CN103474312A

CN103474312A - 一种行波管夹持杆及其制备方法

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Publication number: CN103474312A
Application number: CN2013104082241A
Authority: CN
Inventors: 魏彦玉; 刘鲁伟; 岳玲娜; 徐进; 路志刚; 赵国庆; 王战亮; 黄民智; 宫玉彬; 王文祥
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: CN103474312B

Abstract

本发明公开了一种行波管陶瓷夹持杆及其制备方法，包括金属内芯和位于金属内芯外的陶瓷材料层，所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近，所述金属内芯的外表面上分别设有一层金属层或合金层如镍、铜、银-铜合金、金-铜合金，锗-铜合金等中的一种和活性金属层如钛、锆、钽、铌中的一种。本发明所提供的一种带金属内芯的陶瓷夹持杆与常规陶瓷夹持杆相比，具有更好的强度和柔韧性，因此用于慢波结构的装配时，不容易断裂。

Description

一种行波管夹持杆及其制备方法

技术领域

本发明属于微波真空电子技术领域，具体涉及与行波管中的慢波电路配套使用的陶瓷夹持杆。

背景技术

行波管是真空电子学领域内最为重要的一类微波、毫米波源，具有大功率、高效率、高增益、宽频带的特点，广泛应用于微波毫米波雷达、电子对抗、制导、通信、微波遥感、微博测量等领域。慢波电路作为行波管中进行注-波互作用以激励放大微波毫米波能量的电路，是行波管的核心，其性能直接决定着行波管的技术水平。

在行波管的慢波电路中，比如螺旋线慢波***，双绕螺旋线慢波***以及环-杆慢波***等，大量使用了陶瓷夹持杆，其形状如图1到图3所示。这些陶瓷夹持杆除起到介质绝缘，还有改善慢波电路色散特性的作用。由于陶瓷夹持杆都比较脆弱，慢波结构在装配的时候很容易因为受力不均匀而发生断裂，造成大量材料的浪费。若使用的是氧化铍陶瓷材料，在发生断裂时产生的氧化铍粉末为剧毒材料，很容易引起环境污染。另外，行波管在高温、剧烈振动的环境下工作时，陶瓷夹持杆很可能会断裂成几部分，从而使行波管的性能下降，寿命减少。因此，非常有必要寻找一种既具有高的机械强度，又具有一定柔韧性能的陶瓷夹持杆。

发明内容

本发明提出一种行波管陶瓷夹持杆及其制备方法，该陶瓷夹持杆不仅具有较高的机械强度，而且还有一定的柔韧性能，克服了背景技术中陶瓷夹持杆装配时易断裂的缺点。

本发明为实现上述目的采用以下技术方案：

本发明提供了一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先在金属内芯的外表面镀一层金属或合金层，如镍、铜、银-铜合金、金-铜合金，锗-铜合金等中的一种，然后再在金属或合金层的外表面镀一层活性金属如钛、锆、钽、铌中的一种。第一层的金属或合金层很容易在低于活性金属熔点的温度下与活性金属形成液相合金，这时已处于液相状态下的钛很容易与陶瓷表面发生反应，从而可以完成金属与陶瓷的封接。

将外表面镀有金属层的金属内芯固定在压制陶瓷夹持杆的模具的内部；

在压制陶瓷夹持杆的模具中填满陶瓷材料，并开始陶瓷夹持杆的压制，压制压力在20-30MPa左右，压制时间为15-25分钟；

将压制好的陶瓷夹持杆放在1500℃-1700℃的高温中烧结2-4个小时，得到陶瓷夹持杆成品。

上述技术方案中，所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近。

上述技术方案中，所述金属内芯的材料为低膨胀金属，如铁镍钴磁封合金4J33或4J34。

上述技术方案中，所述陶瓷材料为氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。

上述技术方案中，所述陶瓷夹持杆的横截面形状为矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种；所述金属内芯的横截面形状为与陶瓷夹持杆横截面形状相同的矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种。

本发明还提供了一种行波管陶瓷夹持杆，其特征在于：包括金属内芯和位于金属内芯外的陶瓷材料层，所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近，所述金属内芯的外表面上设有至少一层活性金属层。

上述一种行波管陶瓷夹持杆的技术方案中，所述金属内芯的材料为低膨胀金属，如铁镍钴磁封合金4J33或4J34。

上述一种行波管陶瓷夹持杆的技术方案中，所述陶瓷材料为氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。

上述一种行波管陶瓷夹持杆的技术方案中，所述陶瓷夹持杆的横截面形状为矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种；所述金属内芯的横截面形状为与陶瓷夹持杆横截面形状相同的矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明所提供的一种带金属内芯的陶瓷夹持杆与常规陶瓷夹持杆相比，具有更好的强度和柔韧性，因此用于慢波结构的装配时，不容易断裂。

（2）本发明的一种带金属内芯的陶瓷夹持杆在慢波结构中不仅起到介质绝缘的作用，还起到翼片加载的作用，故可以改善慢波结构的色散特性，增加行波管的带宽。另外，由于毫米波慢波结构的横截面尺寸很小，在很小尺寸的慢波结构中加工翼片相当困难，难以保证加工的精度，因此本发明提高了慢波结构的加工精度，同时还降低了制造成本。

附图说明

图1是传统的矩形陶瓷夹持杆；

图2是传统的圆形陶瓷夹持杆；

图3是传统的扇形陶瓷持杆；

图4是本发明的一种带矩形金属内芯的矩形陶瓷夹持杆；

图5是本发明的一种带圆形金属内芯的圆形陶瓷夹持杆；

图6是本发明的一种带梯形金属内芯的扇形陶瓷夹持杆。

图中，1为陶瓷材料层，2为金属内芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其它实例中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

根据本发明的一个方面，公开了一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，包括以下步骤：

选用金属内芯和陶瓷材料，所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近；

首先在金属内芯的外表面镀一层金属或合金层，如镍、铜、银-铜合金、金-铜合金，锗-铜合金等中的一种，然后再在金属或合金层的外表面镀一层活性金属如钛、锆、钽、铌中的一种。

在压制陶瓷夹持杆的模具中填满陶瓷材料，并开始陶瓷夹持杆的压制，压制压力在20-30MPa，压制时间为15-25分钟；

根据本发明的另一方面，还公开了一种行波管陶瓷夹持杆，包括金属内芯2和位于金属内芯外的陶瓷材料层1，其金属内芯2的线膨胀系数与陶瓷材料层1的陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近，所述金属内芯的外表面上设有至少一层活性金属层。其中，陶瓷材料为氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种，陶瓷夹持杆的横截面形状为如图4至图6所示的矩形、圆形、扇形或者梯形、品字形中的一种，或者其它形状，金属内芯的横截面形状为如图4至图6所示的与陶瓷夹持杆横截面形状相同的矩形、圆形、扇形或者梯形、品字形中的一种，或者其它形状。

实施例一

本实施方式以陶瓷夹持杆和金属内芯的横截面都为矩形结构，且金属内芯位于陶瓷夹持杆的中央为例，其中陶瓷夹持杆的材料为氧化铍，金属内芯的材料为铁镍钴磁封合金4J34。矩形槽的长边×短边×长度为4×5×130mm；矩形陶瓷夹持杆的长边×短边×长度为4×5×130mm；矩形金属内芯横截面的长边×短边×长度为2×2.5×130mm。在金属内芯的表面分别镀一层10μm厚的镍层和钛层，然后把金属条固定在槽的中央，并在槽中填充氧化铍陶瓷粉末，经压力机压实后按正常的氧化铍陶瓷烧结规范进行烧结，烧结后便形成了本发明所设计的一种行波管用的带金属内芯的陶瓷夹持杆。

本实施方案中氧化铍陶瓷的线膨胀系数在20-400℃范围内约为7.5×10^-6/℃，杨氏模量为3×10¹¹N/m^2，泊松比为0.3，抗折强度为137N/mm^2；铁镍钴磁封合金4J34的线膨胀系数在20-400℃范围内约为6.29×10^-6/℃，杨氏模量为1.568×10¹¹N/m^2，泊松比为0.3，抗折强度为539N/mm^2。可知，氧化铍陶瓷材料的线膨胀系数与铁镍钴磁封合金4J34的近似，但是铁镍钴磁封合金4J34的抗折强度为氧化铍陶瓷材料的3.93倍，因此本发明的一种行波管用的带金属内芯的陶瓷夹持杆与比传统氧化铍夹持杆的相比，具有更大的抗折强度，因此在慢波结构的装配时不容易断裂。

实施例二

本实施方式以陶瓷夹持杆和金属内芯的横截面都为圆形结构，且金属内芯位于陶瓷夹持杆的中央为例，其中陶瓷夹持杆的材料为氧化铝，金属内芯的材料为铁镍钴磁封合金4J33。圆形槽的半径×长度为4×100mm；圆形陶瓷夹持杆的半径×长度为4×100mm；圆形金属内芯横截面的半径×长度为2×100mm。在金属内芯的表面分别镀一层10μm厚的铜层和钛层，然后把金属条固定在槽的中央，并在槽中填充氧化铝陶瓷粉末，经压力机压实后按正常的氧化铝陶瓷烧结规范进行烧结，烧结后便形成了本发明所设计的一种行波管用的带金属内芯的陶瓷夹持杆。

本实施方案中氧化铝陶瓷的线膨胀系数在20-400℃范围内约为7.01×10^-6/℃，杨氏模量为3.6×10¹¹N/m^2，泊松比为0.3，抗折强度为323N/mm^2；铁镍钴磁封合金4J33的线膨胀系数在20-400℃范围内约为6.06×10^-6/℃，杨氏模量为1.764×10¹¹N/m^2，泊松比为0.3，抗折强度为539N/mm^2。可知，氧化铝陶瓷材料的线膨胀系数与铁镍钴磁封合金4J33的近似，但是铁镍钴磁封合金4J33的抗折强度为氧化铍陶瓷材料的1.67倍，因此本发明的一种行波管用的带金属内芯的陶瓷夹持杆与比传统氧化铝夹持杆的相比，具有更大的抗折强度，因此在慢波结构的装配时不容易断裂。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点，包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点的也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解为本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体的说，在本申请公开的说明书、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims

1.一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先在金属内芯的外表面镀一层金属或合金层，如镍、铜、银-铜合金、金-铜合金或锗-铜合金中的任一种，

然后再在金属或合金层的外表面镀一层活性金属，如钛、锆、钽或铌中的任一种；

2.根据权利要求1所述一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，其特征在于：所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近。

3.根据权利要求1所述一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，其特征在于：所述金属内芯的材料为低膨胀金属，如铁镍钴磁封合金4J33或4J34。

4.根据权利要求1所述一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料为氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。

5.根据权利要求1所述一种行波管陶瓷夹持杆的制备方法，所述陶瓷夹持杆的横截面形状为矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种；所述金属内芯的横截面形状为与陶瓷夹持杆横截面形状相同的矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种。

6.一种行波管陶瓷夹持杆，其特征在于：包括金属内芯和位于金属内芯外的陶瓷材料层，所述金属内芯的线膨胀系数与所述陶瓷材料的线膨胀系数相同或者相近，所述金属内芯的外表面上设有至少一层活性金属层。

7.根据权利要求6所述的行波管陶瓷夹持杆，其特征在于：所述金属内芯的材料为低膨胀金属，如铁镍钴磁封合金4J33或4J34。

8.根据权利要求6所述的行波管陶瓷夹持杆，其特征在于：所述陶瓷材料为氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。

9.根据权利要求6所述的行波管陶瓷夹持杆，其特征在于：所述陶瓷夹持杆的横截面形状为矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种；所述金属内芯的横截面形状为与陶瓷夹持杆横截面形状相同的矩形、圆形、扇形、梯形、品字形中的一种。