CN112103155A - 一种电子轰击式六硼化镧阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子轰击式六硼化镧阴极，包括含有阴极发射体和热子丝的六硼化镧阴极本体；所述发射体包括至少两个六硼化镧阴极发射体单元，所述阴极发射体单元依次拼接连接并固定在发射体托盘上，形成完整的阴极发射体，发射体托盘为金属钼材质。所述热子丝设置于发射体托盘下层，在平行于发射体托盘的平面内呈往复弯折状排布，热子丝两端点各连接一个引出电极，热子丝的排布形成一个大面积电子轰击源，热子丝的弯折点连线为一个圆；热子丝采用钨丝或钨铼丝材质。本发明巧妙的对热子丝的形状、热子丝的固定方式进行设计，通过电子轰击式的加热方式，使热子与发射体实现良好的热传递，解决了六硼化镧阴极发射体难以直接加热的问题。
Description
技术领域
本发明涉及大型动态真空电子设备领域，具体涉及一种电子轰击式六硼化镧阴极的结构。
背景技术
六硼化镧阴极广泛应用于电子分析、离子注入、离子镀膜、材料处理、核物理科学和技术研究等设备中。在军事上，阴极是各类真空微波电子器件、真空微光夜视器件、真空红外成像器件和真空紫外成像器件的心脏。同时，在工业和医疗等设备中，利用阴极作为发射源的X光管、像增强器、加速管和显示器起到了非常重要的作用。在科学研究中，各类分析仪器、电子束加工、电子束曝光、电子束蒸发等设备中，阴极也是不可或缺的关键部件。
六硼化镧阴极具有发射电流密度大、抗中毒和耐离子轰击能力强、材料蒸发率小、寿命长等诸多优点，在现有的各种阴极中，六硼化镧阴极是一种理想的电子源，特别适用于大发射电流工作条件的大型设备中。
六硼化镧阴极在大型加速器、核物理科学和技术研究、电子束加热、电子束熔炼、电子束镀膜等具有广泛的用途。长期以来，人们在用于小发射电流的六硼化镧阴极的研发做了大量的研发工作，并获得了成功应用，取得了很好的结果。但是，在需要达到数十、数百或数千安培的强流大发射六硼化镧阴极研发方面，目前尚未突破技术难题。这些难题主要包括：
1、大发射电流需要大发射面积，六硼化镧材料采用粉末冶金高温高压制备工艺制作而成，其属性为导电陶瓷，大面积六硼化镧发射体在高低温反复冲击下容易碎裂；
2、因为六硼化镧阴极的工作温度较高，正常工作温度达到1500～1600℃，大发射面积需要大的加热功率，其加热难度很大；且六硼化镧材料的电阻率很小，难以采用直热式加热方法。
3、六硼化镧发射体在高温下会和与其接触的难熔金属发生化学反应，导致基金属和六硼化镧阴极损坏。
发明内容
为解决现有的六硼化镧阴极发射电流小的问题，满足市场对大发射电流阴极的需求，本发明提供了一种电子轰击式六硼化镧阴极。
本发明通过下述技术方案实现：
一种电子轰击式六硼化镧阴极，包括含有阴极发射体和热子丝的六硼化镧阴极本体；
所述发射体包括至少两个六硼化镧阴极发射体单元，六硼化镧阴极发射体单元的数量不超过10个；所述阴极发射体单元依次拼接连接并固定在发射体托盘上，形成完整的阴极发射体，发射体托盘为金属钼材质。
所述热子丝设置于发射体托盘下层，在平行于发射体托盘的平面内呈往复弯折状排布，热子丝两端点各连接一个引出电极，热子丝的排布形成一个大面积电子轰击源，热子丝的弯折点连线为一个圆；热子丝采用钨丝或钨铼丝材质。
在上述方案的基础上，进一步的有：所述阴极发射体单元为等宽条状结构，发射体托盘表面开设有与阴极发射体单元装配部相适配的燕尾槽，燕尾槽轴线间互相平行，相邻燕尾槽的轴线之间的距离为阴极发射体单元的宽度，阴极发射体单元通过装配部固定在发射体托盘的燕尾槽上，各阴极发射体单元依次拼接形成完整的阴极发射体，发射体的直径或宽度不超过100mm。
为了避免发射体(六硼化镧)与发射体托盘(金属钼)发生反应，发射体托盘上表面涂覆有隔离层。
为了使热子丝保持在同一平面内，在热子丝上选择若干支撑点，支撑点下方设置有支架，通过固定片将热子丝固定在支架上，支架和固定片采用金属钼材质，各支架间无直接接触，保证了阴极在高低温状态下的工作稳定性和可靠性。
所述支架通过凸部卡紧在瓷盘上，支架卡环设置于支架底部，进一步对支架进行轴向限位。
所述瓷盘放置在瓷盘托盘的限位部上，通过瓷盘卡环对瓷盘进行轴向限位，所述瓷盘卡环设置于瓷盘上方，瓷盘卡环外径等于瓷盘托盘内径，瓷盘卡环与瓷盘托盘均为金属材质并焊接连接。
为了减少热能通过下部的热辐射损失，所述瓷盘下方依次设置有第一热屏蔽板和第二热屏蔽板，第一热屏蔽板与瓷盘间、第一热屏蔽板与第二热屏蔽板间均通过板间外周的装配部隔有间隙。
所述第二热屏蔽板下方还设置有第三热屏蔽板，第三热屏蔽板上有两个与引出电极直径相适配的通孔，引出电极通过螺母和垫圈固定在第三热屏蔽板上。
上述第一热屏蔽板、第二热屏蔽板和第三热屏蔽板均采用绝缘陶瓷材质。
六硼化镧阴极的外围包裹有支撑筒，支撑筒对发射体托盘、第一热屏蔽板、第二热屏蔽板和第三热屏蔽板进行径向限位，支撑筒中部有凸部对第二热屏蔽板进行轴向限位，第三热屏蔽板轴向限定在支撑筒的凸部与固定环之间，支撑筒采用金属钼材质。
为了减少热能通过侧面的热辐射损失，所述支撑筒外围依次设置有第一热屏蔽筒和第二热屏蔽筒，第一热屏蔽筒通过端部凸起与支撑筒焊接，第二热屏蔽筒通过端部凸起焊接在第一热屏蔽筒外部；阴极头箍一端焊接在第一热屏蔽筒与支撑筒之间，另一端焊接连接发射体托盘，所述热屏蔽筒均为金属钼材质。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过将六硼化镧发射体拆分为若干等宽六硼化镧阴极发射体单元，通过拼接的方式实现大面积的阴极发射面，解决了大面积六硼化镧发射体在高低温反复冲击下容易碎裂的问题。
2、本发明巧妙的对热子丝的形状、热子丝的固定方式进行设计，通过电子轰击式的加热方式，使热子与发射体实现良好的热传递，解决了六硼化镧阴极发射体难以直接加热的问题。
3、本发明通过在发射体托盘上表面涂覆有隔离层，避免发射体的六硼化镧材质与发射体托盘的金属钼材质发生反应。
4、本发明通过设计热屏蔽筒、上热屏蔽板和下热屏蔽板等多重热屏蔽结构，减少了阴极发射面与热子的温差，保证了六硼化镧阴极的加热效率。
附图说明
结合附图，可以得到对本发明实施例的进一步理解，从本发明的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：
图1为本发明的机械结构剖面示意图；
图2为本发明的发射体俯视图；
图3为本发明的热子丝俯视图；
图4为本发明的热子丝支撑点示意图；
图5为本发明的固定片位置示意图。
附图标记说明：1-阴极发射体，2-发射体托盘，3-阴极发射体单元，4-热子丝，5-支架，6-支架卡环，7-瓷盘，8-瓷盘卡环，9-瓷盘托盘，10-阴极头箍，11-支撑筒，12-第一热屏蔽板，13-第二热屏蔽板，14-第三热屏蔽板，15-第一热屏蔽筒，16-第二热屏蔽筒，17-引出电极，18-螺母，19-垫圈，20-固定环，21-支撑点，22-固定片。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，在本实施例中，一种电子轰击式六硼化镧阴极，包括含有阴极发射体1和热子丝4的六硼化镧阴极本体；
所述发射体包括10个六硼化镧阴极发射体单元3，所述阴极发射体单元3依次拼接连接并固定在发射体托盘2上，形成完整的阴极发射体1，发射体托盘2为金属钼材质。
如图2所示，所述阴极发射体单元3为等宽条状结构，发射体托盘2表面开设有与阴极发射体单元3装配部相适配的燕尾槽，燕尾槽轴线间互相平行，相邻燕尾槽的轴线之间的距离为阴极发射体单元3的宽度，阴极发射体单元3通过装配部固定在发射体托盘2的燕尾槽上，10个阴极发射体单元3依次拼接，得到大发射面的阴极发射体1，通过对阴极发射体单元3的数量设置，发射体直径可以达到40mm、100mm、150mm甚至200mm。
为了避免发射体(六硼化镧)与发射体托盘2(金属钼)发生反应，发射体托盘2上表面涂覆有耐高温的金属隔离层，金属隔离层在高温下导通且不与六硼化镧和钼发生化学反应。
如图3所示，所述热子丝4设置于发射体托盘2下层，在平行于发射体托盘2的平面内呈往复弯折状排布，热子丝4两端点各连接一个引出电极17，热子丝4的排布形成一个大面积电子轰击源，热子丝4的弯折点连线为一个圆；热子丝4采用钨丝或钨铼丝材质。
如图4所示，为了使热子丝4保持在同一平面内，在热子丝4上选择若干支撑点21，支撑点21下方设置有支架5，如图5所示，通过固定片22将热子丝4固定在支架5上，支架5和固定片22采用金属钼材质，各支架5间无直接接触，保证了阴极在高低温状态下的工作稳定性和可靠性。
所述支架5通过凸部卡紧在瓷盘7上，支架卡环6设置于支架5底部，进一步对支架5进行轴向限位。
所述瓷盘7放置在瓷盘托盘9的限位部上，通过瓷盘卡环8对瓷盘7进行轴向限位，所述瓷盘卡环8设置于瓷盘7上方，瓷盘卡环8外径等于瓷盘托盘9内径，瓷盘卡环8与瓷盘托盘9均为金属材质并焊接连接。
为了减少热能通过下部的热辐射损失，所述瓷盘7下方依次设置有第一热屏蔽板12和第二热屏蔽板13，第一热屏蔽板12与瓷盘7间、第一热屏蔽板12与第二热屏蔽板13间均通过板间外周的装配部隔有间隙。
所述第二热屏蔽板13下方还设置有第三热屏蔽板14，第三热屏蔽板14上有两个与引出电极17直径相适配的通孔，引出电极17通过螺母18和垫圈19固定在第三热屏蔽板14上。
上述第一热屏蔽板12、第二热屏蔽板13和第三热屏蔽板14均采用绝缘陶瓷材质。
六硼化镧阴极的外围包裹有支撑筒11，支撑筒11对发射体托盘2、第一热屏蔽板12、第二热屏蔽板13和第三热屏蔽板14进行径向限位，支撑筒11中部有凸部对第二热屏蔽板13进行轴向限位，第三热屏蔽板14轴向限定在支撑筒11的凸部与固定环20之间，支撑筒11采用金属钼材质。
为了减少热能通过侧面的热辐射损失，所述支撑筒11外围依次设置有第一热屏蔽筒15和第二热屏蔽筒16，第一热屏蔽筒15通过端部凸起与支撑筒11焊接，第二热屏蔽筒16通过端部凸起焊接在第一热屏蔽筒15外部；阴极头箍10一端焊接在第一热屏蔽筒15与支撑筒11之间，另一端焊接连接发射体托盘2，所述热屏蔽筒均为金属钼材质。
结合上述实施例可以看出，本发明通过将六硼化镧发射体拆分为若干等宽六硼化镧阴极发射体单元3，通过拼接的方式实现大面积的阴极发射面，解决了大面积六硼化镧发射体在高低温反复冲击下容易碎裂的问题。本发明巧妙的对热子丝4的形状、热子丝4的固定方式进行设计，通过电子轰击式的加热方式，使热子与发射体实现良好的热传递，解决了六硼化镧阴极发射体1难以直接加热的问题。本发明通过在发射体托盘2上表面涂覆有隔离层，避免发射体的六硼化镧材质与发射体托盘2的金属钼材质发生反应。本发明通过设计热屏蔽筒、上热屏蔽板和下热屏蔽板等多重热屏蔽结构，减少了阴极发射面与热子的温差，保证了六硼化镧阴极的加热效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电子轰击式六硼化镧阴极，包括含有阴极发射体(1)和热子丝(4)的六硼化镧阴极本体，其特征在于，
所述发射体(1)包括至少两个六硼化镧阴极发射体单元(3)，所述阴极发射体单元(15)依次拼接连接并固定在发射体托盘(2)上，形成完整的阴极发射体(1)；
所述热子丝(4)设置于发射体托盘(2)下层，在平行于发射体托盘(2)的平面内呈往复弯折状排布，热子丝(4)两端点各连接一个引出电极(17)。
2.根据权利要求1所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述阴极发射体单元(3)为等宽条状结构，发射体托盘(2)表面开设有与阴极发射体单元(3)装配部相适配的燕尾槽，燕尾槽轴线间互相平行，相邻燕尾槽的轴线之间的距离为阴极发射体单元(3)的宽度，阴极发射体单元(3)通过装配部固定在发射体托盘(2)的燕尾槽上，各阴极发射体单元(3)依次拼接形成完整的阴极发射体(1)。
3.根据权利要求1所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述发射体托盘(2)上表面涂覆有隔离层。
4.根据权利要求1所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，在所述热子丝(4)上选择若干支撑点(21)，支撑点(21)下方设置有支架(5)，通过固定片(22)将热子丝(4)固定在支架(5)上。
5.根据权利要求1所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述支架(5)通过凸部卡紧在瓷盘(7)上，支架卡环(6)设置于支架(5)底部，进一步对支架(5)进行轴向限位。
6.根据权利要求1所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述瓷盘(7)放置在瓷盘托盘(9)的限位部上，通过瓷盘卡环(8)对瓷盘(7)进行轴向限位，所述瓷盘卡环(8)设置于瓷盘(7)上方，瓷盘卡环(8)外径等于瓷盘托盘(9)内径，瓷盘卡环(8)与瓷盘托盘(9)焊接连接。
7.根据权利要求5所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述瓷盘(7)下方依次设置有第一热屏蔽板(12)和第二热屏蔽板(13)，第一热屏蔽板(12)与瓷盘(7)间、第一热屏蔽板(12)与第二热屏蔽板(13)间均通过板间外周的装配部隔有间隙。
8.根据权利要求7所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述第二热屏蔽板(13)下方还设置有第三热屏蔽板(14)，第三热屏蔽板(14)上有两个与引出电极(17)直径相适配的通孔，引出电极(17)通过螺母(18)和垫圈(19)固定在第三热屏蔽板(14)上。
9.根据权利要求8所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，六硼化镧阴极的外围包裹有支撑筒(11)，支撑筒(11)对发射体托盘(2)、第一热屏蔽板(12)、第二热屏蔽板(13)和第三热屏蔽板(14)进行径向限位，支撑筒(11)中部有凸部对第二热屏蔽板(13)进行轴向限位，第三热屏蔽板(14)轴向限定在支撑筒(11)的凸部与固定环(20)之间。
10.根据权利要求9所述的一种电子轰击式六硼化镧阴极，其特征在于，所述支撑筒(11)外围依次设置有第一热屏蔽筒(15)和第二热屏蔽筒(16)，第一热屏蔽筒(15)通过端部凸起与支撑筒(11)焊接，第二热屏蔽筒(16)通过端部凸起焊接在第一热屏蔽筒(15)外部；阴极头箍(10)一端焊接在第一热屏蔽筒(15)与支撑筒(11)之间，另一端焊接连接发射体托盘(2)。
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