CN103531419B - 一种微波加热用磁控管管芯 - Google Patents

Abstract

该发明属于磁控管设计和生产领域中的微波加热用磁控管管芯。包括热阴极发射体及其上屏蔽帽和下屏蔽帽，采用金属钼与铁镍钴定膨胀瓷封合金焊接而成的双金属中心支撑及上电极电源连接杆，采用铁镍钴定膨胀瓷封合金边支撑及下电极电源连接杆，下磁极，管芯外壳，设有密封连接孔高压陶瓷。该发明由于采用线膨胀系数与高压陶瓷极其相近、而电阻率远低于金属钼的铁镍钴定膨胀瓷封合金作为边支撑及下电极电源连接杆和中心支撑及上电极电源连接杆的下半段，从而具有磁控管管芯的密封结构及焊接工艺简单，密封性优良，工作时的可靠性高，使用寿命长，生产中的成品率高、成本较低、阴极的电性能获得一定程度的改善等特点。

Description

一种微波加热用磁控管管芯

技术领域

本发明属于磁控管的设计和生产技术领域，更具体的说是涉及一种微波加热用磁控管管芯结构的设计和生产，采用该磁控管管芯可延长其使用寿命，同时可简化生产工艺、降低生产成本；采用该管芯的磁控管尤其适合作为微波高温工业窑炉用微波加热磁控管。

背景技术

在常传统微波加热用磁控管管芯中采用热阴极作为电子发射源，在工作时需将电流供给热阴极，以便将阴极的温度升高到1200℃到2500℃。由于磁控管属于电真空器件，必须在真空度良好环境下工作，因此磁控管管芯良好的密封性能是保证磁控管性能和使用寿命的关键因素。

附图1是目前在高温工业窑炉上普遍采用的微波加热用磁控管及其管芯的结构示意图，其中实线部分为管芯结构示意图、双点划线部分为磁控管其余部分结构示意图。图中：热阴极发射体1-1是采用碳化后含钍的钨线材绕制成的螺旋形线体，螺旋体两端分别通过上屏蔽帽1-2和下屏蔽帽1-3固定；上屏蔽帽1-2固定于中心支撑及上电极电源连接杆1-4的上端、同时穿过高压陶瓷1-8中的密封连接孔后与中心端引片1-9连接以接入高压电源；下屏蔽帽1-3固定于边支撑及下电极电源连接杆1-5的上端、同时穿过高压陶瓷1-8中的密封连接孔后与边端引片1-10连接以接入高压电源。为了保证磁控管的真空度，需要将中心端引片1-9和边端引片1-10分别与高压陶瓷1-8端面上的金属化及镀镍层1-11进行良好的钎焊，以确保磁控管密封性和真空度；整个管芯通过下磁极1-6及下管壳（即管芯外壳）1-7与磁控管阳极筒2-1紧固密封成一体，即组成微波加热用磁控管。

由于磁控管工作时需要给灯丝提供一定的电流，中心支撑及上电极电源连接杆1-4和边支撑及下电极电源连接杆1-5需要加上约4kV的高压，同时两支杆之间有一个小的压差(约为3.3V)。中心支撑及上电极电源连接杆1-4作为发射体1-1上电极的电源连接杆必须经发射体1-1中心与上屏蔽帽1-2连接；根据磁控管的工作原理，从阴极发射的电子受到磁场的作用，将会有一部分电子回轰到阴极发射体1-1上并穿过其螺旋形线体上的间隙打到中心支撑及上电极电源连接杆1-4的上部，使其该杆体工作时该部位的温度高达1800℃左右。因此，为了使磁控管工作稳定、可靠，该中心支撑及上电极电源连接杆1-4一般采用其熔点高达2620℃点的金属钼，但是，金属钼在20～100℃区间的平均线膨胀系数为4.9～5.2×10^-6/℃；而高压陶瓷1-8（通常为含Al₂O₃95%的95瓷）在20～500℃区间的平均线膨胀系数为6.5～7.5×10^-6/℃。当磁控管工作状态良好时，其高压陶瓷1-8的温度一般约为120℃左右，由于高压陶瓷1-8与金属钼的膨胀系数差异较大，在工作过程中高压陶瓷1-8会产生一定的应力、特别是在间断工作时因反复经受胀缩不均的应力的影响，这种应力对高压陶瓷与金属钼、以及高压陶瓷的金属化端引片的钎焊部的密封性带来不利影响，影响其密封性及使用寿命。这种情况在采用磁控管加热的微波高温窑炉中显得特别突出（该环境下磁控管中高压陶瓷1-8部分的温度有时会高达300℃左右），磁控管更容易损坏；此外，完全采用金属钼杆作为中心支撑及上电极电源连接杆和边支撑及下电极电源连接杆，还存在电阻率（工业纯多晶钼的电阻率为570μΩ·m）及成本较高、与高压陶瓷之间密封结构及焊接工艺复杂、生产中的成品率较低，阴极的电性能亦较差等弊病。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波加热用磁控管管芯，在简化磁控管管芯的中心支撑及上电极电源连接杆和边支撑及下电极电源连接杆与高压陶瓷之间密封结构及焊接工艺的基础上、减少密封件的数量，达到有效提高磁控管管芯的密封性、工作时的可靠性，延长其使用寿命，提高生产中的成品率、降低生产成本、改善阴极的电性能等目的。

本发明的解决方案是采用溶点为1450℃、在-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数为6.6～7.4×10^-6/℃的铁镍钴定膨胀瓷封合金作为边支撑及下电极电源连接杆1-5，其膨胀系数与高压陶瓷（如含Al₂O₃95%的95瓷）的平均线膨胀系数6.5～7.5×10^-6/℃极其相近；而将中心支撑及上电极电源连接杆1-4分为两部分，其中：经发射体1-1的中心与上屏蔽帽1-2连接的上半段1-4.1仍采用金属钼、以确保其耐高温性，同时针对磁控管工作时，下屏蔽帽3的温度在800-1000℃之间，位于下屏蔽帽3以下的下半段1-4.2的温度低于800℃，因而采用铁镍钴定膨胀瓷封合金，上、下两段之间焊接，从而既确保上半段1-4.1的耐高温性、又可有效改善下部与高压陶瓷之间的密封结构、密封的可靠性，以及延长磁控管的使用寿命；本发明即以此实现其发明目的。因而，本发明微波加热用磁控管管芯包括热阴极发射体及其上屏蔽帽和下屏蔽帽，中心支撑及上电极电源连接杆，边支撑及下电极电源连接杆，下磁极，管芯外壳，设有密封连接孔高压陶瓷，关键在于边支撑及下电极电源连接杆为铁镍钴定膨胀瓷封合金，中心支撑及上电极电源连接杆则为上半段采用金属钼、下半段采用铁镍钴定膨胀瓷封合金焊接而成的双金属杆；边支撑及下电极电源连接杆、中心支撑及上电极电源连接杆的上端分别与下屏蔽帽、上屏蔽帽对应焊接成一体，而两杆体的下部则分别与高压陶瓷密封连接孔中经金属化及镀镍处理后的连接部位对应密封焊接成一体。

上述铁镍钴定膨胀瓷封合金为在-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数为6.6～7.4×10^-6/℃、电阻率分别为0.46μΩ·m及0.45μΩ·m的4J33或4J34铁镍钴定膨胀瓷封合金。

本发明由于采用-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数为6.6～7.4×10^-6/℃、电阻率分别为0.46μΩ·m及0.45μΩ·m的铁镍钴定膨胀瓷封合金4J33，4J34作磁控管管芯中的边支撑及下电极电源连接杆和中心支撑及上电极电源连接杆的下半段，不但简化了两杆体与高压陶瓷之间的密封结构及密封工艺，有效提高了磁控管管芯的密封性和生产的成品率，而且在一定程度上降低了生产成本、改善了阴极的电性能；采用铁镍钴定膨胀瓷封合金材料的成本不到金属钼的一半、且其电阻率亦远低于工业纯多晶钼电阻率的570μΩ·m。因而，本发明具有磁控管管芯的密封结构及焊接工艺简单，密封性优良，工作时的可靠性高，使用寿命长，生产生产中的成品率高、成本较低、阴极的电性能获得一定程度的改善等特点。

附图说明

图1为背景技术微波加热用磁控管结构及管芯在磁控管中相对位置示意图（剖视图），其中实线部分为管芯结构示意图、双点划线部分为磁控管其余部分结构示意图；

图2为本发明微波加热用磁控管结构及管芯在磁控管中相对位置示意图（剖视图），其中实线部分为本发明管芯结构示意图、双点划线部分为磁控管其余部分结构示意图。

图中：1.管芯，1-1.热阴极发射体，1-2.上屏蔽帽，1-3.下屏蔽帽，1-4.中心支撑及上电极电源连接杆、1-4.1.（中心支撑及上电极电源连接杆）上半段、1-4.2.（中心支撑及上电极电源连接杆）下半段，1-5.边支撑及下电极电源连接杆，1-6.下磁极，1-7.下管壳（即管芯外壳），1-8.高压陶瓷，1-9.中心端引片，1-10.边端引片，1-11.金属化及镀镍层；2.双点划线部分：2-1.阳极筒，2-2.叶片，2-3.天线，2-4.输出端陶瓷筒，2-5.排气管头，2-6.上磁极，2-7.上管壳。

具体实施方式

本实施方式以工作电压4.2kV、输出功率900W-1200W的微波加热用磁控管为例，其中：热阴极发射体1-1（电压3.3V、电流10A），上屏蔽帽1-2（φ7.2mm、厚1.0mm）,下屏蔽帽1-3（外径φ外7.2mm、内径φ2.5mm,、厚2.5mm）,以及下磁极1-6，下管壳（即管芯外壳）1-7；阳极筒2-1，叶片2-2，天线2-3，输出端陶瓷筒2-4，排气管头2-5，上磁极2-6，上管壳2-7其结构和尺寸均与背景技术同型号（规格）微波加热用磁控管相同；本实施例高压陶瓷1-8其材质（仍为含Al₂O₃95%的95瓷）、外径及高亦均与背景技术相同，但外端面不作金属化及镀镍处理，仅分别对与边支撑及下电极电源连接杆1-5、中心支撑及上电极电源连接杆下半段1-4.2配合的两密封连接孔的焊接部位表面作金属化及镀镍处理后，再分别与边支撑及下电极电源连接杆1-5及中心支撑及上电极电源连接杆下半段1-4.2密封焊接成一体；高压陶瓷1-8中两密封连接孔、边支撑及下电极电源连接杆1-5、中心支撑及上电极电源连接杆1-4（包括1-4.2）的公称直径均为φ1.5mm；边支撑及下电极电源连接杆1-5长41.5mm，中心支撑及上电极电源连接杆1-4的上半段1-4.1长25mm、下半段1-4.2长29.5mm，材质均采用牌号为4J33的铁镍钴定膨胀瓷封合金。

Claims (2)

1.一种微波加热用磁控管管芯，包括热阴极发射体及其上屏蔽帽和下屏蔽帽，中心支撑及上电极电源连接杆，边支撑及下电极电源连接杆，下磁极，管芯外壳，设有密封连接孔高压陶瓷，其特征在于边支撑及下电极电源连接杆为铁镍钴定膨胀瓷封合金，中心支撑及上电极电源连接杆则为上半段采用金属钼、下半段采用铁镍钴定膨胀瓷封合金焊接而成的双金属杆；边支撑及下电极电源连接杆、中心支撑及上电极电源连接杆的上端分别与下屏蔽帽、上屏蔽帽对应焊接成一体，而两杆体的下部则分别与高压陶瓷密封连接孔中经金属化及镀镍处理后的连接部位对应密封焊接成一体；

所述高压陶瓷为在-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数6.5～7.5×10^-6/℃的高压陶瓷；

而所述铁镍钴定膨胀瓷封合金均为在-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数6.6～7.4×10^-6/℃的铁镍钴定膨胀瓷封合金。

2.按权利要求1所述微波加热用磁控管管芯，其中所述在-20℃～500℃的温度范围内平均线膨胀系数为6.6～7.4×10^-6/℃铁镍钴定膨胀瓷封合金，其特征在于所述铁镍钴定膨胀瓷封合金均为电阻率分别为0.46μΩ·m及0.45μΩ·m的4J33或4J34铁镍钴定膨胀瓷封合金。