电真空材料与工艺.ppt

1、电真空材料与工艺提出性能指标理论计算结构工艺设计成品管测试第一章 微波电真空工艺特点和电真空材料什么是微波电真空器件什么是微波电真空器件？利用电子注与高频场的相互作用而实现利用电子注与高频场的相互作用而实现微波能量的产生和放大的器件微波能量的产生和放大的器件 工作环境：真空工作环境：真空 电子注与高频场的复杂性，决定了它的研电子注与高频场的复杂性，决定了它的研制必然是一种知识、技术密集型的过程。制必然是一种知识、技术密集型的过程。第一节 电真空工艺特点 1、使用材料广泛而特殊使用材料广泛而特殊广泛：包含了自然界中广泛：包含了自然界中70%以上的已知元素以上的已知元素 金属及合金、气体、介质材料

2、、化学材料、金属及合金、气体、介质材料、化学材料、特殊材料特殊材料金属材料：气体：介质材料：玻璃陶瓷云母聚四氟乙烯、硅橡胶、环氧树脂、化学材料：硫酸、盐酸、硝酸、铬酸、丙酮、乙醇、硫酸、盐酸、硝酸、铬酸、丙酮、乙醇、汽油、三氯乙烯、四氯化碳、汽油、三氯乙烯、四氯化碳、特殊材料：特殊材料：发射材料、吸气材料、发光材料、封接材发射材料、吸气材料、发光材料、封接材料、二次电子发射材料、磁性材料、料、二次电子发射材料、磁性材料、1、使用材料广泛而特殊使用材料广泛而特殊特殊特殊：对材料的要求特殊：对材料的要求特殊 机械加工性能：机械加工性能：既要易于加工，又要具有足够的强度；既要易于加工，又要具有足够的

3、强度；电磁性能：电磁性能：高频机构的材料应具有良好的导电性，磁高频机构的材料应具有良好的导电性，磁体材料则应具有良好的磁性能等等；体材料则应具有良好的磁性能等等；真空性能：真空性能：好的吸气或放气性能，低的饱和蒸汽压，好的吸气或放气性能，低的饱和蒸汽压，良好的气密性；良好的气密性；热性能：热性能：热稳定性能、高温强度性能等；热稳定性能、高温强度性能等；封接（焊接）性能：封接（焊接）性能：适当的膨胀系数、好的焊料浸润性能等适当的膨胀系数、好的焊料浸润性能等等；等；特殊材料的特殊性能：特殊材料的特殊性能：发射材料的发射性能、抗中毒能力，吸发射材料的发射性能、抗中毒能力，吸气材料的吸气性能等等。气材

4、料的吸气性能等等。第一节 电真空工艺特点1、使用材料广泛而特殊、使用材料广泛而特殊2、机械加工要求高、机械加工要求高 要求加工精度高要求加工精度高（0.01mm0.02mm）表面光洁度要高表面光洁度要高（粗糙度（粗糙度0.80.2或更高）或更高）第一节 电真空工艺特点3、设备专业性强、设备专业性强：按照特定工艺技术要求：按照特定工艺技术要求而设计制造的专用设备而设计制造的专用设备 加工制造设备加工制造设备真空设备真空设备涂覆设备涂覆设备 热处理设备热处理设备 焊接设备焊接设备 专用测试设备专用测试设备 第一节 电真空工艺特点4、生产技术复杂、生产技术复杂机械加工技术机械加工技术 半导体工艺技术

5、半导体工艺技术 真空技术真空技术 焊接技术焊接技术玻璃、陶瓷及其封接技术玻璃、陶瓷及其封接技术 第一节 电真空工艺特点5、真空卫生严格、真空卫生严格 成品率、可靠性以及寿命成品率、可靠性以及寿命；固体污染物固体污染物 液态污染物液态污染物 第一节 电真空工艺特点6、工艺纪律严肃、工艺纪律严肃 严格按工艺规范生产严格按工艺规范生产，对工艺规范的修，对工艺规范的修改，都必须经充分试验，审批后才能实行改，都必须经充分试验，审批后才能实行第二节 电真空常用金属与合金难熔金属：熔点高，难熔金属：熔点高，3000 左右。左右。W（钨）（钨）、Mo（钼）、（钼）、Re（铼）、（铼）、Ta（钽）、（钽）、Nb

6、（铌）等，用作器件中的加热体（阴极、（铌）等，用作器件中的加热体（阴极、热子）及高温工作零件（行波管螺旋线、热子）及高温工作零件（行波管螺旋线、管内阳极、聚焦极等）。管内阳极、聚焦极等）。非难熔金属非难熔金属：熔点低，：熔点低，10001500。铜（铜（Cu）、镍（）、镍（Ni）、铁（）、铁（Fe）等及其合）等及其合金。做结构零件金。做结构零件 晶粒示意图2.1 难熔金属（一）钨及钨合金（一）钨及钨合金性质：钨的比重达性质：钨的比重达19.119.3克克/厘米厘米3。钨。钨的熔点高达的熔点高达3410 用途：直热式阴极、热子材料用途：直热式阴极、热子材料合金合金：钨钼合金：钨钼合金、钍钨丝、钍

7、钨丝、铼钨丝、铼钨丝、钨、钨铜棒铜棒 2.1 难熔金属（二）钼及钼合金（二）钼及钼合金性质：比重性质：比重10.2克克/厘米厘米3、熔点、熔点2620。纯钼的机械性能良好，因而易于加工纯钼的机械性能良好，因而易于加工 用途：做工作在用途：做工作在1000以下的电极以下的电极 合金合金：钨钼合金：钨钼合金、钼铜、钼铜 2.1 难熔金属（三）钽铌（三）钽铌（TaNb）合金）合金 性质性质：钽的熔点：钽的熔点2996，比重，比重16.6克克/厘米厘米3，铌的熔点，铌的熔点2415，比重，比重8.57克克/厘米厘米3。强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、及吸收气

8、体等优良特性及吸收气体等优良特性 用途用途：阴极支持筒、热屏筒：阴极支持筒、热屏筒 等等2.2 非难熔金属（一）铜（一）铜（Cu）及铜合金）及铜合金性质性质：熔点为：熔点为1083，比重，比重8.95克克/厘米厘米3，良好导电、导热性能。无磁性，有良好，良好导电、导热性能。无磁性，有良好的耐腐蚀性，成本低的耐腐蚀性，成本低 用途用途：大量使用。管内零件、管外零件。：大量使用。管内零件、管外零件。纯铜的牌号是纯铜的牌号是T1、T2、T3和和T4 无氧铜：无氧铜中氧的含量一般在无氧铜：无氧铜中氧的含量一般在0.0010.003%之间，杂质总量不超过之间，杂质总量不超过0.05%“氢病氢病”：氢气渗

9、透到铜的内部，与铜中所：氢气渗透到铜的内部，与铜中所含的氧发生作用形成了水蒸气，在铜中形含的氧发生作用形成了水蒸气，在铜中形成很高的压力，使铜遭到破坏。成很高的压力，使铜遭到破坏。塑性很好塑性很好；缺点是强度不高；缺点是强度不高 无氧铜牌号：无氧铜牌号：TU1、TU2 弥散强化无氧铜：均匀掺入非常细小弥散强化无氧铜：均匀掺入非常细小（1m）的硬化质点，比如）的硬化质点，比如Al2 2O3 3颗粒颗粒 强度高、导热导电性能好、热稳定性和气强度高、导热导电性能好、热稳定性和气密性高、无磁性、易于加工、与焊料浸润密性高、无磁性、易于加工、与焊料浸润性好性好 铜的合金铜的合金1、铜锌（、铜锌（CuZn

10、）合金黄铜）合金黄铜 特点：强度比铜高、价格低；加热后蒸发特点：强度比铜高、价格低；加热后蒸发 严重严重 用途：管外零件，特别是微波元件、波导用途：管外零件，特别是微波元件、波导 最常用的黄铜是最常用的黄铜是H62，含铜量在，含铜量在60.563.5%铜的合金铜的合金2、铜镍（、铜镍（CuNi）合金白铜）合金白铜 3、青铜。、青铜。2.2 非难熔金属（二）镍（二）镍（Ni）及镍合金）及镍合金性质性质：银白色的金属，熔点：银白色的金属，熔点1452，比重，比重8.9克克/厘米厘米3；抗拉强度较高，有好的延展；抗拉强度较高，有好的延展性和韧性、焊接性好、蒸汽压低、耐腐蚀性和韧性、焊接性好、蒸汽压低

11、、耐腐蚀 用途用途：用于合金。是电真空工业中应用最：用于合金。是电真空工业中应用最广泛的金属之一广泛的金属之一 。镍的合金镍的合金 蒙耐尔（蒙耐尔（Monel）合金：镍含量达）合金：镍含量达6070%、铜仅、铜仅2535%白色的金属，外观与镍相似，它具有比镍白色的金属，外观与镍相似，它具有比镍更好的强度和塑性更好的强度和塑性 牌号：牌号：NCu40-2-1（含铜（含铜40%、锰、锰2%、铁、铁1%）2.2 非难熔金属（三）铝（三）铝（Al）及铝合金）及铝合金性质性质：导电性好：导电性好；导热性好、塑性好、易；导热性好、塑性好、易加工。密度加工。密度2.7克克/厘米厘米3 缺点：熔点低（缺点：熔

12、点低（658），高温强度差。），高温强度差。用途用途：管外零件为主。：管外零件为主。牌号：牌号：L1、L2 硬铝（硬铝（AL-Cu-Mg）、（）、（Al-Cu-Mn）牌号：牌号：LY11、LY122.2 非难熔金属（四）铁（四）铁（Fe）及铁合金）及铁合金性质性质：与镍相似：与镍相似；熔点为；熔点为1537，密度，密度7.87克克/厘米厘米3 缺点：去气困难、易生锈缺点：去气困难、易生锈用途用途：利用软磁特性；作极靴、磁屏蔽：利用软磁特性；作极靴、磁屏蔽 不锈钢不锈钢：含铬：含铬1719%，含镍，含镍9%左右的左右的1Cr18Ni9 如果再加入如果再加入0.81%的钛，则就的钛，则就成为成为1

13、Cr18Ni9Ti。作为器件本身的结构件，也可以做真空作为器件本身的结构件，也可以做真空系统的管道和各种连接法兰。系统的管道和各种连接法兰。作模具材料（黑化）。作模具材料（黑化）。2.3 贵金属金、银、铂、钯、铑、铯、锇、铱等八种金、银、铂、钯、铑、铯、锇、铱等八种金属金属 特点：化学稳定性、抗腐蚀性和抗电化学特点：化学稳定性、抗腐蚀性和抗电化学侵蚀性好，并具有优良的导电、导热性。侵蚀性好，并具有优良的导电、导热性。用途：利用其导电、导热性好作为引线、用途：利用其导电、导热性好作为引线、或者在波导内壁镀敷金、银；或者在波导内壁镀敷金、银；作为焊料，如金、银、钯；作为焊料，如金、银、钯；铂价格昂

14、贵，用作钨钼材料焊接时的铂价格昂贵，用作钨钼材料焊接时的过度材料。过度材料。第三节 常用介质材料 电真空器件的结构材料，除了大量使用各电真空器件的结构材料，除了大量使用各种金属和合金外，还广泛使用各种介质材种金属和合金外，还广泛使用各种介质材料，如玻璃、陶瓷、云母、硅橡胶、聚四料，如玻璃、陶瓷、云母、硅橡胶、聚四氟乙烯和衰减材料等等。氟乙烯和衰减材料等等。主要介绍：陶瓷主要介绍：陶瓷普通陶瓷：高岭土的化学成分中含有大量的普通陶瓷：高岭土的化学成分中含有大量的AL2 2O3 3、SiO2 2和少量的和少量的Fe2 2O3 3、TiO2 2以及微以及微量的量的K2 2O、Na2 2O、CaO和和M

15、gO等。等。3.1电真空陶瓷的特性（一）优点：（一）优点：1、陶瓷能在高温（达、陶瓷能在高温（达800）下正常工作；）下正常工作；2、介质损耗小；、介质损耗小；3、可以加工得到精确的尺寸、可以加工得到精确的尺寸；4、陶瓷的机械强度、化学稳定性、绝缘性、陶瓷的机械强度、化学稳定性、绝缘性能等等都优于玻璃。能等等都优于玻璃。不足之处：不透明，制造和封接工艺相对不足之处：不透明，制造和封接工艺相对比较复杂比较复杂 3.1电真空陶瓷的特性（二）用途：（二）用途：1、管壳、管壳 2、输能窗、输能窗3、支撑件、支撑件4、绝缘件、绝缘件 通常同一陶瓷零件同时起两三种作用通常同一陶瓷零件同时起两三种作用 3.

16、1电真空陶瓷的特性（三）性能：（三）性能：（1）真空性能）真空性能a、气密性：阻止电真空器件外部的大气通过、气密性：阻止电真空器件外部的大气通过陶瓷进入器件内部的能力；陶瓷进入器件内部的能力；b、放气性、放气性 3.1电真空陶瓷的特性（三）性能：（三）性能：（2）热性能）热性能包括：导热系数、膨胀系数和热稳定性包括：导热系数、膨胀系数和热稳定性a、导热系数、导热系数 物理意义物理意义 热的来源热的来源 危害危害 常用材料导热系数（单位：常用材料导热系数（单位：W/cmK）Al2 2O3 3瓷瓷 0.10.3氧化铍瓷氧化铍瓷 2银银 4.29铜铜 3.86金金 3.17铝铝 2.37铁铁 0.8（2）热性能）热性能b、膨胀系数、膨胀系数 膨胀膨胀温度曲线的斜率温度曲线的斜率c、热稳定性、热稳定性 承受高低温冲击的能力承受高低温冲击的能力3.1电真空陶瓷的特性（三）性能：（三）性能：（3）电性能）电性能a、介质损耗、介质损耗 一般都很小一般都很小 b、电绝缘性能、电绝缘性能体电阻体电阻 100时时 1013欧姆欧姆厘米厘米 300时时 1012欧姆欧姆厘米厘米 3.1电真空陶瓷的特性（三）