磁控管阴极的制作方法
【专利摘要】本发明涉及磁控管阴极。磁控管阴极包括：包含在阴极主体（16）中的电子发射材料，以及用于支撑阴极主体（16）的支撑结构（11）。支撑结构（11）具有纵向轴线且包括第一部分（12）和第二部分（13），所述第一部分（12）具有与第一端帽（12b）一体形成的第一圆柱体（12a），所述第二部分（13）具有与第二端帽（13b）一体形成的第二圆柱体（13a）。第一圆柱体和第二圆柱体具有在纵向轴线方向的重叠区域（d）且连接在一起，阴极主体（16）围绕支撑结构的第一部分（12）的第一圆柱体（12a）定位且通过焊接连接部连接到第一圆柱体。第一圆柱体的外表面在焊接连接部处开槽。
【专利说明】磁控管阴极
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁控管阴极以及包括该阴极的磁控管。
【背景技术】
[0002]磁控管是产生高频功率的设备。在一种类型的磁控管中，阴极以大体同轴的布置被阳极包围。阳极包括谐振阳极空腔，谐振阳极空腔可以例如通过多个径向延伸的阳极叶片或通过一些其他构造限定，且阴极表面和阳极叶片尖端之间的空间提供互相感应空间。在操作中，电场在阳极和阴极之间确立，且磁场设置成横向于电场。来自阴极的电子被电场和磁场作用。谐振在阳极空腔中建立以产生通过合适的耦合机构从阳极空间提取的高频能量。
[0003]一种已知磁控管在图1中以纵向剖面示意性示出。磁控管包括同轴地包围沿其纵向轴线布置的阴极2的大体环形空腔I。阳极3包括八个叶片4和空腔I的壁5。两个磁极件6和7布置在阴极2的相对端且设计成产生在磁控管的互相感应的区域中的实质上轴向的场。U形件8提供用于磁通的返回路径。阳极条组9被包括以连接叶片4中交替的一些从而控制磁控管谐振模式。
【发明内容】
[0004]根据本发明第一方面,磁控管阴极包括:含有电子发射材料(electron emissivematerial)的圆柱形阴极主体以及布置成支撑阴极主体的支撑结构。支撑结构具有纵向轴线且包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有与第一端帽一体形成的第一圆柱体，所述第二部分具有与第二端帽一体形成的第二圆柱体。所述第一圆柱体和所述第二圆柱体具有在纵向轴线方向的重叠区域且连接在一起，所述阴极主体围绕所述支撑结构的所述第一部分的所述第一圆柱体定位且通过焊接连接部连接到第一圆柱体。第一圆柱体的外表面在所述焊接连接部处开槽。
[0005]根据本发明的磁控管阴极可具有结构上强健且相对硬的构造。这在例如机械应力导致的运动可导致输出改变且导致不期望的计量改变的X射线放射疗法应用中尤其有利。强健且相对硬的结构有助于抵消这些不期望的影响。根据本发明的磁控管阴极可有利地用于X射线断层照相，或其他涉及资源运动的应用中，以提供一致的输出，甚至在例如涉及旋转的应力时。磁控管部件之间的相对运动可导致输出频率的偏移和其他不期望的结果中。根据本发明的具有支撑结构的磁控管阴极可解决这些问题。其还可提供比常规结构的磁控管阴极更轻的轻质磁控管阴极，因为本发明方法可获得的另外的硬度。根据本发明的实施方式还可以在其他应用中是有益的。
[0006]另外，根据本发明的磁控管阴极的构造趋向于便于制造磁控管阴极，因为端帽和圆柱体部分的整体性质以及重叠区域可提供在组装中的自夹紧，导致更精确的最终尺寸以及重复性且因此影响阴极的质量。而且，端帽和圆柱体部分的整体性质提供这些部分之间的固定关系，而无论例如在操作中阴极需要如何的运动，这对磁控管的一致输出是期望的。这还在船运中是有用的以减少处理或船运期间阴极干扰或运动的风险，这再次对于操作磁控管是有益的。
[0007]端帽有时称为端件，用于帮助约束磁控管阳极和阴极之间的空间中的电子。实施方式可包括配置有弯曲表面或平表面的端帽部分。
[0008]支撑结构的第一部分的第一圆柱体的带凹槽外表面可在组装之前包括有焊接材料。在加热以形成与阴极主体的焊接连接部之后，在其后的磁控管操作期间，带凹槽外表面可通过提供焊接部件之间的键合来帮助维持结构完整性，因为焊接材料的一些可保持在凹槽中。另外，凹槽的构造可被选择以提供在制造中焊接材料相对一致的分布，这可以是有利的，例如，因为其趋向于允许磁控管阴极发射区域的精确定位。
[0009]在一个实施方式中，多个周向凹槽被包括在支撑结构圆柱体的外表面中在与阴极主体的焊接连接部处。凹槽中每个或一些可以是连续的。如果一些或所有凹槽是不连续的，则凹槽可被对齐使得邻近凹槽中的不连续性可定位在圆周处的不同位置，以给予交错的构造。
[0010]在一个实施方式中，所述第一圆柱体的外表面包括在与阴极主体的焊接连接部处的至少一个螺旋凹槽。这提供了在组装过程期间焊接材料的纵向和周向分布的源，且还可提供在纵向和周向方向上的机械支撑。
[0011]在一个实施方式中，使用交叉的螺旋和周向凹槽的组合。在其他实施方式中还可使用其他凹槽构造。
[0012]凹槽轮廓在凹槽区域不同部分处可以是V形的、U形的或V和U形凹槽的组合。其他轮廓或轮廓组合可被使用，例如，轮廓可以是具有相对于彼此成直角的平壁的三面沟槽。
[0013]在一个实施方式中，第一和第二圆柱体的重叠区域在纵向轴线方向上定位成相对于到所述支撑结构的中心更靠近所述支撑结构的一端。在另一实施方式中，重叠区域中心地定位且在另一实施方式中，其沿着第一和第二圆柱体的实质上整个长度是延伸的。后者的构造提供良好的强度和硬度，但是需要更多材料且可能较重，这对于某些应用是不期望的。
[0014]在一个实施方式中，第一圆柱体具有比所述第二圆柱体长的轴向长度，且所述第一圆柱体在所述重叠区域中定位在所述第二圆柱体内部。
[0015]在一个实施方式中，第一部分和第二部分通过焊接连接部连接。可使用其他类型的连接部，例如，冷焊连接部。
[0016]在一个实施方式中，第一部分和第二部分通过摩擦连接部连接。这可提供强健的结构，例如通过确保第一和第二部分具有合适尺寸用于牢固连接和/或重叠区域足够长和/或第一和第二部分通过磁控管阴极或包括阴极的磁控管的其他部件而固定在合适位置。摩擦连接部可减少所需要的制造和组装步骤的数量。
[0017]在一个实施方式中，支撑结构的外表面在所述支撑结构的至少一端处具有比在所述支撑机构的端部之间的较小直径大的较大直径，且所述阴极主体定位在所述较小直径处。阴极主体可定位在较小直径的整个区域上或其选择区域上。
[0018]在一个实施方式中，第一圆柱体具有在所述较大直径和所述较小直径之间的台阶，且所述台阶邻近所述阴极主体。该台阶可用于将阴极主体定位于在组装期间有用的期望位置中，且还可帮助在包括阴极的磁控管的操作期间固定阴极主体。包含在阴极主体中的电子发射材料可通过热离子发射、次级电子发射、半导体过程或一些其他合适机制或机制组合来产生电子。
[0019]在一个实施方式中，阴极主体是分配器阴极主体。在另一实施方式中，阴极主体是氧化物阴极。在氧化物阴极中，半导体类型的机构提供来自电子发射材料的电子。氧化物阴极可以是镍的或一些其他合适材料的，作为包含发射材料的基体。
[0020]在一个实施方式中，第一部分和第二部分中的至少一个是耐火材料(refractorymaterial)。第一部分可以是与第二部分相同材料的，或它们可以是不同的材料。
[0021]在一个实施方式中，第一部分和第二部分中的至少一个部分是钥的且包括在所述第一部分和所述第二部分中的所述至少一个的表面中的至少一部分上的渗碳钥(carburized molybdenum)?这可减少来自表面的非真电子(spurious electron)的产生，否则非真电子可能与磁控管的期望操作干扰。
[0022]在其中端帽是弯曲的一个实施方式中，所述弯曲表面中的至少一部分是渗碳钥的。
[0023]在一个实施方式中，加热器线圈定位在所述支撑结构内且与所述支撑结构接触。支撑结构相对硬的构造允许保持良好的热接触且还以强健的方式将加热器线圈保持在合适位置。加热可经由传导或通过例如传导和辐射的组合而提供。在另一实施方式中，加热器线圈与支撑结构间隔开且辐射是用于将热能传递到电子发射材料的主要机制。
[0024]在一个实施方 式中，加热器装于绝缘材料中。
[0025]根据本发明第二方面，磁控管包括阳极结构和根据本发明第一方面的磁控管阴极，所述阳极结构与所述磁控管阴极同轴布置。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]本发明的一些实施方式现在将以示例的方式并参照附图进行描述，其中:
[0027]图1以纵向截面示例性示出之前已知的磁控管；
[0028]图2以纵向截面示例性示出根据本发明的磁控管阴极；
[0029]图3示例性示出根据本发明的另一磁控管阴极；以及
[0030]图4以纵向截面示例性示出包括图2的阴极的磁控管。
【具体实施方式】
[0031]参照图2，磁控管阴极10包括支撑结构11，支撑结构11具有纵向轴线X-X且由第一部分12和第二部分13形成。第一部分12包括与第一端帽12b —体形成的第一圆柱体12a。第二部分13包括与第二端帽13b —体形成的第二圆柱体13a。第一圆柱体12a具有比第二圆柱体13a大的纵向长度且具有比第二圆柱体13a的内径小的外径。两个圆柱体12a和13a在纵向方向上以量d重叠，且焊接在一起。尺寸和焊接材料提供第一圆柱体12a和第二圆柱体13a之间的牢固连接。
[0032]第一圆柱体12a具有较靠近第一端帽13a处的较大外径以提供台阶14。第二圆柱体的端部限定在径向方向上具有与第一台阶14相同高度的另一台阶15。分配器阴极主体16包括包含在钨支撑基体中的电子发射材料且配置成围绕支撑结构11的外表面定位的圆柱体，定位在台阶14和15之间且Htt邻台阶14和15。支撑结构11的外表面中的多个周向凹槽17在组装之前保持焊接材料17a，该焊接材料17a在被加热时在分配器阴极主体16的内表面和支撑结构11的外表面之间流动以形成将分配器阴极主体16固定到支撑结构11的连接部。一些焊接材料17a在组装之后保持在凹槽17中以提供另外的连接强度。
[0033]在该实施方式中，加热器18定位在支撑结构11中且为清楚起见在图2中以非剖面视图示出。加热器18包括涂覆有电绝缘材料的导电线圈且定位成与支撑结构11的内径接触。在包括图2的阴极的磁控管的操作期间，电流通过线圈以产生热，热经由传导和辐射到达发射材料以产生从分配器阴极主体16发出的热电子。支撑结构的相对硬的本质由于其结构而允许线圈被稳固地保持抵住支撑结构的内表面，从而提供良好的热传递特性。加热器导体的端部穿过陶瓷端件19。
[0034]在另一实施方式中，分配器阴极主体可通过使电流通过其而直接加热或其可通过来自加热器的辐射被加热，而不必和支撑结构接触。
[0035]第一端帽12b和第二端帽13b在该实施方式中都是弯曲的。在其他实施方式中，例如，一个或两者可以是非弯曲的使得它们实质上在垂直于纵向轴线X-X的方向上是延伸的。
[0036]第一和第二部件12和13是钥。端帽12b和13b的弯曲外表面21和22是粗糙的且是渗碳的，如虚线所示。这趋向于减少来自那些区域的可能另外导致磁控管输出干扰的不期望的电子发射。
[0037]参照图3，另一磁控管阴极23包括支撑结构24，支撑结构24具有纵向轴线X-X且由第一部分25和第二部分26形成。第一部分25包括与第一端帽25b —体形成的第一圆柱体25a。第二部分26包括与第二端帽26b —体形成的第二圆柱体26a。第一圆柱体25a具有比第二圆柱体26a小的直径且定位在第二圆柱体26内。第一圆柱体25a和第二圆柱体26a具有类似的纵向长度且在端帽25b和26b之间的纵向距离的大部分上重叠。圆柱体25a和26a可焊接在一起、具有其间的摩擦连接或通过一些其他合适的方式保持在合适位置中。
[0038]在图3的实施方式中，氧化物阴极主体27通过支撑结构24支撑且通过焊接连接部连接到支撑结构24。加热器28提供类似于图2中所示磁控管阴极的间接导热的间接导热。在其他实施方式中，可使用如以上提及的其他加热器布置，例如。在支撑结构24的外表面上的螺旋凹槽29包括在组装后提供另外的连接强度的一些焊接材料29a。
[0039]图4示例性示出了包括图2的磁控管阴极10的磁控管。另一磁控管包括图3的磁控管阴极。
[0040]本发明可以以其他具体形式体现，而不偏离其精神或实质性特点。所描述的实施方式在所有方面被认为是仅仅示例性的而非限制性的。因此本发明范围通过所附权利要求表示而非通过以上描述表示。在权利要求等同的意思和范围内的所有改变将被包括在其范围内。
【权利要求】
1.一种磁控管阴极，包括:含有电子发射材料的圆柱形阴极主体以及布置成支撑所述阴极主体的支撑结构，所述支撑结构具有纵向轴线且包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有与第一端帽一体形成的第一圆柱体，所述第二部分具有与第二端帽一体形成的第二圆柱体，所述第一圆柱体和所述第二圆柱体具有在纵向轴线方向上的重叠区域且连接在一起，所述阴极主体围绕所述支撑结构的所述第一部分的所述第一圆柱体定位且通过焊接连接部连接到所述第一圆柱体，且所述第一圆柱体的外表面在所述焊接连接部处开槽。
2.根据权利要求1所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体的外表面包括在所述焊接连接部处的多个周向凹槽和/或在所述焊接连接部处的至少一个螺旋凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述重叠区域在纵向轴线方向上定位成相对于到所述支撑结构的中心更靠近所述支撑结构的一端。
4.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体具有比所述第二圆柱体长的轴向长度，且所述第一圆柱体在所述重叠区域中定位在所述第二圆柱体内部。
5.根据权利要求3所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体具有比所述第二圆柱体长的轴向长度，且所述第一圆柱体在所述重叠区域中定位在所述第二圆柱体内部。
6.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述第一部分和所述第二部分通过摩擦连接部连接。
7.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述第一部分和所述第二部分通过焊接连接部连接。
8.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述支撑结构的外表面在所述支撑结构的至少一端处具有比在所述支撑机构的端部之间的较小直径大的较大直径，且所述阴极主体定位在所述较小直径处。
9.根据权利要求8所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体具有在所述较大直径和所述较小直径之间的台阶，且所述台阶邻近所述阴极主体。
10.根据权利要求9所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体具有比所述第二圆柱体长的轴向长度，且所述第一圆柱体在所述重叠区域中定位在所述第二圆柱体内部。
11.根据权利要求8所述的磁控管阴极，其中所述第一圆柱体具有比所述第二圆柱体长的轴向长度，且所述第一圆柱体在所述重叠区域中定位在所述第二圆柱体内部。
12.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个是耐火材料。
13.根据权利要求12所述的磁控管阴极，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个是钥的且包括在所述第一部分和所述第二部分中的所述至少一个的表面中的至少一部分上的渗碳钥。
14.根据权利要求13所述的磁控管阴极，其中端帽是弯曲的且所述弯曲表面中的至少一部分是渗碳钥的。
15.根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，包括定位在所述支撑结构内且与所述支撑结构接触的加热器线圈。
16.根据任一前述权利要求所述的磁控管阴极，其中所述阴极主体是分配器阴极主体。
17.—种磁控管，包括阳极结构和根据权利要求1或2所述的磁控管阴极，所述阳极结构与所述磁控管阴极同轴布置。
【文档编号】H01J23/05GK103681175SQ201310416884
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月13日
【发明者】克莱夫·罗伯茨, 罗伯特·查尔斯·洛奇 申请人:E2V技术（英国）有限公司