[發明專利]大功率行波管用低微波損耗表面復合涂層及其制造方法

無效

• 申請號: 201110453776.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN103187221A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 李弢;呂旭東;屈飛;郜健
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01J23/26
• 分類號: H01J23/26
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉茵

技術領域

本發明涉及用于大功率行波管螺旋線的低微波損耗復合涂層。

背景技術

螺旋線型行波管是大功率行波管中一種廣泛使用的形式，廣泛應用于通信系統、雷達系統等多領域。行波管中的發生基本物理過程是：使電子的速度稍大于行波相速，行波管中的電子產生群聚，電子被場減速而交出部分能量給行波場，使行波振幅不斷增長。這種放大作用隨著行波的前進而不斷積累起來，最后從慢波系統的輸出端輸出被放大的高頻信號。

高頻下的散熱問題是大功率行波管性能提高面臨的瓶頸問題。在螺線型行波管結構中，螺旋線的主要作用是作為慢波線路中的電子注結構。因此螺旋線的高頻發熱除了電子轟擊、反射能量外，高頻下的損耗產生熱量是主要來源之一。解決螺旋線的高頻發熱是改善大功率行波管散熱問題的關鍵。

由于在高溫下需要保持螺旋線結構，因此其基體材料一般選用高溫特性好、強度高的W(Mo)等材料制成。而W(Mo)等金屬與其他高電導率的金屬較難形成牢固穩定的結合。由本發明單位完成的專利(專利申請號：CN?201020697022.5)公開了一種帶有Ti涂層的螺線管的低電阻率復合涂層，極大地改善了螺線管的微波損耗。但就工藝復雜性而言，在W(Mo)等金屬表面制備具備“軟”性的Ti過渡層，一是W-Ti難以形成完全合金相，從而需要離子注入等形式，以提高基體與Ti層之間的結合，帶來了工藝的復雜性和制備成本；另一問題是Ti的抗氧化性較差，非常容易氧化而造成與Au、W間結合可靠性的下降，因而需要在非常高的真空環境下制備，這也帶來了工藝難度的增加。

發明內容

本發明的目的在于，采用更為理想的復合涂層結構，形成穩定的基體、表面涂層與過渡層金屬間穩定的冶金結合，從而可以更低的成本、更簡化的工藝制備高性能、高可靠的低微波損耗表面復合涂層，有效降低螺旋線高頻發熱。

為實現上述目的，本發明包括如下技術方案：

一種大功率行波管用低微波損耗表面復合涂層，包括螺旋線基體、Ni過渡層和表面低導涂層。

如上所述的表面復合涂層，其中，該基體材料優選為W或Mo。

如上所述的表面復合涂層，其中，該表面低導涂層材料為微波電阻率優于W和Mo的金屬。

如上所述的表面復合涂層，其中，該表面低導涂層材料優選為Au、Cu或Ag。

如上所述的表面復合涂層，其中，該Ni過渡層的厚度優選為1～100nm，以保證熱處理充分形成具有非磁性的合金相。

如上所述的表面復合涂層，其中，該表面低導涂層的厚度優選為1～10μm，表面低導涂層的厚度大于工作微波頻率下趨膚深度，從而保證微波傳導主要在表層進行。

另一方面，本發明還包括如上所述的表面復合涂層的制造方法，該方法包括如下步驟：

A.將螺旋線在真空中作除氣處理；

B.除氣處理后的螺旋線依次在無水乙醇和丙酮中超聲清洗；

C.采用動態離子鍍或化學鍍方法在螺旋線表面制備Ni膜，Ni膜厚度為1～100nm；

D.采用動態離子鍍或化學鍍方法在螺旋線的Ni膜表面制備表面低導涂層，表面低導涂層的厚度為1～10μm；

E.在真空800-950℃條件下進行熱處理0.5～2小時，從而使基體表面、過度層及表面低導涂層間形成良好的合金相。

如上所述的制造方法，其中，該步驟C和D中的動態離子鍍操作采用動態磁控濺射裝置，該裝置包括位于裝置中心的濺射靶材和環繞該濺射靶材的自轉公轉聯合轉臺，螺旋線垂直懸掛在轉臺上；濺射過程中，螺旋線圍繞軸心自轉的同時圍繞濺射靶材作公轉運動，從而實現在螺旋線各個方向的表面上均勻鍍膜。

如上所述的制造方法，其中，該螺旋線的截面為圓形或扁平矩形，且具有相同的螺距，該螺旋線的長度不低于80mm。

再一方面，本發明還包括一種大功率行波管用低微波損耗螺旋線，其是采用如上所述方法制造的。

本發明的有益效果在于：表面高電導率金屬可以降低由于W、Mo等基體材料本征特性帶來的在高頻場下的發熱效應，提高行波管的功率。采用與基體和表面高電導率金屬層具有良好相容性的金屬中間層，提高了基體和表面結合力；由于過渡層金屬與功能層和基底均有良好的結合，因此無需采用復雜的、以增加結合力為目的的離子注入等工序，只需將復合涂層在特定條件下進行常規熱處理工藝，就可以形成高可靠、高性能的復合涂層，降低了材料工藝成本。

附圖說明

圖1是大功率行波管用螺旋線結構示意圖。

圖2是表面復合涂層熱處理前的結構示意圖。