集極內(nèi)部組件的裝配及定位；d)制備熱擠壓模具該熱擠壓模具為一套燕尾槽形擠壓模具，包括陶瓷柱和電極裝配模具、收集極外筒固定模具、擠壓推套模具；e)熱擠壓工藝在氫氣保護(hù)下進(jìn)行，當(dāng)加熱溫度為600°C時(shí)，迅速將c)步中裝配于模具中的陶瓷柱和電極用擠壓推套推入收集極外筒中；f)在氫氣保護(hù)下降溫，待溫度低于50°C時(shí)，取出收集極，裝配完畢。所述的收集極的裝配及熱擠壓方法，其所述b)步中，緩慢升溫或降溫的速率(200C /min。所述的收集極的裝配及熱擠壓方法，其所述d)步中，通過使用配合間隙在O. 02mm以內(nèi)的燕尾槽確保各裝配模具、擠壓模具的中心均在一條軸線上，且同心度在O. 02mm以內(nèi)。本發(fā)明方法由于使用非焊接手段，不會(huì)有焊料的流出、蒸散等問題，制備的多級(jí)降壓收集極耐壓性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)可靠。實(shí)踐證明使用該裝配及熱擠壓方法可以制備很好的多級(jí)降壓收集極。


圖I為本發(fā)明的無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的收集極總裝示意圖；圖3為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的裝配模具示意圖；圖4為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的定位基座不意圖；圖5為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的陶瓷柱方向定位模具示意圖；圖6為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的鎖緊模具示意圖；圖7為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的電極裝卡定位模具示意圖；圖8為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的熱擠壓套筒模具示意圖；圖9為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的熱擠壓推擠模具示意圖。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法和相關(guān)的工藝參數(shù)。主要內(nèi)容包括I、高精度裝配模具制備。該模具采用對(duì)稱分體式卡槽結(jié)構(gòu)，按模具使用順序介紹如下I)沿著陶瓷柱外圓相切軌跡，采用電火花線切割設(shè)備切出用于固定圓柱形陶瓷柱輪廓的兩個(gè)對(duì)稱裝配模具(如圖3所示，該裝配模具采用分體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)半圓弧形片凹槽相對(duì)拼接為筒狀，筒狀內(nèi)圓與陶瓷柱外圓相切)；2)將上述兩個(gè)模具裝入定位基座中(如圖4所示，該基座也采用分體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)半圓弧內(nèi)豎直排放陶瓷柱，陶瓷柱上的平面向心排列)，定位基座上下各一個(gè)，主要用于將陶瓷柱組裝定位，定位基座由車床加工制備；3)四層電極沿著軸向卡入陶瓷柱上的四個(gè)定位窄槽，要求窄槽的方向全部向心組裝，所以使用一個(gè)陶瓷柱方向定位模具(如圖5所示，該模具主要用于固定陶瓷柱的方向)，用于將陶瓷柱方向定位于窄槽中，將幾十根帶有窄平面槽的陶瓷柱，使用陶瓷柱方向定位模具，使帶有窄平面槽的一側(cè)均朝向圓心定位裝配，緊密排列，排列的規(guī)則是將窄槽平面朝向圓心方向，這樣可以組裝出合格的多級(jí)降壓收集極；4)位置確定后使用鎖緊模具(如圖6所示，該模具主要用于將排放好的陶瓷柱固定鎖緊)將其鎖緊，此時(shí)兩個(gè)對(duì)稱組裝陶瓷柱模具完成。鎖緊模具用車床，銑床，線切割機(jī)床加工制備；5)四級(jí)電極的裝配使用電極裝卡定位模具(如圖7所示，該模具主要用于定位各個(gè)收集極沿軸向的尺寸位置)組裝，將四級(jí)電極固定在裝卡定位模具后，將其放入已定位好的陶瓷柱中，而后將兩個(gè)對(duì)稱分體的鎖緊模具和定位模具組成一個(gè)完整的收集極整體。電極裝卡定位模具起到定位四層電極的作用，采用電火花線切割機(jī)床制備該模具；6)撤掉所有輔助模具，只留下中心陶瓷柱定位模具，將其放在準(zhǔn)備熱擠壓同心高的模具軌道上，將組裝好的陶瓷與多級(jí)電極一起推到熱擠壓套筒模具中(如圖8所示，該模具主要用于將上述步驟所裝配好的組件擠壓到該模具中)。該熱擠壓模具由電火花線切割機(jī)床制備。2、裝配前的工藝處理。裝配之前各模具、電極和使用的工具均須要經(jīng)過丙酮和超聲波清洗至少三分鐘，確保清潔，對(duì)收集極無污染，陶瓷柱須經(jīng)過氫爐烘烤，烘烤過程采用緩慢升溫(速率(200C /min)至600°C，保溫5分鐘，而后緩慢(速率彡20°C /min)降至室溫。3、熱擠壓模具制備。熱擠壓推擠模具(如圖9所示，該模具主要通過使用配合間隙在O. 02mm以內(nèi)的燕尾槽確保各裝配模具、擠壓模具的中心均在一條軸線上，使得熱擠壓的工藝過程順利進(jìn)行)采用一套燕尾槽形模具，主要用于控制推擠過程的同心度，由于熱擠壓過程中需要對(duì)材料進(jìn)行加熱，考慮到材料的熱變形以及推擠力的方向，該套模具的制備是在數(shù)控慢走絲線切割機(jī)上加工出來的，確保了該套模具的精度。推擠過程中，陶瓷柱和電極裝配模具、收集極外筒固定模具、擠壓推套模具須在一條軸線上，且同心度在O. 02mm以內(nèi)。4、熱擠壓工藝參數(shù)
熱擠壓工藝是在自制的熱擠壓工作臺(tái)上進(jìn)行的，該工作臺(tái)提供了熱擠壓用的推擠燕尾槽形導(dǎo)軌以及氫氣保護(hù)，主要是防止無氧銅材料的電極氧化，首先對(duì)不銹鋼材料的收集極外筒進(jìn)行加熱，以使其熱膨脹，當(dāng)加熱溫度為600°C時(shí)，迅速將裝配于模具中的陶瓷柱和電極用擠壓推套推入收集極外筒中，氫氣保護(hù)下降溫，待溫度低于50°C，可以取出收集極。實(shí)施例見圖I為本發(fā)明的一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的流程示意圖，包括如下步驟I.制備裝配模具I)選擇熱變形小的銦鋼材料制作模具；2)對(duì)材料進(jìn)行退火處理，600°C保溫20分鐘；3)線切割機(jī)床按照計(jì)算尺寸進(jìn)行繪圖、生成加工程序、對(duì)已處理好的材料進(jìn)行加工；4)切割后的模具進(jìn)行檢驗(yàn)、清洗等工作，待用；2.裝配前的工藝處理I)對(duì)各模具、電極和使用的工具均須要經(jīng)過丙酮和超聲波清洗至少三分鐘，確保清潔、對(duì)收集極無污染；2)對(duì)收集極陶瓷柱進(jìn)行氫爐烘烤，烘烤過程采用緩慢升溫(速率彡200C /min)至600°C，保溫5分鐘，而后緩慢(速率彡200C /min)降至室溫。3.陶瓷柱與各個(gè)電極之間的裝配I)首先安裝陶瓷柱，將兩個(gè)對(duì)稱裝配模具分別裝在定位基座上，用上下兩個(gè)卡環(huán)固定住，將幾十根陶瓷柱帶有窄平面槽的一側(cè)均朝向圓心定位裝配，緊密排列，用陶瓷柱方向定位模具將所有陶瓷柱的方向固定，位置確定后使用鎖緊模具將其鎖緊；2)將四級(jí)電極固定在電極裝卡定位模具內(nèi)，將其放入已定位好的陶瓷柱中，而后將兩個(gè)對(duì)稱分體的模具組成一個(gè)完整的收集極整體，撤掉所有輔助模具，只留下中心陶瓷柱定位模具，將其放在準(zhǔn)備熱擠壓同心高的模具軌道上，將組裝好的陶瓷與多級(jí)電極一起推到熱擠壓模具中，準(zhǔn)備擠壓；4.熱擠壓模具制備I)燕尾槽基座的制備選用退火后的銦鋼材料在數(shù)控慢走絲線切割機(jī)上加工高精度的基座；2)收集極外筒定位座的制備由于收集極外筒的軸線要定位到與裝配模具和推桿模具同軸的位置上，該定位座切割成倒三角形式，角度為120°，以便不同直徑的外筒均可以放置在該座上；3)推桿的制備推桿的主要尺寸須根據(jù)陶瓷柱組成的圓周來確定，小于外徑，大于內(nèi)徑，這樣推桿可以推著陶瓷柱帶動(dòng)各個(gè)電極進(jìn)入收集極外筒中；5、熱擠壓工藝參數(shù)I)熱擠壓工藝是在自制的熱擠壓工作臺(tái)上進(jìn)行的，需要?dú)錃獗Ｗo(hù)；2)對(duì)不銹鋼材料的收集極外筒進(jìn)行加熱，加熱溫度至650°C ；
3)用擠壓推套將裝配于模具中的陶瓷柱和電極推入收集極外筒中，待溫度低于50°C，取出收集極。見圖2為本發(fā)明無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法的收集極總裝示意圖。無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓過程結(jié)束，按本發(fā)明方法操作，可以獲得絕緣效果很好的多級(jí)降壓收集極。
權(quán)利要求
1.一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法，其特征在于，包括步驟 a)制備高精度裝配模具用于陶瓷柱與各個(gè)電極之間的裝配及定位該模具采用分體式卡槽結(jié)構(gòu)，沿著內(nèi)圓的相切線切割出用于固定圓柱形陶瓷柱的槽； b)裝配前，各模具、電極和使用的工具均須經(jīng)過丙酮和超聲波清洗至少三分鐘，確保清潔，對(duì)收集極無污染，陶瓷柱須經(jīng)過氫爐烘烤，烘烤過程采用緩慢升溫至600°C，保溫5分鐘，而后緩慢降溫至室溫； c)陶瓷柱與各個(gè)電極之間的裝配及定位 Cl、首先，取兩個(gè)對(duì)稱的半圓形模具，分別將幾十根陶瓷柱帶有窄平面槽的一側(cè)均朝向 圓心，在每個(gè)半圓形模具中定位裝配后，用固定模具鎖定當(dāng)前陶瓷柱方向；c2、而后再將各級(jí)電極分層卡在陶瓷柱的窄平面槽中； c3、最后將兩個(gè)分體的半圓形模具按卡槽合模在一起,成一整體,完成多級(jí)降壓收集極內(nèi)部組件的裝配及定位； d)制備熱擠壓模具該熱擠壓模具為一套燕尾槽形擠壓模具，包括陶瓷柱和電極裝配模具、收集極外筒固定模具、擠壓推套模具； e)熱擠壓工藝在氫氣保護(hù)下進(jìn)行，當(dāng)加熱溫度為600°C時(shí)，迅速將c)步中裝配于模具中的陶瓷柱和電極用擠壓推套推入收集極外筒中； f)在氫氣保護(hù)下降溫，待溫度低于50°C時(shí)，取出收集極，裝配完畢。
2.如權(quán)利要求I所述的收集極的裝配及熱擠壓方法，其特征在于，所述b)步中，緩慢升溫或降溫的速率彡200C /min。
3.如權(quán)利要求I所述的收集極的裝配及熱擠壓方法，其特征在于，所述d)步中，通過使用配合間隙在O. 02mm以內(nèi)的燕尾槽確保各裝配模具、擠壓模具的中心均在一條軸線上，且同心度在O. 02mm以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無焊接柱狀絕緣瓷多級(jí)降壓收集極的裝配及熱擠壓方法，涉及真空器件技術(shù)，該方法通過一系列高精度的裝配模具及工藝措施，確保裝配過程中陶瓷柱與各個(gè)電極之間的緊密配合及相對(duì)位置，而后采用熱擠壓的方法將裝配好的陶瓷柱和各級(jí)收集極在熱擠壓專用模具上整體推入收集極外筒中。本發(fā)明方法由于使用非焊接手段，不會(huì)有焊料的流出、蒸散等問題，制備的多級(jí)降壓收集極耐壓性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)可靠。
文檔編號(hào)H01J9/18GK102956417SQ20111024531
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者馬天軍, 趙麗, 唐伯俊, 鄧峰, 呂艷杰, 劉勝英, 郁素德, 胡京軍, 王鑫 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所