專利名稱：一種超高真空裝置用高壓引線組件及制造方法
技術領域：
本發明涉及真空及真空電子技術領域，具體地說，涉及的是一種超高真空裝置用高壓引線組件及制造方法。
背景技術：
真空裝置和技術在許多領域都有應用，并因此得到廣泛而深入的研究[參考文獻W. Umrath，Fundamentals of Vacuum Technology, Cologne (Germany)，1998]。在這些裝置中經常要用到電極引線，其一端連接真空中的電極，另一端引出至大氣中連接在高壓電源上。電極引線組件由絕緣陶瓷、瓷封合金及金屬引線封接而成，除了要滿足真空氣密性的要求外，最重要的是要能夠耐受幾千到幾萬伏不等的高壓而不損壞。在實際中，有時因結構設計或工藝不當導致電極引線組件耐壓能力不夠、可靠性不高(如漏電、打火)，需要經常更換引線法蘭。而真空電子器件(速調管、行波管等)從本質上說也是一類(超高)真空裝置，同樣需要通過高壓引線組件對器件內部的電極加電。真空電子器件上的高壓引線組件一般與器件主體是一體的，一旦高壓引線組件失效 (如漏氣、高壓擊穿等)將導致器件的整體失效，因此對高壓引線組件的可靠性要求更高。 如在行波管所有的故障模式中，高壓擊穿占的比例達30%以上[參考文獻A. S. Gilmour, Principles of Traveling Wave tubes,1994ARTECHH0USE, INC. ,685Canton Street, Norwood, MA 01062]，其中一部分故障就與高壓引線組件的擊穿有關。影響高壓引線組件質量的因素包括結構設計、材料選擇及處理、制造及凈化工藝等，其中結構設計是最關鍵因素，不僅要考慮真空外部的耐壓，更重要的是要考慮真空內部的耐壓(這一點以前沒有得到應有的重視)，同時還要兼顧絕緣瓷件、封接結構的強度及工藝實施特性。在選用的材料中目前使用最多的是A-95 (951^Al2O3陶瓷)和瓷封可伐合金， 只是在結構設計及具體制造工藝上不同真空設備制造廠家還存在一些差異。
發明內容
本發明的目的是公開一種超高真空裝置用高壓引線組件及制造方法，通過結構優化設計、制造出一種結構強度高、體積緊湊、耐壓性能好的適合于超高真空裝置及真空電子器件用高壓引線組件。為達到上述目的，本發明的技術解決方案是—種超高真空裝置用高壓引線組件，其包括金屬引線、絕緣瓷件、瓷封合金件、引線法蘭；其中，圓管狀絕緣瓷件上部外圓為波紋結構，下部為棒狀，金屬引線位于中心通孔內，兩端伸出；瓷封合金件為二件一件是片狀環，片狀環中心孔直徑與金屬引線外徑相適配，金屬引線從中心孔穿過，片狀環封接于絕緣瓷件上端面，另一件為筒狀，上端是片狀環，片狀環周圓成直角向下延伸成筒狀，筒狀上端片狀環中心孔直徑與絕緣瓷件下部棒狀外徑相適配，套置于下部棒狀外，且筒狀上端片狀環封接于絕緣瓷件下端波紋的下端面；
引線法蘭內徑與筒狀瓷封合金件外徑相適配，以垂直于筒狀瓷封合金件外圓的方式封接于筒狀瓷封合金件外圓上；絕緣瓷件的波紋結構位于真空之外，絕緣瓷件的下部筒狀瓷封合金件位于真空之內，為保證真空內部絕緣，絕緣瓷件位于真空內部的部分在金屬引線與引線法蘭及各極之間留有足夠的爬電距離和真空間隙。所述的高壓引線組件，其所述絕緣瓷件，其外徑(Φ1)為4-15mm之間，中心通孔直徑(Φ孔)為0. 5 1. 6讓；其波紋結構中，波谷直徑(Φ3)大于2mm，波齒間距(hi)大于0. 5mm，多個波齒寬(h2)為1 4mm，最下端的波齒寬(h3)大于(h2)，且不小于2mm ；波齒與波谷直徑之差 Φ1-Φ3 = 2d小于波齒直徑Φ 1的1/3，但d不小于0. 5mm ；波紋段長度(Hl)與波齒直徑 (Φ1)之比在1 5之間；其棒狀長度(H2)為5-20mm之間，外徑(Φ 2)為2_15mm之間。所述的高壓引線組件，其所述絕緣瓷件，為95%、99%氧化鋁或氧化鈹陶瓷材料制作；絕緣瓷件上下端的焊接面，采用常規的高溫Mo-Mn法進行金屬化工藝處理后，再經過電鍍鎳(Ni)、燒氫。所述的高壓引線組件，其所述金屬引線為鎳絲，規格為Φ0. 4 1.5mm。所述的高壓引線組件，其為減小陶瓷-金屬封接處的應力，封接區域經由過渡金屬件至引線法蘭的距離(H3)應大于1mm。所述的高壓引線組件，其所述固接，為密封焊接，在絕緣瓷件上端面為平封，封接面積滿足(Φ 3- Φ孔)/2 > 0. 8mm ；下端面固接部，平封時，封接面積滿足(Φ 1_ Φ 2) /2 > 0. 8mm，套封時，封接面積> ImmX π Φ 2 ；陶瓷封接部分的厚度為0. 2 0. 6mm。一種所述的高壓引線組件制造方法，其包括步驟A)準備金屬引線、引線法蘭，制備絕緣瓷件，沖制或車制兩瓷封合金件；B)采用Mo-Mn法對絕緣瓷件上下端的待封接區域進行金屬化處理；C)對金屬化合格的絕緣瓷件進行電鍍鎳和燒氫處理；D)使用前，對金屬引線清洗、并燒氫處理；對兩瓷封合金件進行清洗、電鍍鎳、燒氫處理；E)釬焊(1)釬焊焊料選擇純Ag或Ag-Cu共晶焊料；(2)將共晶焊料制成厚度為0. Imm焊料片及直徑為0. 4mm的焊料絲，預先將焊料片沖制或線切割成與封接面同樣的形狀和尺寸；( 將金屬引線、絕緣瓷件、瓷封合金件、引線法蘭、焊料片、焊料絲進行組裝，成半成品；(4)將C3)步的半成品裝配在封接模具上，在真空或氫氣保護氣氛中焊接，升、降溫速率10 30°C /分鐘，焊接溫度高于指示焊料熔化溫度30 50°C，保溫時間1 5分鐘。所述的高壓引線組件制造方法，其所述E)釬焊的C3)步，是將第二瓷封合金件、焊料片、瓷件、焊料片、第一瓷封合金件、鎳絲、焊料絲按順序組裝成半成品。所述的高壓引線組件制造方法，其所述焊料絲，是將焊料絲在鎳絲上纏繞至少三圈。本發明的一種超高真空裝置用高壓引線組件及其制造方法，為先進真空裝置的研制提供了新的選擇，也為高可靠真空電子器件的研制提供了有益的技術支持。
圖1為本發明的一種超高真空裝置用高壓引線組件結構示意圖；其中1.瓷封合金件1 (可伐片)；2.封接區域1 ；3.封接區域2 ；4.絕緣瓷件；5.瓷封合金件2;6.引線法蘭；7.金屬引線(鎳絲)
具體實施例方式本發明的一種超高真空裝置用高壓引線組件及制造方法，以結構優化設計為核心，針對原來一些高壓引線結構存在的問題，綜合考慮高壓引線組件的結構可靠性、真空氣密性和耐壓性能，其結構強度高、體積緊湊、耐壓性能好，適合超高真空裝置及真空電子器件使用。本發明的一種超高真空裝置用高壓引線組件，其結構如圖1所示(1)絕緣瓷件4的結構處于真空之外的部分為波紋結構，引線孔Φ 0. 5 1. 6mm ；(2)波谷與波齒處直徑之差小于波峰處直徑的1/3 (即2d/ Φ 1小于1/3)，但d不小于0. 5mm ；(3)波紋段總體長度(H)與波齒處直徑(Φ 1)之比在1 5之間；(4)靠近封接端hi大于0.5mm，h2處于1 4mm的范圍內，并保證上端封接面積(Φ3-Φ孔)/2 > 0.8謹(平封)；下端封接面積(Φ1_Φ》/2 > 0.8謹(平封)或> ImmX π Φ2(套封)；(5)絕緣瓷件4位于真空內部的部分在金屬引線1與引線法蘭6及各極之間留有足夠的爬電距離和真空間隙。本發明的一種超高真空裝置用高壓引線組件的制造方法(1)絕緣瓷件4金屬化；a)采用高溫Mo-Mn法對絕緣瓷件4待焊接區域進行金屬化處理；b)對金屬化合格的絕緣瓷件4進行電鍍鎳和燒氫處理。(2)瓷封合金件1、5清洗、電鍍鎳、燒氫處理(3)選用合適規格的金屬引線7鎳絲，清洗、燒氫后備用；(4)組裝、釬焊a)釬焊焊料選擇純Ag或Ag-Cu共晶焊料；b)在真空或氫氣保護氣氛中焊接，升、降溫速率10 30°C /分鐘，焊接溫度高于指示焊料熔化溫度30 50°C，保溫時間1 5分鐘。實施例1.按圖1所示結構加工或采購95%氧化鋁絕緣瓷件4。具體結構尺寸如下Φ 1 =6. 5mmm, Φ 2 = 4mm, Φ 3 = 4. 5mm, Φ Λ= 0. 8mm, hi = h2 = 1. 2mm, h3 = 2. 5mm, Hl = 10. 9mm, H2 = 10mm, d = Imm02.采用沖壓工藝，按圖1所示結構加工第一瓷封合金件1和第二瓷封合金件5(均為4J33)，零件厚度(δ )取為0. 3mm。其中第一瓷封合金件1中心孔直徑為0. 65mm，外徑與 Φ 3 —致。3.金屬引線7采用Φ0.6mm的鎳絲，并經過清洗、退火處理4.按平封結構對瓷件封接面2、3進行金屬化、鍍鎳、燒氫處理。5.對瓷封合金件1、5進行清洗、鍍鎳和燒氫處理6.采用厚度為0. Imm的純Ag焊料片及直徑為0. 4mm的純Ag焊料絲進行陶瓷-金屬封接。預先將焊料片沖制或線切割成與封接面2、3同樣的形狀和尺寸。7.按順序將第二瓷封合金件5、焊料片、瓷件、焊料片、第一瓷封合金件1、鎳絲、焊料絲(在鎳絲上纏繞3圈)裝配在封接模具上，在氫氣氣氛中封接。8.升溫速率不大于30°C /分鐘，指示焊料熔化后繼續升高溫度40°C保溫2分鐘， 之后開始降溫，降溫速率不大于20°C /分鐘。按照上述方法制造的高壓引線組件用于某波段空間行波管的電子槍和收集極組件中，可以提供大于IOKV的耐壓，封接成品率大于95%以上。
權利要求
1.一種超高真空裝置用高壓引線組件，其特征在于，包括金屬引線、絕緣瓷件、瓷封合金件、引線法蘭；其中，圓管狀絕緣瓷件上部外圓為波紋結構，下部為棒狀，金屬引線位于中心通孔內，兩端伸出；瓷封合金件為二件一件是片狀環，片狀環中心孔直徑與金屬引線外徑相適配，金屬引線從中心孔穿過，片狀環固接于絕緣瓷件上端面，另一件為筒狀，上端是片狀環，片狀環圓周成直角向下延伸成筒狀，筒狀上端片狀環中心孔直徑與絕緣瓷件下部棒狀外徑相適配， 套置于下部棒狀外，且筒狀上端片狀環固接于絕緣瓷件下端波紋的下端面；引線法蘭內徑與筒狀瓷封合金件外徑相適配，以垂直于筒狀瓷封合金件外圓的方式固接于筒狀瓷封合金件外圓上；絕緣瓷件的波紋結構位于真空之外，絕緣瓷件的下部筒狀瓷封合金件位于真空之內， 為保證真空內部絕緣，絕緣瓷件位于真空內部的部分在金屬引線與引線法蘭及各極之間留有足夠的爬電距離和真空間隙。
2.如權利要求1所述的高壓引線組件，其特征在于，所述絕緣瓷件，其外徑(Φ1)為 4-l5mm之間，中心通孔直徑(Φ孔)為0. 5 1. 6mm ；其波紋結構中，波谷直徑(Φ3)大于2mm，波齒間距(hi)大于0. 5mm，多個波齒寬(h2) 為1 4mm，最下端的波齒寬(h3)大于(h2)，且不小于2mm ；波齒與波谷直徑之差Φ 1_Φ3 =2d小于波齒直徑Φ1的1/3，但d不小于0. 5mm;波紋段長度(Hl)與波齒直徑(Φ1)之比在1 5之間；其棒狀長度0 )為5-20mm之間，外徑(Φ》為2_15mm之間。
3.如權利要求1所述的高壓引線組件，其特征在于，所述絕緣瓷件，為95%、99%氧化鋁或氧化鈹陶瓷材料制作；絕緣瓷件上下端的焊接面，采用常規的高溫Mo-Mn法進行金屬化工藝處理后，再經過電鍍鎳、燒氫。
4.如權利要求1所述的高壓引線組件，其特征在于，所述金屬引線為鎳絲，規格為 Φ 0. 4 1. 5mm。
5.如權利要求1所述的高壓引線組件，其特征在于，為減小陶瓷一金屬封接處的應力， 封接區域經由過渡金屬件至引線法蘭的距離(H3)應大于1mm。
6.如權利要求1所述的高壓引線組件，其特征在于，所述焊接，為密封焊接，在絕緣瓷件上端面為平封，封接面積滿足(Φ 3- Φ Λ) /2 > 0. 8mm ；下端面焊接部分，平封時，封接面積滿足(Φ1_Φ2)/2 > 0.8mm，套封時，封接面積> ImmX π Φ2 ；陶瓷封接部分的厚度為 0. 2 0. 6mm。
7.—種如權利要求1所述的高壓引線組件制造方法，其特征在于，包括步驟A)準備金屬引線、引線法蘭，制備絕緣瓷件，沖制或車制兩瓷封合金件；B)采用Mo-Mn法對絕緣瓷件上下端的待封接區域進行金屬化處理；C)對金屬化合格的絕緣瓷件進行電鍍鎳和燒氫處理；D)使用前，對金屬引線清洗、并燒氫處理；對兩瓷封合金件進行清洗、電鍍鎳、燒氫處理；E)釬焊(1)釬焊焊料選擇純Ag或Ag-Cu共晶焊料；(2)將共晶焊料制成厚度為0.Imm焊料片及直徑為0. 4mm的焊料絲，預先將焊料片沖制或線切割成與封接面同樣的形狀和尺寸；(3)將金屬引線、絕緣瓷件、瓷封合金件、引線法蘭、焊料片、焊料絲進行組裝，成半成Pm ；(4)將C3)步的半成品裝配在封接模具上，在真空或氫氣保護氣氛中焊接，升、降溫速率10 30°C /分鐘，焊接溫度高于指示焊料熔化溫度30 50°C，保溫時間1 5分鐘。
8.如權利要求7所述的高壓引線組件制造方法，其特征在于，所述E)釬焊的(3)步，是將第二瓷封合金件、焊料片、瓷件、焊料片、第一瓷封合金件、鎳絲、焊料絲按順序組裝成半成品。
9.如權利要求7或8所述的高壓引線組件制造方法，其特征在于，所述焊料絲，是將焊料絲在鎳絲上纏繞至少三圈。
全文摘要
本發明公開了一種超高真空裝置用高壓引線組件及制造方法，涉及真空電子技術，包括金屬引線、絕緣瓷件、瓷封合金件、引線法蘭；本發明的高壓引線組件具有結構強度高、體積緊湊、耐壓效果好等特點，有利于提高超高真空裝置的可靠性和高壓適用范圍。本發明的內容包括高壓引線組件的結構設計、所用材料及制造工藝等。
文檔編號H01R13/40GK102570094SQ201010612090
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者樊會明, 肖東梅, 蘇小保, 趙世柯 申請人:中國科學院電子學研究所