专利名称：：钎料、电真空器件、磁控管及钎焊方法
技术领域：
：本发明涉及高熔点金属用钎料，采用该钎料的高熔点金属接合部件，电真空器件(日文管球)、特别是磁控管以及钎焊方法。
背景技术：
：钨(W)、钼(Mo)和钽(Ta)等高熔点金属被广泛用于在装置工作中暴露于高温的部件。这些高熔点金属被用于包括灯泡和放电灯的照明电真空器件，包括磁控管、发射管、X射线管的电子管等电真空器件，玻璃炉用电极，等离子体电极，发热体，发电涡轮的叶片等。作为将多个高熔点金属部件相互接合的方法，除了机械接合、焊接之外，还有钎焊，关于钎焊，对于至少以Mo为主体的部件采用Ru-Mo钎料。磁控管的阴极为代表例。磁控管可以高效地激发微波，被用于微波炉、医疗、通信等。例如，一般的微波炉用磁控管的振荡主体由阳极圆筒和位于阳极圆筒的内侧空间中的具有热电子发射阴极灯丝的阴极构架、自阳极圆筒的内壁向阴极灯丝呈放射状配置的多个翼片等构成，并且在阳极圆筒端面配置有向热电子的作用空间供给磁场的极靴。上述的构成中，呈如下的结构从振荡主体的输入部向阴极构架供给电力，从配置于输出部的天线将振荡主体的高频输出取出至外部。阴极构架由阴极灯丝、端帽(endhat)和支杆构成，工作中阴极灯丝被加热至170(TC185(TC。一对端帽与阴极灯丝的两端接合，且自输入部的陶瓷的阴极芯柱与竖立于管内的兼作引线的一对支承引线接合。如上所述，工作中被加热至高温，因此阴极灯丝采用可靠性高的含钍的钨，支承其的端帽和支杆采用钼(Mo)。端帽和支杆间通过焊接接合，阴极灯丝和端帽间通过钎料接合。作为钎料，广泛采用熔点194(TC的43wt^Ru-Mo组成的烧结金属或者在糊料中混合有钌(Ru)粉末和Mo粉末的糊料钎料(参照专利文献1)。如图3中以相图所示，Ru的熔点为2334'C，Mo的熔点为2623'C，钎料的构成元素的熔点高，但由于共晶反应，43wtXRu-Mo组成的熔点低至1940'C。此外，采用该钎料的情况下，如果在1940'C2334t:之间高频加热熔化，则构成元素不会蒸发。Mo单质因熔点高而不易熔化，熔化前的钎料不形成合金，而是在自金属粉末的烧结品或金属混合粉末中添加粘合剂而得的糊料。钎料的熔点必须是超过阴极灯丝的工作温度的温度，而且从安全的角度来看，必须在约190(TC以上。钎料的熔化通过高频加热进行，但熔点越高，则装置的规模越大，且对阴极构架的影响也越大，因此理想的是钎料的熔点为1950土5(TC。熔化43wtXRu-Mo钎料(熔点194(TC)的情况下，通过高频加热而加热至205(TC左右熔化来进行钎焊。专利文献l:日本专利特开平8-293265号公报发明的揭示W、Mo、Ta、Ru为稀有金属，尤其Ru越来越难以获得。于是，希望出现具有大致同等的特性的不含Ru的容易获得的钎料来替代43wtXRu-Mo钎料。本发明是获得以(13.5)wt(重量)％C-(13.5)wt(重量)％B-其余Mo形成的W和Mo等的高熔点金属用钎料的发明。另外，本发明还是获得采用该钎料的高熔点金属接合部件的发明。另外，根据本发明的一种形态，可获得具有由含W或Mo的金属形成的电极，该电极以(13.5)wt%C-(13.5)wtXB-其余Mo钎焊而成的电真空器件。另外，本发明还是获得在包括由阴极灯丝、以钎料与该阴极灯丝的两端接合的一对端帽、分别与这些端帽连接的支杆构成的阴极构架的磁控管中，以钎料是(13.5)wt(重量)％C-(13.5)wt(重量)XB-其余Mo为特征的磁控管的发明。另外，本发明还包括钎焊方法，其中，将所述钎料制成烧结部件，或者将钎料成分混合并用粘合剂制成糊料状，将所得的材料用于至少2个高熔点金属部件间的接合部分。本发明通过获得(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo钎料，可以获得共晶温度在200(TC以下的高熔点金属用钎料。因为不使用Ru金属，所以可以稳定地使用低成本的钎料，相对于以往的Ru-Mo钎料，可以实现资源的节约。另外，对于一种形态的磁控管，可以在理想的熔点进行阴极构架的接合，且成分不会因熔化而蒸发，所以阴极灯丝上不会附着不需要的元素，可以正常地进行阴极灯丝活化的渗碳处理。另外，因为支杆上不会附着不需要的元素，所以可以防止因磁控管工作时的热量而从附着元素释放出的气体引起的真空度下降。附图的简单说明图l是说明本发明的一种实施方式的磁控管的简略剖视图。图2A是图1的阴极构架的放大剖视图。图2B是说明图2A的阴极构架的制造方法的局部剖视图。图3是Ru-Mo的二元合金相图。图4是Fe-Mo的二元合金相图。图5是C-Mo的二元合金相图。图6是B-Mo的二元合金相图。图7是表示与C和B相对于Mo的组成比对应的熔化温度区域的图。符号的说明ll:阳极圆筒，12:翼片，20:阴极构架，21:中央杆，22:侧杆，23:上端帽，24:下端帽，25:阴极灯丝，26、27:钎料，40:阴极芯柱。实施发明的最佳方式本发明包括(l3.5)wt冗C-(13.5)wt%B-其余Mo组成的钎料。根据本发明一种形态，在磁控管的阴极构架的阴极灯丝和端帽的接合中使用该钎料。例如，组成为3wt^C-3wt^B-其余Mo时，可以得到熔点为200(TC的钎料。5作为以往的Ru-Mo钎料的Ru的替代品，由于Mo的熔点高，因此需要混合用于降低熔点的低熔点金属。作为参考，对用低熔点的一般的金属、例如Fe(铁)替换Ru的情况进行说明。图4表示Fe-Mo的二元合金相图(Moffat编集，《二元相图手册(HandbookofBinaryPhaseDiagrams)》，以下的二元合金相图也同样)，已知34wtXFe-Mo的组成时熔点为1900'C。但是，熔点比这更低的Fe(熔点1538。C)在烧结品和糊料的阶段单独(非合金)存在，所以通过高频加热而加热至205(TC的过程中Fe发生蒸发而附着于周围的阴极部件。如果附着于阴极灯丝，则无法进行正常的渗碳，而如果附着于支杆，则因真空密封后的磁控管的工作所产生的热量而生成气体，使管的真空度下降。因此，理想的是钎料中组合构成元素的各熔点比高频加热温度高的元素。满足该条件的是在比元素的熔化温度低的温度下存在共晶反应的元素的组合的组成。本发明的一种形态为3wtXC-3wtXB-其余Mo，可以使熔点比3wtXC-Mo(共晶反应组成)(二元相图示于图5)和3wt^B-Mo(共晶反应组成)(二元相图示于图6)更低。在这里，C(碳)的熔点为3550。C，B(硼)的熔点为2092。C，Mo(钼)的熔点为2623'C，3wt%C-Mo(共晶反应配方)的熔点为2205'C，3wt%B-Mo(共晶反应配方)的熔点为2175"C。作为本发明的一种形态的3wt^C-3wt^B-其余Mo的熔点为约2000'C。对于以Mo为母相并固溶C和B的3wt^C-3wt%B-其余Mo，通过将钎焊时的高频加热温度控制在比构成的3种元素中最低的B的熔点2092。C低且比共晶反应温度高的状态，可以在各元素不发生蒸发的情况下熔化。C和B都设为(l3.5)wt^的范围内的构成比的原因在于，可以在所述的可控制的加热温度的范围内通过共晶反应发挥作为钎料的功能。其次，采用本发明的磁控管的构成例示于图1和图2。磁控管的振荡主体包括阳极圆筒11和配置于其内侧的阴极构架20。阴极构架20沿管轴m配置。此外，自阳极圆筒11的内壁向阴极构架20沿半径方向且在阳极圆筒11的圆周方向上等间隔地设有偶数个、例如10个翼片12。翼片12的的外侧端部固定于阳极圆筒ll内壁，内侧端部呈自由端16。各翼片12的图示上边和图示下边分别通过直径大的一对第一带环(strapring)13和位于第一带环13的内侧的直径比第一带环13小的一对第二带环14每隔1个交错地连接。在阳极圆筒11的上下开口部分配置有第一极靴18和第二极靴19，在阳极圆筒11的外周配置有用于冷却阳极圆筒11的多个冷却用散热片30。此外，构成输出部的天线31的一端与排气管32连接。天线31的另一端穿过绝缘筒33等的内侧空间，与翼片12中的一个连接。此外，第二极靴19上气密连接有金属容器34，作为输入部的一部分的阴极芯柱40沿管轴m延伸并固定于金属容器34。在第一极靴18的上方和第二极靴19的下方配置有环状的永久磁铁50、51。此外，以包围阳极圆筒11和冷却用散热片30、永久磁铁50、51的状态，配置有形成磁路的磁轭35。在阴极芯柱40的外侧部分连接有构成滤波电路的线圈41和电容器42。阴极芯柱40和线圈41包在滤波盒43中，电容器42以贯穿滤波盒43的状态安装。另外，通过以翼片12形成的空腔谐振器等的作用产生高频信号。该高频信号通过与阳极翼片12连结的天线31取出至外部。如图2A所示，阴极构架20包括在由氧化铝陶瓷形成的阴极芯柱40的内侧部分竖立设置的中央杆21和侧杆22这一对支杆，安装于该支杆的各前端的相互对向的端帽23、24，被夹于这些端帽间支承的阴极灯丝25。中央杆21沿管轴m、即阳极圆筒的中心轴从输入侧延伸至输出侧，其前端安装有上端帽23。上端帽23由设于杆前端附近的圆筒状的毂23a和设有杆贯穿孔的安装于杆前端的帽状部23b形成。下端帽24设于输入侧，形成中央杆21可非接触地贯穿的盘状，盘周围的一部分通过焊接等安装于侧杆22的前端。下端帽24由盘状部24a和圆环状部24b形成。阴极灯丝25呈线圈状，形成呈围绕中央杆21的状态并在与翼片12的自由端16之间形成作用空间的筒状，灯丝的一前端25a缠绕于上端帽的毂23a外周，另一前端25b承载于下端帽的盘状部24a。阴极灯丝25由钍-钨形成，端帽23、24和支杆21、22由钼形成。如图2B所示，阴极灯丝25和上下端帽23、24的接触部分采用3wt^C-3wto^B-Mo钎料26、27，通过高频加热装置加热至约205(TC，钎料发生共晶反7应而熔化，这些接触部被钎焊并接合。支杆21、22与设于阴极芯柱40的电极引线端子44连接，成为向阴极灯丝供给电流和管电流的引线。(实施例l)将C、B和Mo的粉末按照3wtXC-3wtXB-其余Mo的共晶反应配方掺合混合，以下述条件制成盘状烧结金属部件。该烧结部件27如图2B所示承载于下端帽的盘状部，在与阴极灯丝接触的状态下高频加热。将加热温度控制在比B的熔点2092'C低的2050'C，结果可以在各元素不发生蒸发的情况下熔化并钎悍。C粉末粒度45umB粉末粒度45"mMo粉末粒度36um烧结温度120(TC(实施例2)将C、B和Mo的下述粒度的粉末按照lwt^C-lwt^B-其余Mo的共晶反应配方掺合混合，通过粘合剂制成糊料状。如图2B所示在上端帽的毂23a部分用给料器涂布糊料状钎料26并使其干燥。将其通过高频加热在205(TC熔化，结果可以在元素不发生蒸发的情况下进行钎焊。C(lwt%)，粉末粒度45umB(lwt%)，粉末粒度45nmMo(其余)，粉末粒度36"m(实施例3)如下改变实施例2中的C、B和Mo的混合比来掺合混合，通过粘合剂制成糊料状。如图2B所示在上端帽的毂23a部分用给料器涂布糊料状钎料26并使其干燥。将其通过高频加热在2050'C熔化，结果可以在元素不发生蒸发的情况下进行钎焊。C(2wt%)，粉末粒度45umB(2wt%)，粉末粒度45^mMo(其余)，粉末粒度36um以上，通过实施例进行了说明，但钎焊的过程并不局限于上述说明，例如可以在钎料的制造中事先将各元素粉末混合熔化而制成共晶合金后，再次制成粉末状来形成糊料，或者制成盘状等的适合于钎焊形状的钎料部件。(实施例113)和(比较例16)表l是表示使用高频熔化装置，C、B、Mo的各组成比例不同的实施例113和比较例16的熔化温度的表。各元素的粒径使用与实施例l相同的粒径。高频熔化装置为15kW型，向电磁线圈供给高频电力。呈在线圈内侧可以插入配置多根图2所示的阴极构架的结构。在上端帽的毂23a和下端帽24，将制成糊料和烧结盘的钎料源试样通过电磁线圈加热熔化。本实施例和比较例中，与熔化温度已知的基准试样一起同时加热，对照该基准试样的熔化状态，测量试样的熔化温度。测定温度以约2(TC的间隔得到。因此，测定计算温度有约±l(TC的误差。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图8表示对应于该表中得到的各组成的温度分布，区域A为1977'C区域(19681988°C)，区域B为1999。C区域(19892010。C)，区域C为超过2010。C的区域。区域A(实施例13、511)、区域B(实施例4、12、13)为2010。C以下的熔化温度，适合作为钎料，特性上不逊于Ru-Mo钎料。适合作为钎料的范围为(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo，更理想的是(l3.0)wt%C-(13.0)wt%B-其余Mo。根据本发明，并不局限于上述的磁控管的实施方式，可以广泛地用作W、Mo、Ta等高熔点金属部件的接合用钎料，可以在不超出本发明的范围内广泛地用于照明和电子管的电真空器件、等离子体用电极、玻璃炉用电极、灯丝和熔融舟皿等发热体、发电机的涡轮叶片、核反应堆防护瓦等。权利要求1.钎料，其特征在于，以(1～3.5)wt％C-(1～3.5)wt％B-其余Mo形成。2.如权利要求l所述的钎料，其特征在于，所述钎料用于含W或Mo的高熔点金属。3.电真空器件，其特征在于，具有由含W或Mo的金属形成的电极，所述电极以(13.5)wt%C-(13.5)wt%B-其余Mo钎焊而成。4.磁控管，它是包括由阴极灯丝、以钎料与所述阴极灯丝的两端接合的一对端帽、分别与这些端帽连接的支杆构成的阴极构架的磁控管，其特征在于，所述钎料是(13.5)wt%C-(l3.5)wt^B-其余Mo。5.钎焊方法，其特征在于，将C(碳)粉末、B(硼)粉末和Mo(钼)粉末以(l3.5)wt%C-(l3.5)wt%B-其余Mo的比例烧结，将所得的钎料配置于至少2个要接合的高熔点金属部件的接合部分，通过加热熔化，接合所述高熔点金属部件。6.钎悍方法，其特征在于，将C(碳)粉末、B(硼)粉末和Mo(钼)粉末以(13.5)wt%C-(13.5)wtXB-其余Mo的比例混合，用粘合剂制成糊料状，配置于至少2个要接合的髙熔点金属部件的接合部分，通过加热熔化，接合所述高熔点金属部件。7.如权利要求5或6所述的钎焊方法，其特征在于，所述高熔点金属部件为磁控管的阴极灯丝和端帽。全文摘要本发明获得不使用作为稀有金属的Ru的以Mo为主要成分的钎料。以(1～3.5)wt％C-(1～3.5)wt％B-其余Mo形成的钎料(26、27)。文档编号H01J23/02GK101568402SQ20088000124公开日2009年10月28日申请日期2008年9月8日优先权日2007年10月31日发明者上田诚,森冈勉申请人:东芝北斗电子株式会社;东芝高新材料公司