微波真空電子器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子加速器等方面，熱子又是微波真空電子器件中最為核心的部件之一，其性能好壞將直接影響微波源的可靠性和壽命。為了克服傳統(tǒng)熱子制備工藝的缺點(diǎn)，避免螺旋腿部分的鎢或鎢合金絲出現(xiàn)損傷，提供一種高可靠熱子制備方法，采用高溫焊料焊接技術(shù)將螺旋絲與插腿焊接在一起，從而制備出具有螺旋腿與插腿之間接觸電阻小、耐震動性能好、抗熱沖擊性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的熱陰極用熱子。采用新方法制備的熱子在1100℃高溫下壽命已超過3000 h，沒有出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，目前在各種微波管上使用了新方法制備的熱子，沒有出現(xiàn)一只斷路。

　　從20 世紀(jì)30 年代到現(xiàn)在，微波電真空器件經(jīng)歷了高速的發(fā)展，在國際上已經(jīng)研制出一系列成熟的微波電真空器件。雖然目前由于通訊等的需要使微波固態(tài)電路和微波集成電路發(fā)展的很快，但是在大功率微波領(lǐng)域中，微波電真空器件仍然占有主導(dǎo)地位。微波真空電子器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子加速器、全球定位、可控?zé)岷司圩兗拔磥碥娛虑把氐母吖β饰⒉ㄎ淦鞯确矫�，其�?dú)特的功能和優(yōu)越的性能，特別是在大功率和高頻段的情況下，是其他器件所不能取代的。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，雖然常規(guī)微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的理論已基本成熟，然而現(xiàn)代高技術(shù)微波器件對微波信號的功率、頻率、帶寬等工作特性不斷提出新的發(fā)展需求。這些需求主要表現(xiàn)在要求更高的頻率、更大的功率、更寬的頻帶、更高的效率和新的工作特性，從而對微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。而擔(dān)當(dāng)電子發(fā)射的熱陰極及熱子又是微波真空電子器件中最為核心的部分，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為熱子性能好壞將直接影響微波源的輸出性能和壽命，進(jìn)而影響衛(wèi)星及高功率微波器件的性能和壽命。因此研究熱陰極用高可靠熱子，對于推動衛(wèi)星通信及高功率微波器件等技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。

　　1、熱子制備

　　1.1、傳統(tǒng)熱子制備

　　電真空器件中加熱陰極的零件，稱為熱子。熱子材料一般選用鎢或鎢合金，如鎢鉬、鎢錸、鎢鋁等。其中有一種復(fù)繞熱子結(jié)構(gòu)如圖1 所示。這種熱子制備方法:

　　(1) 繞絲：熱子所用的絲為鎢或鎢合金絲，繞絲的芯絲一般為鉬絲，利用繞絲機(jī)將鎢或鎢合金絲連續(xù)或間斷繞在芯絲為鉬的絲上。

　　(2) 清洗：將繞好的螺旋絲用20% NaOH 水溶液煮沸，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，直至鎢絲表面石墨乳洗凈為止，然后用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水煮兩遍，經(jīng)無水乙醇脫水后烘干。

　　(3) 退火：將洗好并烘干后的螺旋絲放入氫爐中，升高加熱電壓到1000℃，維持10 min，斷電冷卻到室溫后取出。

　　(4) 成形：將已退火的螺旋絲剪好所需長度，在熱子專用模具上繞制成形。

　　(5) 定形：熱子成形后穿上定形桿，彎好腿，在培養(yǎng)皿中用丙酮浸泡2 h 以上，將丙酮溶液倒出，用電吹風(fēng)吹干后，將定形桿連同熱子擺放在鉬舟中，放入氫爐加熱電壓升到1400℃，維持10 min 后斷電冷卻到室溫后取出。

　　(6) 溶芯：將定形好的熱子從定形桿上取下來，用混酸(50%HNO3 + 30%H2SO4 + 20%H2O) 溶去鉬芯絲。

　　(7) 插腿：剪好所需長的鉬絲，插腿。鉬絲要插到螺旋腿的根部，螺旋腿部分要用鉗子加緊，避免鉬絲脫落。

　　(8) 清洗：將做好的熱子用20% NaOH 水溶液煮沸，然后用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水煮2 遍，經(jīng)無水乙醇脫水后烘干。

　　(9) 去氣：將熱子放入氫爐中，加熱電壓升到900℃，維持10 min，斷電冷卻到室溫后取出。

　　(10) 檢查：用電阻測試儀測熱子的冷阻，看是否符合要求，若不符合則廢棄。

　　這種傳統(tǒng)熱子的制備方法有一個(gè)缺點(diǎn)：在第7步中鉬絲要插到螺旋腿的根部，螺旋腿部分要用鉗子加緊，避免鉬絲脫落。螺旋腿部分用鉗子加緊的過程中會造成螺旋腿部分的鎢或鎢合金絲粉碎( 廢品占50% ～70%) 或出現(xiàn)損傷( 合格品占30% ～50%) 。圖2 給出了這種傳統(tǒng)熱子制備方法制備的合格熱子的螺旋腿與插腿的掃描電鏡(SEM) 照片。

圖1 熱子結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳統(tǒng)熱子制備方法制備的螺旋絲與插腿的SEM 照片

　　從圖2 可以看到傳統(tǒng)熱子制備方法制備的合格熱子有裂紋的熱子螺旋腿，這樣就會造成熱子螺旋腿和插腿之間具有接觸電阻大、耐震動性能差、抗熱沖擊性能差和可靠性低等缺點(diǎn)。另外這種熱子在電泳后和使用一段時(shí)間后，鉬插腿與螺旋腿之間會出現(xiàn)絕緣造成廢品( 約占20%左右) 。

　　3、結(jié)論

　　為了克服傳統(tǒng)熱子制備工藝的缺點(diǎn)，避免螺旋腿部分的鎢或鎢合金絲出現(xiàn)損傷，提供一種高可靠熱子制備方法，本文采用高溫焊料焊接技術(shù)將螺旋絲與插腿焊接在一起，從而制備出具有螺旋腿與插腿之間接觸電阻小、耐震動性能好、抗熱沖擊性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的熱陰極用熱子。采用新方法制備的熱子電阻比傳統(tǒng)方法制備的熱子電阻小7%，并且采用焊接技術(shù)制備的熱子電阻值的一致性大大好于傳統(tǒng)方法制備的熱子。新型熱子在1100℃ 高溫下壽命已超過3000 h 沒有出現(xiàn)斷路現(xiàn)象。目前已在各種微波管上使用了新方法制備的熱子，沒有出現(xiàn)一只斷路。