夺命钱
-设计+工艺-
李彦宾，聂洋洋
摘要：本文的研究对象是一种大功率脉冲磁控管使用的锦海绵阴极，文中依据大功率脉冲磁控管对海绵层性能的要求，针对现有阴极锦海绵层存在的问题，从电流发射机理、工作特性、海绵层制备过程等方面进行分析研究，制定技术方案，最终解决了长期以来悬而未决的相关问题，达到研究目的# 关键词：大功率脉冲磁控管；锦海绵阴极
中图分类号：TN123文献标志码：A文章编号：1002-8935(2019)04-0033-03
doi：10.16540/jkill-2485/tn.2019.04.06
Research on Nickel Matrix Cathode Used in High Power Pulse Magnetrons
LI Yan-bin,NIE Yang-yang
(.Beijing Vacuum Electronic Research.Institute,Beijing100015,China')
Abstract:A nickel matrix cathode used in high power pulsed magnetrons is studied.According to the requirement of high power pulsed magnetron for the performance of matrix layer and considering the exis--ing problems of nickel matrix layer of the cathode,the current emission mechanism,the working characteristics and the preparation process of matrix layer are analyzed.The corresponding technology scheme is formulated,which solves the related problems and achieves the research objectives.
Key words：High power pulse magnetron,Nickel matrix cathode
“十三五”以来，在需求的推动下，用于粒子加速器的大功研国广泛，虽一，但尚未完国外断，这类加速器广泛用于医学领域、工备、以及安检：等领域检备#
备均需要使用以微波源为能量源的粒子加速器来获得中、高能X射线，而大功
因、能换、等优，成为这类微波源中占比最大的一种#
对于大功而言，阴极性能直接影频谱性能、工作性、成品率、寿命等，最终用的经益，因而至兴研究一种S波段大功 用的锦海
，主射性能#
1管
微波用于产生和放大微波频率范围内的高频信号的真空电子器件，作为微波管的主要类型之一，广泛应用于国防、科研、工业生产、日常生活等国民经济各部门#
研究的大功率脉冲磁控管为S波段普通磁控管，功率量级为脉冲功率2.6MW，主要应用于、工检备等#
1.1磁控管工作原理简述
一种器件，现代磁控管一般采用由一系圆周均匀分布成的多腔谐振系统作为阳极，以涂覆有活性发射物质的金属圆筒为阴极。
磁控管工作时，在阴阳极之间施加直流电压，在垂直于电场的方向施加直流磁场，在电子从阴极向阳极运动的过程中，电子的势能不断转化为高频电磁场的能量，从而实现微波信号大，图1为磁控中的电子运动示意图#
1.2大功率脉冲磁控管的阴极
当工作时，电场、直流磁场和高频
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图1八腔磁控管电子运动示意图
场作用下，阴极发射的电子一部分反转轰击在阴极（不利电子），一部分呈轮摆线向动（有利电子），不利电子轰击生电子并继电磁场作用下分动。因此，中I 射的电子包初级电子发射和不利电子轰击生级电子发射。通常，在正交场器件中，大部分电子是由次级发射提，初级电子级电子的比例随器件而不同「2*。
由于存在电子的反转轰击，磁控管对阴极的要求不同于线性注器件，除求一初级发射之外，级电子发射系数对更三键。
用于型包属"协、锁™"等，而行波用覆膜等并不适用。
属电子发射稳定、耐轰击和强电场，工作可靠、工艺等（旦功高、发射效率低、发射能力低，应用范围越来越窄，不适用于大功率脉冲磁控管。 覆膜通射基体表面形成一层不同种金属原子薄膜功大幅，发射电度为几平方。
M型阴极，内部储备大量活性物微波管工作过程中可以不断补充
射耗，射能力保持，并［结致密，因而有良好的导电、导热能力于加工，因此，锁大量用于中小功。但是，由于级电子发射系数较，且发射物质因工作温度高而度快，因此在大功率脉冲中，锁射能力、持续能力、寿命等不足。
铳酸盐锁™阴极在锁™阴极的技术基础上，通过在发射盐配方中增加一定量的SC2O3，使这种阴射能力接近覆膜锁™阴极，但工作温度更低，从而提高初级电子发射能力的同时因发射度而更长F ；虽然如此，工作温度仍1 950〜1000°C以上1#
以属氧化物混合体为发射材功低，工作温度仅700〜950C，发射；
著高于薄膜，射能力与薄膜阴极相当或，但 射能力于薄膜阴极，可达10〜50A/cm2；同时
、工艺周期短，便于大量生产。
综上，大功率脉冲磁控管阴佳选择。
2的性能提升研究
2.1面临的】
研究的大功率脉冲磁控管为S波段普通磁控管，功率量级为脉冲功率2.6MW（后续简称S2.6）的研程中，电流较大时出现、连续性打火问题，打火时：型电压-电流曲线如图2#
种现电50〜110A范围
发生，上性问题。
同时,S2.6用的™海绵阴极存在基底金属变形、™海绵均匀性不良（轴向、环向）、预处理后开裂等问题，如图3、图4所示。
小不点奇迹
2.2机理原理分析
经过分析研究，我们认为：
（1）S".6电较大时
征兆、连续性打火现射能力不足的表现。
（2）S2.6磁控管阴极的电子发射能力一致性、导热、导电能力存在问题。
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图3S2.6磁控管阴极海绵层局部照片(问题样品)
综合来看，阴极海绵层均匀性不良，其在轴向、环向、径向 现度不均、联结性不均等问题；这种不性导致射分布不均、发射层导电/导热能力不均等问题；更进一步，这种不性导致射能力不均、局部负荷过、局部、结构强度不足等问题，最终: S2.6较高电流工作时、连续性打火故障。
2.3技术方案优化设计
S2.6备和使用需要进行优化设计，根据以上分析，从以下几个方面着手：
图4S2.6磁控管预处理后局部照片
(1)降低电阻、提高导电能力，防止电荷累积，提高可靠性；
(2)提高导热能力，提高温度均匀性，增强发射一致性，防止局部负荷部，提高可靠性；
(3)提强度，增强抗轰击能力，延长-。
3试验验证
通过对阴极技术过程的优化改进，我们得到了射分布形貌符合预期、发射能力满足要求。图4、图5分
射面照片。
4部照5预处理射部照
由图可见，改进后的阴极海绵层中镰颗粒分布均匀、密度一致、联结性良好；射
与发射盐分布形态性良好；预处理
等。
用新技术制备的阴极已经应用于S2.6磁控管，周期明显缩短、初级发射能力良好；并调程中工作，1勺脉冲电110A，调试周期缩短，调：程中提电流时力，电子效率、频谱等性能良好。4结论
对大功率脉冲磁控管使用的镰海绵阴极的性能的提升进行研究，采取了几种技术手段对于提
射性能，经实际证；有，满足S2.6对求，技术手段包括但不限于：
(1)降低电阻、提高导电能力；
(2)提高导热能力，提度性，增强发射一致性，止部，提可靠性；
(3)提强度，增强抗轰击能力，延长寿命#
(下转第40页)
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A
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叶木荣术；E-mail：cycia_2004@163。
收稿日期=2019—04—29
(上接第26页)
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收稿日期：2019—04—30
徐忠扬（1988—&男，江苏人,
南京航空航天大学电子信息工程学
院讲师，硕士生导师，2015年在清
大学获理学博士学位，2017
年南京航空航天大学电子信
息工程学院工作，研究领域涉及调频连续波激光，光射频传输等，主持国家自然科学基金，航天科技创新基金等项目;E-mail: xzy@nuaa.edu#
作者简介:
李彦宾（1981—&男，硕士，曾
边缘父子研究力学/热学及合仿真、空间
行波管等，目前主要研究大功率脉
冲磁控管；E-mail:yiexingdehuhuan
@163。
收稿日期：2019—07—19
2019-04
豫公网安备41160202000603
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