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(dòng)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(guò)3000 h，沒(méi)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(méi)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(guó)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?lái)軍事前沿的高功率微波武器等方面，其獨(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(duì)微波信號(hào)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(duì)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.mp99x.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(duì)于推動(dòng)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(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水煮兩遍，經(jīng)無(wú)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(zhǎng)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(lái)，用混酸(50%HNO3 + 30%H2SO4 + 20%H2O) 溶去鉬芯絲。

　　(7) 插腿：剪好所需長(zhǎng)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(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水煮2 遍，經(jīng)無(wú)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(cè)試儀測(cè)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(guò)程中會(huì)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(huì)造成熱子螺旋腿和插腿之間具有接觸電阻大、耐震動(dòng)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(huì)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(dòng)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(guò)3000 h 沒(méi)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(méi)有出現(xiàn)一只斷路。