專利名稱：：螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法
技術領域：
：本發明涉及微波器件
技術領域：
，特別是一種螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，是散熱能力強的螺旋線行波管慢波組件的制備方法。
背景技術：
：寬帶、高功率行波管是電子對抗、火控系統和通訊領域中起著關鍵作用的微波器件，它的性能對這些軍用和民用系統具有決定性作用，慢波系統又是決定行波管性能的關鍵部件，尋求寬帶、高效和更好熱導性能的慢波結構對滿足目前國防需要以及未來的軍事電子裝備都是至關重要的。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，它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重要因素。當慢波組件溫度過高時，不僅會導致平均輸出功率的下降，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，慢波組件散熱性能直接影響器件的成品率和使用壽命。因此螺旋線慢波組件散熱性能的研究成了提高行波管性能的一個重要方向。目前慢波組件的制備方法主要有冷彈壓法、石墨熱擠壓法、纏鉬帶熱擠壓法等。(1)冷彈壓法——主要是針對環繞螺旋線均勻分布有三個夾持桿的情況。這是在常溫下利用管殼的彈性變形力加緊介質桿與螺旋線的方法。先利用朝內的外部力量將相對比較厚的空心圓柱管殼變形為接近夾持桿分布輪廓的三角形剖面結構，將夾持桿與螺旋線嵌入，取消外部力，利用管殼自身的回復彈力將夾持桿和螺旋線擠壓在一起。利用此方法，管殼必須要選用彈性較好的材料，常用的有無磁蒙乃爾和不銹鋼。優缺點冷彈壓法工藝較簡單，夾持較牢固，能耐一定機械沖擊和振動，適用于小直徑管殼。因此，冷彈壓法在功率不大的脈沖和連續波4行波管制造中廣泛采用。缺點是零件尺寸公差要求嚴格，散熱能力較差，容易引起管殼變形。(2)石墨熱擠壓方法——它是利用低膨脹系數的擠壓模具(如石墨)，在高溫下限制管殼的徑向膨脹，使塑性變形的管殼冷卻后收縮，將夾持桿和螺旋線壓緊，得到良好的接觸。優缺點工藝實現不算復雜，該方法與冷彈壓法相比，在提高散熱能力方面有明顯優勢。不過，該方法容易使管殼變形。(3)纏鉬帶熱擠壓法——該方法是冷彈壓裝配完組件后，用鉬帶纏繞管殼，對組件加高溫，利用鉬的膨脹系數小于管殼的膨脹系數，管殼材料向內擠壓，從而達到組件接觸更緊密的目的。優缺點工藝步驟較多，實現較為方便。經過多次纏繞處理，可以較為有效的提高慢波組件的散熱能力。不過，該方法容易造成管殼的變形，特別是在進行多次纏繞時，更容易對組件結構產生影響。在行波管工作時，散焦的電子和高頻損耗使得螺旋線的溫度升高，部件接觸處的接觸熱阻是影響螺旋線熱量向外散出的主要因素。不同裝配方法的采用直接影響著各個組件裝配的緊密程度，從而決定接觸面的接觸熱阻。為了提高慢波組件的散熱能力，并保證各個組件的結構不會發生形變，就需要適當的提高組件裝配的緊密度，并最大程度的降低接觸熱阻的影響。
發明內容本發明的目的是提供一種螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，最大程度的降低接觸熱阻，以解決螺旋線行波管慢波組件的散熱問題，從而提高行波管工作時的穩定性。為了達到上述目的，本發明的技術解決方案是一種螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，其包括步驟如下步驟l:將金屬管殼(1)放置在擠壓臺(7)上的管殼定位模具(8)上，使用定位桿(12)按照正確位置固定管殼(1)，將螺旋線(3)和介質夾持桿(2)按照設計的相對位置裝入擠壓模具(4)的空心(5)內；步驟2:對固定在擠壓臺(7)上的金屬管殼(1)進行加熱，使其受熱5膨脹，內徑增大；步驟3:將擠壓模具(4)沿燕尾槽軌道(6)推入擠壓臺(7)，與管殼(1)對齊，將推桿推入擠壓模具(4)的空心(5)內，使擺放好的螺旋線(3)和夾持桿(2)被擠入管殼(1)，構成螺旋線慢波組件雛形；步驟4:停止對慢波組件雛形加熱，將裝有推桿的擠壓模具(4)取下，待整個慢波組件雛形的溫度恢復到室溫，這時管殼(1)因溫度降低而收縮內徑，產生極大的收縮力，施加到螺旋線(3)和夾持桿(2)上，將各個部件緊密的擠壓在一起，完成慢波組件的制備。所述的方法，其所述管殼定位模具(8)，包括模具套(11)、定位桿(12)和中心槽(13)，位于高頻加熱器(9)的氫氣(10)通道內；模具套(11)內部空心的形狀與管殼(1)內部一致，以軸向固接于中心槽(13)的一端；定位桿(12)與管殼(1)內部的形狀一致，長度大于模具套(11)，以兩端伸出的方式套于模具套(11)內；中心槽13的截面與管殼(1)外圓相適配，底面固接于擠壓臺(7)上。所述的方法，其所述步驟l中將金屬管殼(1)放置在擠壓臺(7)上的管殼定位模具(8)上，是將待裝配的管殼(1)放在中心槽(13)上，用模具套(11)抵住管殼(1)，按照正確的位置固定管殼(1)，再將定位桿(12)的一端插入待裝配的管殼(1)內，從而使管殼(1)固定。所述的方法，其所述步驟2中對金屬管殼(1)進行加熱，加熱溫度為780820°C。本發明的積極效果在于無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力是冷彈壓法的3-4倍。傳統的纏鉬帶熱擠壓法在進行四次擠壓后其散熱能力也未達到無變形熱擠壓法制備的慢波組件散熱能力。傳統的石墨擠壓法制備組件的散熱性能可與無變形熱擠壓相比擬，但這種熱擠壓法由于冷擠和石墨模具的加工原因而引起慢波組件的兩次變形，從而造成微波反射點增多。利用該方法制備慢波組件，在改善散熱特性的同時，不會對組件的高頻特性產生不良影響，也不會引起組件結構的變形。圖1為本發明的螺旋線行波管慢波組件結構示意6圖2為無變形熱擠壓法的設備裝置示意圖3為擠壓模具的截面圖4為管殼定位模具的結構圖5為管殼定位模具的中心槽的截面圖6擠壓臺及其上燕尾槽軌道的截面圖7為冷彈壓法、四次纏鉬帶熱擠壓法與無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力比較圖8為冷彈壓法、石墨熱擠壓法及無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力比較圖9為采用石墨熱擠壓法和無變形熱擠壓法制備的慢波組件駐波系數情況比較圖，其中(a)為頻域圖，(b)為時域圖。附圖標號說明l一管殼，2—夾持桿，3—螺旋線，4—擠壓模具，5—空心，6—燕尾槽軌道，7—擠壓臺，8—管殼定位模具，9一高頻加熱器，IO—氫氣，ll一模具套，12—定位桿，13—中心槽，14一冷彈壓的組件，15—第一次纏鉬帶的組件，16—第二次纏鉬帶的組件，17—第三次纏鉬帶的組件，18—第四次纏鉬帶的組件，19一無變形熱擠壓的組件，20—石墨熱擠壓的組件。具體實施例方式如圖1所示，為本發明的由管殼1、螺旋線3和夾持桿2組成的散熱能力強的螺旋線慢波組件結構示意圖，本發明用介質夾持桿2和螺旋線3與金屬管殼1組成慢波組件。管殼1的內壁與介質夾持桿2外表面緊密接觸，介質夾持桿2內表面與螺旋線3外壁表面緊密接觸，螺旋線3采用鉬螺旋線或其它金屬螺旋線。介質夾持桿2用氧化鋁、氧化鈹或氮化本發明的螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，主要利用了如圖2所示的裝配設備和部分其他模具擠壓臺7的截面情況如圖6所示，其上有燕尾槽軌道6，用于完成組件裝配；擠壓模具4的截面情況如圖3所示，其長度與管殼1相同，它主要用來放置待裝配的螺旋線3和夾持桿2;推桿的形狀與擠壓模具4中的空心5—致，長度與管殼l相同，用來將擠壓模具4中的螺旋線3和夾持桿2推入膨脹的管殼1;管殼定位模具8的結構如圖4所示，它被固定在擠壓臺7上，其上有模具套ll和中心槽13，待裝配的管殼1放在中心槽13上，中心槽13的截面如圖5所示，模具套ll內部空心的形狀與管殼l內部一致，它主要用來按照正確的位置固定管殼1;定位桿12與管殼1內部的形狀一致，長度大于模具套11，它被置于管殼定位模具8的模具套11的空心內，其一端穿過模具套11，略微插入待裝配的管殼1內，從而固定管殼1;高頻加熱器9用于加熱管殼l，控制溫度，使管殼l適當的膨脹。無變形熱擠壓使用的模具是用銦鋼制成，具體加工制備方法如下第一步使用線切割電火花機床加工燕尾槽軌道6，從而實現待擠壓管殼1與裝有螺旋線3和夾持桿2的擠壓模具4在同一軌道上運動。第二步求出管殼1的中心高與擠壓模具4的中心高，要求兩者相等。利用管殼1的外徑與燕尾槽軌道6的兩個斜面相切可以求出模具中心高。第三步以此中心高加工出擠壓模具4的中心。擠壓模具4的滑動底腳與燕尾槽軌道6相配合。第四步使用線切割電火花機床加工管殼定位模具8，中心形狀與管殼l內部形狀一致。第五步使用線切割電火花機床加工定位桿12和推桿。定位桿12與管殼1內徑形狀一致，配合應為滑配合；推桿與擠壓模具4的空心5形狀相同，配合應為自由公差，可滑動即可。本發明的螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，具體步驟如下步驟l:將金屬管殼1放置在擠壓臺7上的管殼定位模具8上，使用定位桿12按照正確位置固定管殼1，將螺旋線3和介質夾持桿2按照設計的相對位置裝入擠壓模具4的空心5內；步驟2:利用熱脹冷縮的原理，對固定在擠壓臺7上的金屬管殼1進行加熱，使其受熱膨脹，內徑增大；步驟3:將擠壓模具4沿燕尾槽軌道6推入擠壓臺7，與管殼1對齊，將推桿推入擠壓模具4的空心5內，使擺放好的螺旋線3和夾持桿2被擠入管殼l，構成螺旋線慢波組件雛形；步驟4:停止對慢波組件雛形加熱，將裝有推桿的擠壓模具4取下，待整個慢波組件雛形的溫度恢復到室溫，這時管殼l因溫度降低而收縮內徑，產生極大的收縮力，施加到螺旋線3和夾持桿2上，將各個部件緊密的擠壓在一起，完成慢波組件的制備。本發明方法制備的慢波組件，各部件接觸緊密，接觸熱阻降低，可以把慢波組件工作過程中，螺旋線3局部的熱量通過介質夾持桿2迅速傳遞到金屬管殼1，從而避免了螺旋線3局部溫度過高而造成螺旋線3放氣或燒毀。圖7為冷彈壓法、四次纏鉬帶熱擠壓法與新的無變形熱擠壓法制備的慢波組件的加入功率與螺旋線溫度的關系比較情況。表1給出了采用傳統的冷彈壓法、傳統纏鉬帶熱擠壓法與新的無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力的比較(夾持桿是Be0)。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表1中可看出300°C時，無變形熱擠壓法制備的組件19是冷彈壓法制備的組件14散熱能力的三倍以上，400°C時是四倍以上。纏鉬帶熱擠壓法進行了四次，其散熱能力也未達到無變形熱擠壓法。圖8給出了冷彈壓法、石墨熱擠壓法及無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力比較情況(夾持桿是BeO)。從圖8看出冷彈壓制備的組件14經過石墨法熱擠壓后其散熱能力有了很大提高，幾乎達到了無變形熱擠壓的散熱性能。但這種方法由于經過兩次機械力的作用，且石墨模具遠遠達不到懸壓管殼的精度。因此經過石墨擠壓的慢波組件20的管殼1變形比較大，可以由圖9中駐波系數的變化看出。圖9a是石墨熱擠壓法與無變形熱擠壓法頻域對比；圖9b是石墨熱擠壓法與無變形熱擠壓法時域對比。從圖9a可看出石墨熱擠壓法制備的組件20駐波系數隨著頻率的變化呈現出較大的不規則抖動，而無變形熱擠壓法制備的組件19呈現出比較小的抖動，從圖％可看出石墨熱擠壓法制備的組件20在不同位置具有不同強度的反射，而無變形熱擠壓法制備的組件19的反射強度明顯減弱。圖9a頻域駐波系數抖動正是由于慢波組件內部雜亂無章的反射造成的，這種反射在電子注與電磁場相互作用時，會被放大百倍，從而影響行波管的性能。綜上所述，圖7和圖8給出了本發明方法和另幾種方法制備的慢波組件的散熱性能曲線比較情況。實驗結果表明新型制備工藝無變形熱擠壓法制備的慢波組件的散熱能力是冷彈壓法的3-4倍。傳統的纏鉬帶熱擠壓法在進行四次擠壓后其散熱能力也未達到無變形熱擠壓法制備的慢波組件散熱能力。傳統的石墨擠壓法制備組件的散熱性能可與無變形熱擠壓相比擬，但這種熱擠壓法由于冷擠和石墨模具的加工原因而引起慢波組件的兩次變形，從而造成微波反射點增多，如圖9a和圖9b中所示。以上僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明權利要求書的保護范圍之內。10權利要求1、一種螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，其特征在于，包括步驟如下步驟1將金屬管殼(1)放置在擠壓臺(7)上的管殼定位模具(8)上，使用定位桿(12)按照正確位置固定管殼(1)，將螺旋線(3)和介質夾持桿(2)按照設計的相對位置裝入擠壓模具(4)的空心(5)內；步驟2對固定在擠壓臺(7)上的金屬管殼(1)進行加熱，使其受熱膨脹，內徑增大；步驟3將擠壓模具(4)沿燕尾槽軌道(6)推入擠壓臺(7)，與管殼(1)對齊，將推桿推入擠壓模具(4)的空心(5)內，使擺放好的螺旋線(3)和夾持桿(2)被擠入管殼(1)，構成螺旋線慢波組件雛形；步驟4停止對慢波組件雛形加熱，將裝有推桿的擠壓模具(4)取下，待整個慢波組件雛形的溫度恢復到室溫，這時管殼(1)因溫度降低而收縮內徑，產生極大的收縮力，施加到螺旋線(3)和夾持桿(2)上，將各個部件緊密的擠壓在一起，完成慢波組件的制備。2、如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述管殼定位模具(8)，包括模具套(11)、定位桿(12)和中心槽(13)，位于高頻加熱器(9)的氫氣(10)通道內；模具套(11)內部空心的形狀與管殼(1)內部一致，以軸向固接于中心槽(13)的一端；定位桿(12)與管殼(1)內部的形狀一致，長度大于模具套(11)，以兩端伸出的方式套于模具套(11)內；中心槽13的截面與管殼(1)外圓相適配，底面固接于擠壓臺(7)上。3、如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟1中將金屬管殼(1)放置在擠壓臺(7)上的管殼定位模具(8)上，是將待裝配的管殼(1)放在中心槽(13)上，用模具套(11)抵住管殼(1)，按照正確的位置固定管殼(1)，再將定位桿(12)的一端插入待裝配的管殼(1)內，從而使管殼(1)固定。4、如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中對金屬管殼(1)進行加熱，加熱溫度為780820°C。全文摘要本發明一種螺旋線慢波組件制備的無變形熱擠壓方法，涉及微波器件技術，用于制備螺旋線行波管慢波組件，包括步驟把金屬管殼放置在擠壓臺上固定，將螺旋線和介質夾持桿裝入擠壓模具，先將管殼加熱以增加其內徑，使用推桿將按照適當位置固定好的螺旋線和夾持桿推入管殼，然后停止加熱，取下擠壓模具，將整個組件的溫度恢復到室溫，這時管殼的內徑收縮，產生極大的收縮力，施加到螺旋線和夾持桿部件上，將兩者牢固的擠壓在管殼內部，完成慢波組件的制備。本方法所需各種模具，使用線切割電火花機床加工制備。本發明方法不僅可以很好的提高慢波組件的散熱性能，又可以避免傳統裝配方法造成的組件結構變形、介電性能降低，高頻損耗增加。文檔編號B23P11/02GK101642865SQ20081011801公開日2010年2月10日申請日期2008年8月6日優先權日2008年8月6日發明者丁耀根,劉濮鯤,劉燕文,麗趙,勇韓申請人:中國科學院電子學研究所