電真空材料與工藝

電真空材料與工藝目前一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點目前二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點提出性能指標理論計算結構工藝設計成品管測試目前三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一章微波電真空工藝特點和電真空材料

什么是微波電真空器件？利用電子注與高頻場的相互作用而實現(xiàn)微波能量的產(chǎn)生和放大的器件工作環(huán)境：真空電子注與高頻場的復雜性，決定了它的研制必然是一種知識、技術密集型的過程。目前四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點1、使用材料廣泛而特殊廣泛：包含了自然界中70%以上的已知元素金屬及合金、氣體、介質(zhì)材料、化學材料、特殊材料目前五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點金屬材料：氣體：目前六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點介質(zhì)材料：玻璃陶瓷云母聚四氟乙烯、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、……目前七頁\總數(shù)六十一頁\編于四點化學材料：

硫酸、鹽酸、硝酸、鉻酸、丙酮、乙醇、汽油、三氯乙烯、四氯化碳、……目前八頁\總數(shù)六十一頁\編于四點特殊材料：

發(fā)射材料、吸氣材料、發(fā)光材料、封接材料、二次電子發(fā)射材料、磁性材料、…目前九頁\總數(shù)六十一頁\編于四點1、使用材料廣泛而特殊特殊：對材料的要求特殊機械加工性能：既要易于加工，又要具有足夠的強度；電磁性能：高頻機構的材料應具有良好的導電性，磁體材料則應具有良好的磁性能等等；目前十頁\總數(shù)六十一頁\編于四點真空性能：好的吸氣或放氣性能，低的飽和蒸汽壓，良好的氣密性；熱性能：熱穩(wěn)定性能、高溫強度性能等；封接（焊接）性能：適當?shù)呐蛎浵禂?shù)、好的焊料浸潤性能等等；目前十一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點特殊材料的特殊性能：發(fā)射材料的發(fā)射性能、抗中毒能力，吸氣材料的吸氣性能等等。目前十二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點1、使用材料廣泛而特殊2、機械加工要求高要求加工精度高（0.01mm~0.02mm）表面光潔度要高（粗糙度0.8~0.2或更高）目前十三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點3、設備專業(yè)性強：按照特定工藝技術要求而設計制造的專用設備加工制造設備真空設備涂覆設備熱處理設備焊接設備專用測試設備目前十四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點4、生產(chǎn)技術復雜機械加工技術半導體工藝技術真空技術焊接技術玻璃、陶瓷及其封接技術目前十五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點5、真空衛(wèi)生嚴格成品率、可靠性以及壽命；

固體污染物液態(tài)污染物目前十六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第一節(jié)電真空工藝特點6、工藝紀律嚴肅嚴格按工藝規(guī)范生產(chǎn)，對工藝規(guī)范的修改，都必須經(jīng)充分試驗，審批后才能實行目前十七頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第二節(jié)電真空常用金屬與合金難熔金屬：熔點高，3000℃左右。W（鎢）、Mo（鉬）、Re（錸）、Ta（鉭）、Nb（鈮）等，用作器件中的加熱體（陰極、熱子）及高溫工作零件（行波管螺旋線、管內(nèi)陽極、聚焦極等）。非難熔金屬：熔點低，1000～1500℃。銅（Cu）、鎳（Ni）、鐵（Fe）等及其合金。做結構零件目前十八頁\總數(shù)六十一頁\編于四點晶粒示意圖目前十九頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.1難熔金屬（一）鎢及鎢合金性質(zhì)：鎢的比重達19.1～19.3克/厘米3。鎢的熔點高達3410℃用途：直熱式陰極、熱子材料合金：鎢鉬合金、釷鎢絲、錸鎢絲、鎢銅棒目前二十頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.1難熔金屬（二）鉬及鉬合金性質(zhì)：比重10.2克/厘米3、熔點2620℃。純鉬的機械性能良好，因而易于加工用途：做工作在1000℃以下的電極合金：鎢鉬合金、鉬銅目前二十一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.1難熔金屬（三）鉭鈮（Ta－Nb）合金性質(zhì)：鉭的熔點2996℃，比重16.6克/厘米3，鈮的熔點2415℃，比重8.57克/厘米3。強度高、抗疲勞、抗變形、抗腐蝕、導熱、及吸收氣體等優(yōu)良特性用途：陰極支持筒、熱屏筒等目前二十二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.2非難熔金屬（一）銅（Cu）及銅合金性質(zhì)：熔點為1083℃，比重8.95克/厘米3，良好導電、導熱性能。無磁性，有良好的耐腐蝕性，成本低用途：大量使用。管內(nèi)零件、管外零件。純銅的牌號是T1、T2、T3和T4目前二十三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點無氧銅：無氧銅中氧的含量一般在0.001～0.003%之間，雜質(zhì)總量不超過0.05%“氫病”：氫氣滲透到銅的內(nèi)部，與銅中所含的氧發(fā)生作用形成了水蒸氣，在銅中形成很高的壓力，使銅遭到破壞。塑性很好；缺點是強度不高無氧銅牌號：TU1、TU2

目前二十四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點彌散強化無氧銅：均勻摻入非常細小（<1μm）的硬化質(zhì)點，比如Al2O3顆粒強度高、導熱導電性能好、熱穩(wěn)定性和氣密性高、無磁性、易于加工、與焊料浸潤性好

目前二十五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點銅的合金1、銅鋅（Cu－Zn）合金－黃銅特點：強度比銅高、價格低；加熱后蒸發(fā)嚴重用途：管外零件，特別是微波元件、波導最常用的黃銅是H62，含銅量在60.5～63.5%目前二十六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點銅的合金2、銅鎳（Cu－Ni）合金－白銅3、青銅。目前二十七頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.2非難熔金屬（二）鎳（Ni）及鎳合金性質(zhì)：銀白色的金屬，熔點1452℃，比重8.9克/厘米3；抗拉強度較高，有好的延展性和韌性、焊接性好、蒸汽壓低、耐腐蝕用途：用于合金。是電真空工業(yè)中應用最廣泛的金屬之一。目前二十八頁\總數(shù)六十一頁\編于四點鎳的合金蒙耐爾（Monel）合金：鎳含量達60～70%、銅僅25～35%

白色的金屬，外觀與鎳相似，它具有比鎳更好的強度和塑性牌號：NCu40-2-1（含銅40%、錳2%、鐵1%）目前二十九頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.2非難熔金屬（三）鋁（Al）及鋁合金性質(zhì)：導電性好；導熱性好、塑性好、易加工。密度2.7克/厘米3缺點：熔點低（658℃），高溫強度差。用途：管外零件為主。牌號：L1、L2硬鋁（AL-Cu-Mg）、（Al-Cu-Mn）牌號：LY11、LY12目前三十頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.2非難熔金屬（四）鐵（Fe）及鐵合金性質(zhì)：與鎳相似；熔點為1537℃，密度7.87克/厘米3缺點：去氣困難、易生銹用途：利用軟磁特性；作極靴、磁屏蔽目前三十一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點不銹鋼：含鉻17～19%，含鎳9%左右的1Cr18Ni9

如果再加入0.8～1%的鈦，則就成為1Cr18Ni9Ti。作為器件本身的結構件，也可以做真空系統(tǒng)的管道和各種連接法蘭。作模具材料（黑化）。目前三十二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點2.3貴金屬金、銀、鉑、鈀、銠、銫、鋨、銥等八種金屬特點：化學穩(wěn)定性、抗腐蝕性和抗電化學侵蝕性好，并具有優(yōu)良的導電、導熱性。用途：利用其導電、導熱性好作為引線、或者在波導內(nèi)壁鍍敷金、銀；作為焊料，如金、銀、鈀；鉑價格昂貴，用作鎢鉬材料焊接時的過度材料。目前三十三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點第三節(jié)常用介質(zhì)材料

電真空器件的結構材料，除了大量使用各種金屬和合金外，還廣泛使用各種介質(zhì)材料，如玻璃、陶瓷、云母、硅橡膠、聚四氟乙烯和衰減材料等等。主要介紹：陶瓷‥普通陶瓷：高嶺土的化學成分中含有大量的AL2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等。目前三十四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（一）優(yōu)點：1、陶瓷能在高溫（達800℃）下正常工作；2、介質(zhì)損耗??；3、可以加工得到精確的尺寸；4、陶瓷的機械強度、化學穩(wěn)定性、絕緣性能等等都優(yōu)于玻璃。不足之處：不透明，制造和封接工藝相對比較復雜‥目前三十五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（二）用途：1、管殼2、輸能窗3、支撐件4、絕緣件通常同一陶瓷零件同時起兩三種作用‥目前三十六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（三）性能：（1）真空性能a、氣密性：阻止電真空器件外部的大氣通過陶瓷進入器件內(nèi)部的能力；b、放氣性‥目前三十七頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（三）性能：（2）熱性能包括：導熱系數(shù)、膨脹系數(shù)和熱穩(wěn)定性a、導熱系數(shù)物理意義熱的來源危害‥目前三十八頁\總數(shù)六十一頁\編于四點

常用材料導熱系數(shù)（單位：W/cm·K）Al2O3瓷0.1~0.3氧化鈹瓷2銀4.29銅3.86金3.17鋁2.37鐵0.8目前三十九頁\總數(shù)六十一頁\編于四點（2）熱性能b、膨脹系數(shù)膨脹——溫度曲線的斜率c、熱穩(wěn)定性承受高低溫沖擊的能力目前四十頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（三）性能：（3）電性能a、介質(zhì)損耗一般都很小b、電絕緣性能體電阻100℃時1013歐姆·厘米

300℃時1012歐姆·厘米‥目前四十一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空陶瓷的特性（三）性能：（4）機械性能取決于陶瓷的成分和密度（5）其它性能密度、二次電子發(fā)射、抗輻射等性能‥目前四十二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.1電真空常用陶瓷包括氧化物瓷、硅酸鹽瓷、氮化物瓷等主要介紹氧化物瓷、衰減瓷‥目前四十三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：包括有氧化鋁（Al2O3）瓷、氧化鈹（BeO）瓷、氧化鎂（MgO）和氧化鋯（ZrO2）瓷‥目前四十四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（1）氧化鋁瓷（a）75瓷。Al2O3含量為75%，燒成溫度1400℃~1450℃。瓷內(nèi)含玻璃相較多，因此介質(zhì)損耗較大（3~8）×10-4。用途：75瓷主要用作無線電元件而很少用在電真空器件內(nèi)。‥單相Al2O3陶瓷組織目前四十五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（1）氧化鋁瓷（b）95瓷。Al2O3含量為95%，燒成溫度1600~1620℃。介質(zhì)損耗?。?.4~2.2）×10-4。導熱性能和強度比75瓷高用途：微波管的主要用瓷。‥目前四十六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（1）氧化鋁瓷（c）99瓷。Al2O3含量達到99%，燒成溫度更高介電性能和強度等比95瓷又有提高。成本高用途：用于電真空器件中的關鍵部位。‥目前四十七頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（1）氧化鋁瓷（d）透明剛玉瓷。Al2O3含量達到99.9%，燒成溫度1800℃和5小時性能非常好，特別是高頻損耗比95瓷要低一個數(shù)量級，導熱率又高，化學穩(wěn)定性好。成本高用途：在少數(shù)場合下作微波管輸出窗和特殊光源如鈉燈、鉀燈燈管等。‥目前四十八頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（1）氧化鋁瓷（e）寶石。單晶剛玉通常稱為寶石，Al2O3含量在99.98~99.992%的Al2O3單晶體很高的機械強度、耐高溫、耐電子轟擊、很低的介質(zhì)損耗、導熱性與金屬鈦和不銹鋼相當。價格昂貴用途：毫米波大功率微波管輸出窗、螺旋線夾持桿，常用于紅外激光器、大規(guī)模集成電路外延的襯底、光學傳感器、光通信器件的窗口等‥目前四十九頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（2）氧化鈹瓷以氧化鈹粉為原料，加入微量MgO、Al2O3等添加物燒結而成，燒成溫度達1800℃~1850℃。性能：機械強度略低于氧化鋁瓷，其膨脹系數(shù)、介電強度、介質(zhì)損耗都與氧化鋁瓷接近。。特點：是具有與金屬可以比擬的導熱能力，它的導熱系數(shù)與純鋁接近，是95瓷的十倍。‥目前五十頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（一）氧化物瓷：（2）氧化鈹瓷用途：氧化鈹是一種低損耗、高導熱的絕緣材料，是制造大功率輸能窗和大功率行波管螺旋線夾持桿的理想材料，也廣泛用作大功率半導體器件的熱沉材料氧化鈹?shù)姆蹓m有劇毒‥目前五十一頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（二）衰減瓷：應用于管子內(nèi)部，起吸收微波功率的作用種類包括：碳化硅衰減瓷金屬衰減瓷滲碳多孔衰減瓷‥目前五十二頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（二）衰減瓷：（1）碳化硅衰減瓷碳化硅與氧化鋁陶瓷或氧化鎂陶瓷組合可成為大功率衰減陶瓷。優(yōu)點：衰減量大、能耐高溫、高強度、高硬度、致密性好和導熱率高缺點：放氣量大、性能不夠穩(wěn)定‥目前五十三頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（二）衰減瓷：（2）金屬衰減瓷金屬（W、Mo）粉末和陶瓷（Al2O3、SiO2、BN、BeO）粉末，按一定比列混合，在高溫下壓制成型，埋于石墨中燒結而成

95%氧化鋁瓷為基體，混入5%的鎢粉，在碳粉保護下燒結在氧化鈹瓷中摻入二氧化鈦，則更可以獲得高導熱率的衰減瓷‥目前五十四頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.2電真空常用陶瓷（二）衰減瓷：（3）滲碳多孔衰減瓷在多孔陶瓷（多孔Al2O3瓷、BeO瓷或其它陶瓷）中滲入碳，燒氫而制成的陶瓷亦可以作衰減瓷‥缺點：性能不穩(wěn)定，衰減量受配方、原料處理、成型方法、燒結溫度等影響較大。目前五十五頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.3電真空玻璃

顯示器件、光電器件等中仍有著廣泛的應用，即使在微波管中，玻璃也少量地被用來作某些管子的輸出窗、放電管的諧振窗等。‥目前五十六頁\總數(shù)六十一頁\編于四點3.3電真空玻璃（一）玻璃的組成成份