一種纖維陣列陰極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種陰極，尤其是一種纖維陣列陰極，屬于高功率微波技術領域中的微波源領域。
【背景技術】
[0002]磁絕緣線振蕩器(MagneticallyInsulated Transmiss1n Line Oscillator,MILO)是一種重要的高功率微波源，是當前國內外高功率微波源研究的熱點之一。陰極是MIL0的重要組成部分，良好的陰極設計是MIL0獲得高性能的前提。傳統MIL0 —般采用化纖天鵝絨陰極，由于化纖天鵝絨陰極不耐高溫燒蝕，故其運行壽命較短。這是制約MIL0長壽命運行的最主要問題。
[0003]傳統的緊湊型MIL0陰極由陰極座、錐形段、側向陰極、軸向陰極和天鵝絨組成(文獻1:樊玉偉等，改進型磁絕緣線振蕩器的實驗研究，等離子體科學，2007，Vol.35 (4): 1075.Y.ff.FAN, et al, Experimental investigat1n of an improved MILO，IEEE Trans.PlasmaSc1.，2007，Vol.35 (4): 1075)，如圖1所示。圖1為傳統的緊湊型MILO陰極剖視圖，在圖1中，1是陰極座、2是錐形段、3是側向陰極、4是軸向陰極，5是天鵝絨。其中天鵝絨為化纖材料，其余為不銹鋼材料。為了敘述的方便，下文規定:陰極座1所在的一端為左端，軸向陰極4所在的一端為右端。其結構與裝配關系是:陰極座1為圓柱狀，右端留有螺孔；錐形段2左端為圓筒狀，外徑與陰極座1外徑相等。錐形段2左端帶有螺紋，旋入陰極座1右端的螺孔中。錐形段2右端為半徑漸增的錐形筒結構，其最右端的內外半徑與側向陰極3的內外半徑分別相等。側向陰極3為空心圓筒，錐形段2與側向陰極3進行一體化加工形成一個整體。側向陰極3右端留有螺孔。軸向陰極4右側為圓盤狀，左側帶有螺紋，旋入側向陰極3右端的螺孔中。在側向陰極3與軸向陰極4的外表面粘貼天鵝絨5作為陰極發射材料。
[0004]使用中，陰極置于真空室中，與陽極之間存在高電壓。在高電壓作用下，天鵝絨纖維的尖端會產生陰極等離子體，進而產生相對論電子束，形成大電流。陰極等離子體溫度通常高達1000攝氏度以上，如此高的溫度會導致化纖天鵝絨纖維的尖端因燒蝕而彎曲。彎曲的天鵝絨纖維又導致其發射電子束的均勻性和發射能力的下降，進而導致微波源性能的下降。由此可見，化纖材料天鵝絨的一個重要缺點就是耐燒蝕性能差(文獻2:Yu-ffei Fan, etal, Repetit1n rate operat1n of an improved magnetically insulated transmiss1nline oscillator ；Physics of Plasmas, 2008, Vol.15 (8): 083102) 0 圖 2 所不是化纖天鶴絨纖維在工作前的電子掃描顯微鏡圖片，圖3所示是化纖天鵝絨纖維在工作200個脈沖之后的電子掃描顯微鏡圖片，可以看出工作之后化纖天鵝絨纖維由于燒蝕變得彎曲，而且均勻性也變差了。
[0005]化纖天鵝絨陰極的優點是絨毛均勻性好，因此發射電流均勻，缺點是耐高溫燒蝕性差，而碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維的耐高溫燒蝕性能好，但是目前對碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維的植絨技術還不成熟，還不能植出達到化纖天鵝絨均勻性的碳纖維天鵝絨、玻璃纖維天鵝絨或陶瓷纖維天鵝絨。中國專利申請《一種圓片陣列陰極》(文獻3:—種圓片陣列陰極[P]，樊玉偉等，發明專利，申請號:201510423394.6)利用了碳纖維、玻璃纖維耐高溫燒蝕性能好的優點，但是制作介質圓片所采用的碳纖維布或者玻璃纖維布質地柔軟，在制作過程中容易變形，因此制作出來的介質圓片往往不是嚴格的圓環狀(制作出嚴格圓環形狀的介質圓片有較很大難度)，這對于陰極側面的纖維均勻性有一定影響，因而會對發射出來的電子束的質量有一定影響，最終會不利于提高MILO的整體性能。
[0006]因此設計一種新型陰極結構，選用耐高溫燒蝕性能好的陰極材料，使之兼具耐高溫燒蝕性好和均勻性好的優點，使陰極具有長壽命且發射的電子束流均勻，提高MIL0的工作效率并延長MIL0的運行壽命，對于推進高功率微波系統的工程應用進程，拓展MIL0的應用領域具有廣闊的應用前景和重要的科研價值。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:設計一種纖維陣列陰極，提高陰極材料的耐燒蝕性能，延長MIL0的使用壽命。
[0008]本發明采用的技術方案是:
[0009]與傳統陰極相比，本發明一種纖維陣列陰極主要通過將一個個由多孔陣列圓環、“U”型纖維束、圓周墊片組成的纖維束圓周陣列套在陰極基底上組成，其“U”型纖維束兩端裸露在陰極的側面形成密集的纖維陣列，代替傳統陰極中的天鵝絨。其中，多孔陣列圓環起到結構支撐和電流傳導的作用，纖維束形成的密集纖維陣列主要是在強電場(數百kV/cm)作用下產生陰極等離子體，進而產生相對論電子束。所采用的纖維束一般為碳纖維束、玻璃纖維束或陶瓷纖維束，或者其它發射閾值低且耐高溫燒蝕的材料，所采用纖維束質地柔軟，容易將其彎曲。由于所采用纖維束材料比傳統陰極中的化纖天鵝絨更耐高溫燒蝕，故使陰極運行壽命更長。采用這種耐高溫燒蝕的長壽命纖維陣列陰極可大大提高MIL0的運行壽命ο
[0010]采用本發明可以達到以下技術效果:
[0011](1)本發明可以提高陰極的耐高溫燒蝕性，提高陰極的壽命至數萬個脈沖。相比傳統陰極來說，陰極壽命可提高兩個數量級，從而大大延長MIL0的工作壽命；
[0012](2)本發明所述纖維陣列陰極可以發射出與普通的化纖天鵝絨陰極均勻性相同的電子束，可保證MIL0裝置的技術性能不降低。
【附圖說明】
[0013]圖1:【背景技術】中樊玉偉在文獻1公布的傳統的緊湊型MIL0采用的化纖天鵝絨陰極剖視圖；
[0014]圖2:【背景技術】中Yu-Wei Fan在文獻2公布的工作前化纖天鸛絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；
[0015]圖3:【背景技術】中Yu-Wei Fan在文獻2公布的工作200次脈沖后化纖天鵝絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；
[0016]圖4:本發明纖維陣列陰極沿中心軸線的剖視圖；
[0017]圖5:纖維束圓周陣列的右視圖以及沿中心軸線的剖視圖；
[0018]圖6:多孔陣列圓環4的右視圖以及沿中心軸線的剖視圖；
[0019]圖7:纖維束圓周陣列的組裝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0021]圖4為本發明纖維陣列陰極沿中心軸線的剖視圖，陰極環繞軸線對稱。本發明纖維陣列陰極由陰極座1、錐形段2、陰極基底3、多孔陣列圓環4、“U”型纖維束5、圓周墊片6、陰極帽7組成，多孔陣列圓環4、“U”型纖維束5、圓周墊片6組成纖維束圓周陣列。其中“U”型纖維束5 —般為碳纖維束、玻璃纖維束或陶瓷纖維束，或者其它發射閾值低且耐高溫燒蝕的材料制作，其它部分均采用不銹鋼材料制作。
[0022]其結構與裝配關系如下:
[0023]為了敘述的方便，下文規定:陰極座1所在的一端為左端，陰極帽7所在的一端為右端。纖維陣列陰極的結構與裝配關系如下:陰極座1為直徑為Φ1的圓柱體，右端開有直徑為Φ2的螺孔，Φ2 < Φ1 ;錐形段2由一段圓柱體和一段半徑漸增的圓臺組成，圓柱體的左端帶有一段螺桿，螺桿可旋入陰極座1右端的螺孔中；圓柱體的直徑等于陰極座1的直徑Φ1，半徑漸增