[發明專利]一種利用納米材料提高慢波組件散熱性能的方法

無效

• 申請號: 200810238873.0
• 申請日: 2008-12-03
• 公開（公告）號: CN101752158A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 韓勇;劉燕文;丁耀根;劉濮鯤
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01J9/00
• 分類號: H01J9/00;H01J23/00;C23C14/14;C23C14/02;C23C14/35
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微波器件技術領域和納米材料的應用，是一種提高慢波組件散熱性能的重要方法。

背景技術

隨著現代科技的飛速進步，新材料、新工藝和新技術不斷的出現，行波管的性能和技術指標也取得了巨大進步，但隨之也帶來了高的熱負載。當行波管工作在特性的極限狀態時，它的可靠性和穩定性將變得尤為重要。在螺旋線行波管的各種特性中，熱特性是一項非常重要的指標，不僅是決定行波管平均輸出功率的主要因素，也是直接影響著行波管工作的穩定性與可靠性的主要因素。當溫度過高時，不僅會導致平均輸出功率的衰減，還可能造成整個行波管物理上的損壞，在大功率連續波行波管的研制和生產過程中，影響成品率和器件的使用壽命。

當螺旋線行波管工作時，螺旋線由于高頻損耗和聚焦特性不好的電子注轟擊而受熱，這部分熱耗散通過熱傳導到達夾持桿，再通過夾持桿傳導到與冷卻系統相連的管殼。這些熱耗散與外部散熱系統相互作用，最終形成慢波結構的整體溫度分布。通常螺旋線在輸出部分具有最高的溫度。在某些情況下，當部分絕緣夾持桿鍍有損耗衰減材料層時，也可以耗散熱量，這些熱耗散一部分來自前向波的損失，但大部分來自從輸出部件反射回來的反向波的全部損耗。散熱是從螺旋線，經過夾持桿到達管殼。當行波管工作在真空環境時，外部的輻射散熱成為熱量散出的主要方式。

納米材料具有許多傳統材料無法媲美的奇異特性和非凡的特殊功能，因此在各行各業中都有廣泛的應用。納米材料尺寸小，可與電子的德布羅意波長、超導相干波長及激子玻爾半徑相比擬。尺度下降使得納米體系包含的原子數大大降低，宏觀固定的準連續能帶消失了，而表現為分立的能級，量子尺寸效應十分顯著，這使得納米材料的光、熱、電、磁等物理性質與常規材料不同，從而出現了許多新奇特性。將納米材料應用于行波管中，可以對行波管的部分性能產生進一步的提升。

發明內容

本發明的目的是為了解決螺旋線行波管慢波組件的散熱問題，公開一種利用納米材料提高慢波組件散熱性能的方法，將納米金屬薄膜沉積在慢波組件管殼的外表面，利用納米薄膜的高輻射系數，提高慢波組件在真空中的輻射散熱能力。

為了達到上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種利用納米材料提高慢波組件散熱性能的方法，其包括步驟如下：

步驟1：將慢波組件樣品放入直流磁控濺射臺內；

步驟2：抽真空，并在100～400℃溫度下對樣品進行烘烤；

步驟3：當真空達到8×10^～4Pa以上時，充入惰性氣體，使真空度降低，氣壓升高；

步驟4：當壓強達到5～30Pa時，打開直流濺射電源，對金屬靶進行濺射10～30分鐘；

步驟5：由于真空室內氣壓較高，這時被濺射出的原子相互碰撞而形成較大的原子團，即納米粒子顆粒；

步驟6：納米粒子顆粒在樣品表面沉積，形成納米金屬薄膜。

所述的方法，其所述步驟3中的惰性氣體，為氬(Ar)氣或氮(N)氣。

所述的方法，其所述步驟4中的直流濺射電源，為電壓300～500V，電流100～300mA。

所述的方法，其所述步驟4中的金屬靶，是在空氣中耐一定溫度的金屬，為銥、鐵、銅、鉬、鎳或鎢。

本發明的積極效果是：將納米金屬薄膜沉積在慢波組件管殼外表面，可以有效的提高管殼的輻射散熱能力。本發明方法可適用于所有利用納米粒子薄膜提高輻射散熱的產品，如輻射收集極等。

附圖說明

圖1為使用掃描電鏡顯示的納米銥薄膜表面形貌圖；

圖2螺旋線慢波組件的基本結構圖；

圖3為普通組件、外表面鍍銥膜組件和外表面沉積納米銥膜組件的散熱性能的實驗比較圖。

附圖標號說明

管殼1，螺旋線2，夾持桿3，普通慢波組件4，外表面鍍銥膜的慢波組件5，外表面沉積納米銥膜的慢波組件6。

具體實施方式

本發明一種利用納米材料提高慢波組件散熱性能的方法，是對高輻射能力的納米銥薄膜的應用，具體的實施方法如下：

將樣品放入直流磁控濺射臺內；抽真空，并對樣品進行烘烤，烘烤溫度控制在200℃；觀察濺射臺內的真空狀況，當真空達到8×10^～4Pa時，充入氬(Ar)氣，使真空降低，壓強升高，達到5～30Pa；此時，打開直流濺射電源(電壓350V，電流200mA)，對金屬靶銥(Ir)進行濺射20分鐘；由于真空室內氣壓較高，這時被濺射出的原子相互碰撞而形成較大的原子團，即納米粒子顆粒，如圖1中所示，粒子直徑為100nm。