趙 請，王玉春，李志順

(南京三樂電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，南京211800)

行波管作為真空電子器件的主要類型之一，在武器系統(tǒng)中起到了重要作用［1］。近年來隨著我國國防事業(yè)的迅猛發(fā)展，對行波管的需求量大幅增加，同時(shí)對器件性能的可靠性提出了更高的要求，為此我們對行波管的良品率進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果顯示，在現(xiàn)有工藝條件下批產(chǎn)陰極發(fā)射電流不穩(wěn)定是影響批產(chǎn)器件良品率的關(guān)鍵因素之一。

陰極發(fā)射電流小與兩個(gè)方面有關(guān)［2-3］:一是陰極本身的問題(即內(nèi)因問題)，如陰極的發(fā)射能力、抗中毒能力、耐離子轟擊能力、可靠性和一致性等;另一方面是陰極的使用問題(即外因問題)，它與電子槍的結(jié)構(gòu)、管內(nèi)工作環(huán)境、處理工藝等是密不可分的。本文結(jié)合某批產(chǎn)產(chǎn)品制備過程中出現(xiàn)的陰極發(fā)射電流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從以上兩方面進(jìn)行分析，尋找合適的方法提高陰極性能的穩(wěn)定性，保證器件的可靠性。

1 陰極本身的發(fā)射能力

在陰極的制備過程中，除了鎢海綿基體孔度的大小、孔分布均勻性以及鋁酸鹽的發(fā)射水平等因素影響陰極本身的發(fā)射水平外［4-7］，由于陰極現(xiàn)有的制造過程還不能全部達(dá)到程序化控制，會(huì)造成陰極的發(fā)射隨著生產(chǎn)批次有所波動(dòng)。為了保證提供給管種使用的陰極能夠達(dá)到發(fā)射性能的要求，本文使用簡易二極管對批產(chǎn)陰極進(jìn)行在線的抽樣性能檢測:通過測不同溫度下的二極管伏安特性［8］，求出相應(yīng)的陰極拐點(diǎn)發(fā)射電流密度Ja，建立抽樣檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，借助抽樣檢測手段來保證陰極在管子上使用的一致性。

共對20批次的批產(chǎn)陰極進(jìn)行抽樣檢測，1 050℃下電流密度Ja分布在2.0 A/cm2～3.0 A/cm2之間，其中Ja在2.0 A/cm2～2.5 A/cm2的有6個(gè)批次(30%)，在2.5 A/cm2以上的有14個(gè)批次(70%)，所對應(yīng)的裝管良品率對比如表1所示。

表1 不同拐點(diǎn)發(fā)射電流密度所裝管子良品率對比

從表1可知，發(fā)射電流密度Ja=2.5 A/cm2～3.0 A/cm2的陰極所裝管子發(fā)射合格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)射電流密度在Ja=2.0 A/cm2～2.5 A/cm2之間的。最終將此批產(chǎn)陰極抽樣檢測的標(biāo)準(zhǔn)定為:在陰極溫度達(dá)到1 050℃時(shí)，Ja≧2.5 A/cm2。按照此抽檢標(biāo)準(zhǔn)使用的陰極在裝管后的發(fā)射合格率提高了30%。因此通過建立陰極抽樣檢測方法，能夠提高陰極裝管使用時(shí)的發(fā)射良品率。

2 電子槍內(nèi)結(jié)構(gòu)對陰極發(fā)射性能的影響

陰極作為器件的心臟部件，其綜合性能需通過器件來體現(xiàn)。因此電子槍的狀態(tài)、環(huán)境對陰極性能有一定影響，其中表現(xiàn)尤為突出的是陰極與柵網(wǎng)之間的狀態(tài)變化對陰極發(fā)射性能的影響。

2.1 陰柵熱碰

行波管在測試過程中，有些異常管子每次開機(jī)時(shí)都要將燈絲電壓Uf在正常工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高1 V～1.5 V老煉一段時(shí)間(正常工作點(diǎn)Uf=6.4 V±0.2 V)，發(fā)射電流才能夠滿足要求。為此，對這些異常管子作欠熱測試分析，如圖1所示。隨著燈絲電壓的下降，發(fā)射電流反而增加。

圖1 某脈沖行波管的欠熱曲線

為進(jìn)一步研究發(fā)生異?，F(xiàn)象的原因，將異常電子槍進(jìn)行溫度試驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示異常電子槍在工作點(diǎn)的溫度比正常電子槍溫度要低80℃～90℃。再將電子槍一步步解剖觀察其溫度變化情況，最終確定是因陰極與蔭影柵在熱狀態(tài)下發(fā)生接觸，將陰極的熱量過多地導(dǎo)走，造成電子槍的工作溫度偏低，表現(xiàn)在陰極上是在規(guī)定的工作點(diǎn)其發(fā)射電流不夠，需提高燈絲電壓才能滿足發(fā)射性能的要求。為此調(diào)整了陰極與蔭影柵的狀態(tài)解決了問題(如表2所示)。

表2 改動(dòng)前后對比

2.2 陰柵在熱狀態(tài)下的距離變遠(yuǎn)

眾所周知對于柵控行波管，考慮到金屬柵網(wǎng)在熱狀態(tài)下的膨脹的現(xiàn)象，裝配時(shí)會(huì)在冷態(tài)下預(yù)留距離，保證器件能夠正常使用。正常情況下，通過測量在加熱狀態(tài)下電子槍內(nèi)的陰極相對柵網(wǎng)的伸長距離(如圖2所示)，可知某行波管的陰極相對柵網(wǎng)的伸長距離在4.8 mil～5.7 mil(如表3所示)。而某只出現(xiàn)截止電壓高、脈沖電壓高的管子，在加熱狀態(tài)下其電子槍內(nèi)的陰極相對柵網(wǎng)只向前伸長了0.8 mil～1.2 mil(如表4所示)，導(dǎo)致管子在工作時(shí)其陰極與柵網(wǎng)之間的距離變遠(yuǎn)，從而也會(huì)表現(xiàn)在需提高脈沖電壓其發(fā)射電流才能滿足要求。

圖2 電子槍內(nèi)陰極相對柵網(wǎng)的伸長示意圖

表3 正常情況下電子槍內(nèi)的陰極相對柵網(wǎng)的伸長情況

表4 異常情況下電子槍內(nèi)的陰極相對柵網(wǎng)的伸長情況

因此，在器件的裝配及前期流水過程中嚴(yán)格按照要求處理，消除由于外因?qū)﹃帢O性能影響的因素，保證器件的可靠性。

3 結(jié)論

(1)使用簡易二極管對批產(chǎn)陰極本身的發(fā)射能力進(jìn)行在線的抽樣檢測，其標(biāo)準(zhǔn)定為:在陰極溫度達(dá)到1 050℃時(shí)，Ja≧2.5 A/cm2，使陰極提供給管種使用的發(fā)射良品率由52.9%提高至82.85%。

(2)陰柵熱碰將造成電子槍的工作溫度偏低，表現(xiàn)在陰極上將是在規(guī)定的工作點(diǎn)其發(fā)射電流不夠。

(3)管子在工作時(shí)其陰極相對柵網(wǎng)的距離變遠(yuǎn)，會(huì)使脈沖電壓提高、發(fā)射電流變小。

通過研究影響批產(chǎn)陰極發(fā)射電流小的因素，更加清晰地認(rèn)識(shí)到要想保證陰極的發(fā)射能力夠，不僅需要陰極工作者在陰極的制造工藝細(xì)節(jié)上進(jìn)行研究，還需要使陰極在電子槍內(nèi)的配合上做出細(xì)致地考慮，從而提高陰極在批產(chǎn)過程中使用的良品率，保證器件的可靠性。

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