[发明专利]一种热解石墨的金属化工艺及焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空器件技术领域，是一种热解石墨的金属化工艺及焊接方法。

背景技术

行波管是一种微波电真空器件，具有高可靠、宽频带、高效率的特点。在电子对抗、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。作为真空电子器件，多年来一直受到半导体器件的极大挑战和威胁，尤其在中小功率方面为甚。但是，在大功率、尤其是超大功率领域，真空电子器件至今仍具有极其显著的优势。

热解石墨的沉积是在高温、真空条件下进行的化学气相沉积反应，当碳氢化合物气体(CH4，C3H8，CnHm)和稀释气体(N2，Ar，H2)按一定的比例混合进入加热炉后，碳氢气体就会在炉内分解，分解的单原子碳沉积在石墨基体的热表面上。反应的余气由真空泵连续抽出，碳原子不断的沉积而形成一定的厚度。待炉温降至室温，由于基体收缩量远大于热解石墨，可很方便地从基体上剥离下热解石墨制品。

热解石墨的沉积反应可表示为：

CnHm——>Cn′Hm′+Hx——>…——>C(原子态)+Hx′

其本质就是裂解脱氢，部分游离基团又聚合的过程。对沉积过程中的反应机理、生长机理目前还存在不同的看法。部分研究人员认为，在约1000℃下以甲烷做沉积反应气体时，属裂解反应，反应式如下：CH4——>C+2H2。另外还有研究人员认为沉积过程中有中间产物(如甲基基团、乙炔、乙烷、苯、萘、蒽和其他更加复杂的气相碳氢化合物)产生，可以认为，热裂解和聚合反应同时存在，温度越高，聚合反应的速率越小。热解石墨沉积的成核及生长过程如图1所示。

热解石墨的机械强度随温度的升高而增加，热解石墨具有优良的导电性能。因为热解石墨是在高度清洁的环境中制备的，所以在高温条件下不放气[华光技术报导，1978.3，P67～78]。由于以上诸多性能，因而热解石墨特别适宜制作真空电子器件的零部件。[Applications of advancedmaterials technologies.Proceedings of theIEEE，Vol.87，No.5：855-858，1999.]

国内成都旭光电子股份有限公司和电子科技大学合作在大功率、超大功率电子管中对热解石墨的应用作了分析，通过试验研究和讨论，获得了优化的石墨栅极毛坯沉积工艺，制作了热解石墨栅极[任永富，热解石墨栅极毛坯沉积工艺研究及应用，电子科技大学工程硕士学位论文，2005.11]。

据文献报道，国外研究真空微波器件的单位有采用热解石墨材料制作多级降压收集极，使得行波管的总体效率提高10％左右。由于国内封接技术还不能有效保证热解石墨或高密度各向同性石墨与陶瓷或其他金属气密封接，使得热解石墨的使用受到了很大的限制。[(1)Ben T.Ebihara andPeter Ramins.Design，Fabrication，and Performance of Small，GraphiteElectrode，Multistage Depressed Collectors With 200-W，CW，8- to18-GHz Traveling-Wave Tubes.NASA Technical paper 2693，1987.(2)Peter Ramins，Ben T.Ebihara.Isotropicalgraphite multistagedepressed collectors-aprogress report.IEEE Transactiononelectron devices，36(4)：817-822，1989.]

国外相关文献报道，有单位对热解石墨采用活性钎料进行钎焊，主要是采用Ti基钎料，辅以Cu、Cr、Zr、Ni等合金钎料进行活性焊接的方法。[(1)Development of Brazing Processes for Pyrolytic Graphite.NASATechnical paper 2342，1984.(2)Phillip B.Abel，Andras L.Korenyi-Both，Frank S.Honecy，and Stephen V.Pepper.Study of copperon graphite with titanium or chromium bondlayer.J.Mater.Res.，Vol.9，No.3，Mar 1994.]

发明内容

本发明的目的是提供一种热解石墨的金属化工艺及焊接方法，以解决热解石墨材料与陶瓷或其他金属气密封接的问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种热解石墨的金属化工艺方法，其包括步骤：