一種圓片陣列陰極制造技術

本發明專利技術涉及高功率微波領域的一種圓片陣列陰極。要解決的技術問題是克服現有化學纖維天鵝絨陰極耐高溫燒蝕性差、運行壽命短等問題。技術方案是將不銹鋼圓環薄片與介質圓環薄片交替套在陰極基底上，介質圓環薄片由耐高溫燒蝕性好的碳纖維布或者玻璃纖維布制作，在使用時由于靜電作用纖維絲束將發散開來并發射均勻電子束。該發明專利技術的優點在于：結構簡單，易于實現；既獲得了耐高溫燒蝕性好的優點，又利用圓片陣列結構獲得發射均勻性好的優點；提高了陰極的壽命，從而提高了MILO的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種圓片陣列陰極
本專利技術涉及一種陰極，尤其是一種圓片陣列陰極，屬于高功率微波
中的微波源領域。
技術介紹
磁絕緣線振蕩器(MagneticallyInsulatedTransmissionLineOscillator，MILO)是一種重要的高功率微波源，是當前國內外高功率微波源研究的熱點之一。陰極是MILO的重要組成部分，良好的陰極設計是MILO獲得高性能的前提。傳統MILO一般采用化纖天鵝絨陰極，由于化纖天鵝絨陰極不耐高溫燒蝕，故其運行壽命較短。這是制約MILO長壽命運行的最主要問題。傳統的緊湊型MILO陰極由陰極座、錐形段、側向陰極、軸向陰極和天鵝絨組成(文獻1：樊玉偉等，改進型磁絕緣線振蕩器的實驗研究，等離子體科學，2007,Vol.35(4):1075.Y.W.FAN,etal,ExperimentalinvestigationofanimprovedMILO，IEEETrans.PlasmaSci.,2007,Vol.35(4):1075)，如圖1所示。圖1為傳統的緊湊型MILO陰極剖視圖，在圖1中，1是陰極座、2是錐形段、3是側向陰極、4是軸向陰極，5是天鵝絨。其中天鵝絨為化纖材料，其余為不銹鋼材料。為了敘述的方便，下文規定：陰極座1所在的一端為左端，軸向陰極4所在的一端為右端。其結構與裝配關系是：陰極座1為圓柱狀，右端留有螺孔；錐形段2左端為圓筒狀，外徑與陰極座1外徑相等。錐形段2左端帶有螺紋，旋入陰極座1右端的螺孔中。錐形段2右端為半徑漸增的錐形筒結構，其最右端的內外半徑與側向陰極3的內外半徑分別相等。側向陰極3為空心圓筒，錐形段2與側向陰極3進行一體化加工形成一個整體。側向陰極3右端留有螺孔。軸向陰極4右側為圓盤狀，左側帶有螺紋，旋入側向陰極3右端的螺孔中。在側向陰極3與軸向陰極4的外表面粘貼天鵝絨5作為陰極發射材料。使用中，陰極置于真空室中，與陽極之間存在高電壓。在高電壓作用下，天鵝絨纖維的尖端會產生陰極等離子體，進而產生相對論電子束，形成大電流。陰極等離子體溫度通常高達1000攝氏度以上，如此高的溫度會導致化纖天鵝絨纖維的尖端因燒蝕而彎曲。彎曲的天鵝絨纖維又導致其發射電子束的均勻性和發射能力的下降，進而導致微波源技術性能的下降。由此可見，化纖材料天鵝絨的一個重要缺點就是耐燒蝕性能差(文獻2：Yu-WeiFan,etal,Repetitionrateoperationofanimprovedmagneticallyinsulatedtransmissionlineoscillator；PhysicsofPlasmas,2008,Vol.15(8):083102)。圖2所示是化纖天鵝絨纖維在工作前的電子掃描顯微鏡圖片，圖3所示是化纖天鵝絨纖維在工作200個脈沖之后的電子掃描顯微鏡圖片，可以看出工作之后化纖天鵝絨纖維由于燒蝕變得彎曲，而且均勻性也變差了?；w天鵝絨陰極的優點是絨毛均勻性好，因此發射電流均勻，缺點是耐高溫燒蝕性差，而碳纖維、玻璃纖維的耐高溫燒蝕性能好，但是目前對碳纖維、玻璃纖維的植絨技術還不成熟，還不能植出達到化纖天鵝絨均勻性的碳纖維天鵝絨或者玻璃纖維天鵝絨。因此設計一種新型陰極結構，選用耐高溫燒蝕性能好的陰極材料，使之兼具耐高溫燒蝕性好和均勻性好的優點，使陰極具有長壽命且發射的電子束流均勻，提高MILO的工作效率并延長MILO的運行壽命，對于推進高功率微波系統的工程應用進程，拓展MILO的應用領域具有廣闊的應用前景和重要的科研價值。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：設計一種圓片陣列陰極，提高陰極材料的耐燒蝕性能，延長MILO的使用壽命。本專利技術采用的技術方案是：與傳統陰極相比，圓片陣列陰極采用金屬圓片與介質圓片交替排列的方式代替傳統陰極中的天鵝絨。其中，金屬圓片起到結構支撐和電流傳導的作用，介質圓片主要是在強電場(數百kV/cm)作用下產生陰極等離子體，進而產生相對論電子束。所采用的介質片一般為碳纖維布或玻璃纖維布，或者其它發射閾值低且耐高溫燒蝕的材料。由于所用介質片比傳統陰極中的化纖天鵝絨更耐高溫燒蝕，故陰極運行壽命更長。采用這種高溫燒蝕的長壽命圓片陣列陰極可大大提高MILO的運行壽命。采用本專利技術可以達到以下技術效果：(1)本專利技術可以提高陰極的耐高溫燒蝕性，提高陰極的壽命至數萬個脈沖。相比傳統陰極來說，陰極壽命可提高兩個數量級，從而大大延長MILO的工作壽命；(2)本專利技術所述圓片陣列陰極可以發射出與普通的化纖天鵝絨陰極均勻性相同的電子束，可保證MILO裝置的技術性能不降低。附圖說明圖1.
技術介紹
中樊玉偉在文獻1公布的傳統的緊湊型MILO采用的化纖天鵝絨陰極剖視圖；圖2.
技術介紹
中Yu-WeiFan在文獻2公布的工作前化纖天鵝絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；圖3.
技術介紹
中Yu-WeiFan在文獻2公布的200次脈沖工作后化纖天鵝絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；圖4.本專利技術圓片陣列陰極的剖視圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步說明。圖4為本專利技術圓片陣列陰極沿中心軸線的剖視圖，陰極環繞軸線對稱。本專利技術圓片陣列陰極由陰極座1、錐形段2、陰極基底3、不銹鋼圓環薄片4、介質圓環薄片5、陰極帽6組成。其中介質圓環薄片5選擇碳纖維布或玻璃纖維布，或者其它發射閾值低且耐高溫燒蝕的材料制作，其它部分均采用不銹鋼材料制作。其結構與裝配關系如下：為了敘述的方便，下文規定：陰極座1所在的一端為左端，陰極帽6所在的一端為右端。圓片陣列陰極的結構與裝配關系如下：陰極座1為直徑為Ф1的圓柱體，右端開有直徑為Ф2的螺孔，Ф2＜Ф1；錐形段2由一段圓柱體和一段半徑漸增的圓臺組成，圓柱體的左端帶有一段螺桿，螺桿可旋入陰極座1右端的螺孔中，螺桿長度略小于螺孔深度。圓柱體的直徑等于陰極座1的直徑Ф1，半徑漸增圓臺左端的直徑等于圓柱體的直徑(也等于陰極座1的直徑Ф1)，右端直徑為Ф3，Ф1＜Ф3，在半徑漸增圓臺的右端挖出一個直徑為Ф4螺孔，Ф4＜Ф3；陰極基底3為一外徑為Ф4，內徑為Ф5的空心圓筒，其左端加工有外螺紋，右端加工有內螺紋。陰極基底3左端外螺紋可旋入錐形段2右端所開的螺孔中，并與陰極座1和錐形段2保持同軸關系；不銹鋼圓環薄片4的外徑Ф6與錐形段2最右端直徑Ф3相等，內徑Ф7與陰極基底3外徑Ф4相等，厚度d1<2mm；介質圓環薄片5內徑Ф9與陰極基底3外徑Ф4相等，外徑Ф8大于不銹鋼圓環薄片4外徑Ф6，厚度d2<2mm；陰極帽6由兩段圓柱體組成，其中第一段圓柱體的直徑Ф10等于陰極基底3的內徑Ф5，其上加工有外螺紋，可以旋入陰極基底3右端的內螺紋中。第二段圓柱體直徑為Ф11等于不銹鋼圓環薄片4的外徑Ф6。由于在
技術介紹
中提到的軸向陰極并不是不可少的，因此作為改進，為使結構精簡，該圓片陣列陰極方案中取消了軸向陰極，用陰極帽6起到固定由不銹鋼圓環薄片4和介質圓環薄片5組成的圓片陣列的作用；同時在陰極帽的中心處開有一個直徑為Ф12小孔，便于使用時抽真空的過程中將陰極里面的氣體抽出。裝配時，首先將錐形段2左端的螺桿旋入陰極座1右端的螺孔中，然后將陰極基底3左端外螺紋旋入錐形段2右端所開的螺孔中；之后將一片不銹鋼圓環薄片4套在陰極基底3上，再套上一片介質圓環薄片本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種圓片陣列陰極，其特征在于：所述陰極環繞中心軸線對稱，由陰極座(1)、錐形段(2)、陰極基底(3)、不銹鋼圓環薄片(4)、介質圓環薄片(5)、陰極帽(6)組成；陰極座(1)為直徑為Ф1的圓柱體，右端開有直徑為Ф2的螺孔，Ф2＜Ф1；錐形段(2)由一段圓柱體和一段半徑漸增的圓臺組成，圓柱體的左端帶有一段螺桿，螺桿可旋入陰極座(1)右端的螺孔中，螺桿長度略小于螺孔深度，圓柱體的直徑等于陰極座(1)的直徑Ф1，半徑漸增圓臺左端的直徑等于圓柱體的直徑Ф1，右端直徑為Ф3，Ф1＜Ф3，在半徑漸增圓臺的右端挖出一個直徑為Ф4螺孔，Ф4＜Ф3；陰極基底(3)為一外徑為Ф4，內徑為Ф5的空心圓筒，其左端加工有外螺紋，右端加工有內螺紋；陰極基底(3)左端外螺紋可旋入錐形段(2)右端所開的螺孔中，并與陰極座(1)和錐形段(2)保持同軸關系；不銹鋼圓環薄片(4)的外徑Ф6與錐形段(2)最右端直徑Ф3相等，內徑Ф7與陰極基底(3)外徑Ф4相等，厚度d1<2mm；介質圓環薄片(5)內徑Ф9與陰極基底(3)外徑Ф4相等，外徑Ф8大于不銹鋼圓環薄片(4)外徑Ф6，厚度d2<2mm；陰極帽(6)由兩段圓柱體組成，其中第一段圓柱體的直徑Ф10等于陰極基底(3)的內徑Ф5，其上加工有外螺紋，可以旋入陰極基底(3)右端的內螺紋中，第二段圓柱體直徑為Ф11等于不銹鋼圓環薄片(4)的外徑Ф6，在陰極帽的中心處開有一個直徑為Ф12小孔，便于使用時抽真空的過程中將陰極里面的氣體抽出，所述陰極帽(6)起到固定由不銹鋼圓環薄片(4)和介質圓環薄片(5)組成的圓片陣列的作用；裝配時，首先將錐形段(2)左端的螺桿旋入陰極座(1)右端的螺孔中，然后將陰極基底(3)左端外螺紋旋入錐形段(2)右端所開的螺孔中；之后將一片不銹鋼圓環薄片(4)套在陰極基底(3)上，再套上一片介質圓環薄片(5)，在陰極基底(3)上交替安裝好不銹鋼圓環薄片(4)和介質圓環薄片(5)后，將陰極帽(6)的第一段圓柱體旋入陰極基底(3)右端，將由不銹鋼圓環薄片(4)和介質圓環薄片(5)組成的圓環薄片陣列壓實固定。...

【技術特征摘要】
1.一種圓片陣列陰極，其特征在于：所述陰極環繞中心軸線對稱，由陰極座(1)、錐形段(2)、陰極基底(3)、不銹鋼圓環薄片(4)、介質圓環薄片(5)、陰極帽(6)組成；陰極座(1)為直徑為Ф1的圓柱體，右端開有直徑為Ф2的螺孔，Ф2＜Ф1；錐形段(2)由一段圓柱體和一段半徑漸增的圓臺組成，圓柱體的左端帶有一段螺桿，螺桿可旋入陰極座(1)右端的螺孔中，螺桿長度略小于螺孔深度，圓柱體的直徑等于陰極座(1)的直徑Ф1，半徑漸增圓臺左端的直徑等于圓柱體的直徑Ф1，右端直徑為Ф3，Ф1＜Ф3，在半徑漸增圓臺的右端挖出一個直徑為Ф4螺孔，Ф4＜Ф3；陰極基底(3)為一外徑為Ф4，內徑為Ф5的空心圓筒，其左端加工有外螺紋，右端加工有內螺紋；陰極基底(3)左端外螺紋可旋入錐形段(2)右端所開的螺孔中，并與陰極座(1)和錐形段(2)保持同軸關系；不銹鋼圓環薄片(4)的外徑Ф6與錐形段(2)最右端直徑Ф3相等，內徑Ф7與陰極基底(3)外徑Ф4相等，厚度d1<2mm；介質圓環薄片(5)內徑Ф9與陰極基底(3)外徑Ф4相等，外徑Ф8大于不銹鋼圓環薄片(4)外徑Ф6，厚度d2<2mm；陰極帽(6)由兩段圓柱體組成，其中第一段圓柱體的直徑Ф10等于陰極基底(3)的內徑Ф5，其上加工有外...

【專利技術屬性】
技術研發人員：樊玉偉，李安昆，王曉玉，楊漢武，張建德，李志強，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43