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大功率行波管及材料的显微研究

李鹏  
【摘要】:作为一种用于信号功率放大的微波真空电子器件,行波管具有高频率、宽频带、大功率等优点,被广泛用作雷达、微波通信和电子对抗等的大功率发射源。相比于美俄等发达国家,国产行波管的差距主要体现在质量和可靠性方面。目前,针对行波管性能的研究通常偏重于理论和设计等方面进行,而在行波管的研制中,行波管的质量和可靠性很大程度上由材料的微观结构所决定。本论文采用以扫描电子显微镜和能谱仪为主的微观分析手段,结合行波管及材料的实际研制工艺过程和使用情况,开展了行波管气密材料的漏气分析研究、原材料的组成和结构的对比分析、微观分析评价和失效原因分析等工作。主要工作内容和成果概述如下。 (1)导电性对能谱分析结果影响的研究。选取了导电性良好的黄铜和导电性差的氧化铝陶瓷作为代表,进行了能谱分析。重点对导电性差的氧化铝陶瓷分析结果不准确的现象,进行了机理讨论,并提出了对导电性差的样品进行能谱分析时,采取喷碳或金膜、降低电压、快速和低倍数下分析来减小误差的方法。 (2)行波管气密材料漏气分析研究。针对采用新批次极靴焊接漏气问题,对正常和漏气极靴进行了微观对比分析,找出失效原因为极靴基材较深的车削痕迹和镀层表面杂质的存在,影响了后续的焊接气密性。对气密材料镍铜合金的微漏问题进行了研究,结果显示,镍铜合金中杂质锰含量偏高,烧氢工过程中发生了锰向合金表面的迁移和氧化,同时由于氧化锰在晶界的析出,弱化了晶界内聚力,致使晶界发生断裂,使得镍铜合金的气密性变差。对一次金属化后的陶瓷—金属封接瓷件表面的不同微区进行了对比分析,确定了影响封接质量和气密性的原因为涂膏过程中的不规范操作致使金属化后的瓷件表面被污染。 (3)行波管用阴极及材料的显微分析。针对原材料钨粉选择的需求,对四个批次的钨粉进行了分析和筛选,最终筛选掉粒径较小和粒度分布范围较宽两个批次的钨粉并选择到了合适批次的钨粉进行阴极的生产;对发射性能合格的阴极进行了微观结构特征分析,结果显示浸渍盐类前钨海绵体孔隙分布均匀,浸渍后钨坯内部的孔隙被发射物质充分浸渍,获得了合格阴极的微观结构判别依据;对正常和的中毒阴极进行了微观对比分析,结合工艺过程得出阴极失效原因是行波管漏气致使潮湿空气进入管内,最终影响了阴极的微观结构和发射性能。 (4)针对一批氧化铍陶瓷杆在装管中容易脆断的现象,采用微观分析手段对正常和易脆断的陶瓷杆进行了分析,结果显示相对于正常样品,有质量缺陷的样品表面有异常晶粒的长大,有较大的孔隙出现,晶界间存在主要含有氧化锆成分的白色析出物,这些最终影响了氧化铍陶瓷的力学性能。 (5)利用微观分析手段,结合工艺过程,对钼片的两种质量缺陷进行了分析,得出结论,钼片表面的“花斑”是由于在轧制工序中,金属钼片在非保护性气氛中加热温度过高或时间过长造成钼严重挥发所产生的;钼片”开裂”的原因为原钼坯致密度不够所致。 以上结果对行波管研制过程中的材料选择、工艺优化、失效机理研究提供了微观佐证,有效促进了行波管及材料的的研制和生产,对合作单位的产品性能提升和可靠性保障起到了积极的支撑作用。


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