用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法和釺焊組件的製備方法及其應用的製作方法

2023-06-06 14:01:51 1

用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法和釺焊組件的製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法和釺焊組件的製備方法及其應用。該製備方法包括：將鎢粉和鈷粉進行還原；將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，得到鎢鈷焊料；其中，所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2-5。本發明還提供了一種釺焊組件的製備方法及其在陰極組件中的應用。本發明通過將鎢粉和鈷粉進行高溫還原提高鎢粉和鈷粉的純度，並將一定比例的還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，從而大大降低了其顆粒大小，提高了其均勻性，同時，通過將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物控制在一定的比例，能夠防止在焊接的過程中陰極活性物質的析出，從而增加了陰極基體的穩定性。
【專利說明】用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法和釺焊組件的製備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法和釺焊組件的製備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]現有技術中，大尺寸的行波管陰極基體通常是通過將難熔金屬粉末衝壓製成圓柱狀，再經高溫燒結、浸鹽、兩次車加工和釺焊工序處理製成。在此生產工藝中，鎢海綿體與支撐它的鑰筒之間的焊接是完成陰極基體製備中必不可少的工序。傳統的焊接工藝有陰極電子束焊和雷射束焊，但經常會出現保護氣體使用不當從而造成鑰筒龜裂、發脆，進而造成脫落，同時在焊接過程中要求被焊鎢海綿體與鑰筒之間保持緊密配合，否則易造成鑰筒首先熔化收縮，導致無法焊牢，並且易造成焊接後也難以保證鎢海綿體與鑰筒處處緊密貼實，儘管二者表面上看起來已焊接牢固。上述各種原因均會造成因焊接不當導致陰極基體成品率較低。為了彌補這些缺點，通過在被焊母體之間的縫隙處填充焊料進行釺焊，以此減小零件匹配公差，從而滿足大尺寸行波管陰極發展的要求。
[0003]在鎢海綿體與支撐它的鑰筒之間填充焊料時，由於焊接縫隙大小不均勻，從而會導致在釺焊時焊縫虹吸作用不均勻，採用常規的焊料製備方法製備的焊料會導致在釺焊時焊料不能完全流入焊縫裡，使得焊料在鎢海綿體端面和鑰筒側壁上形成肌瘤，導致焊料附著力差，從而使得焊縫內出現砂眼，甚至出現鑰筒從鎢海綿體上脫落等現象，影響釺焊質量。
[0004]因此，需要一種釺焊均勻性好，材料流淌性好，釺焊強度高的用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於克服現有技術製備的釺焊材料均勻性不佳、流淌性不夠、釺焊強度差的特點，提供一種釺焊均勻性好，材料流淌性好，釺焊強度高的用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法，以及使用該鎢鈷焊料的釺焊組件的製備方法和應用。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供一種用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法，其中，該方法包括:
[0007]( I)將鎢粉和鈷粉進行還原；
[0008](2)將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，得到鎢鈷焊料；
[0009]其中，所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2-5。
[0010]本發明還提供了一種釺焊組件的製備方法，其中，該方法包括以下工序:
[0011](I)通過上述的方法製備鎢鈷焊料的工序；
[0012](2)將鑰筒9固定於鎢海綿體10上，並將所述鎢鈷焊料填充至所述鑰筒9內壁與所述鎢海綿體10凹陷的邊部形成的焊料槽11中，形成組裝件的工序；[0013](3)將所述組裝件進行加熱後冷卻，得到釺焊組件的工序。
[0014]本發明還提供了上述製備方法製備的鎢鈷焊料在陰極基體中的應用。
[0015]本發明通過將鎢粉和鈷粉進行高溫還原提高鎢粉和鈷粉的純度，並將一定比例的還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，從而大大降低了其顆粒大小，提高了其均勻性，同時，通過將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物控制在一定的比例，能夠防止在焊接的過程中陰極活性物質的析出，從而增加了陰極基體的穩定性。
[0016]本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0018]圖1表示用於 對本發明的還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨的裝置的示意圖；
[0019]圖2表示本發明提供的用於製備釺焊組件的組裝件的示意圖。
[0020]附圖標記說明
[0021]1-第一瑪瑙球2-第二瑪瑙球
[0022]3-瑪瑙罐 4-第一蓋子
[0023]5-第二蓋子 6-外罩
[0024]7-固定螺栓 8-螺帽
[0025]9-鑰筒10-鎢海綿體
[0026]11-焊料槽。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0028]本發明提供了一種用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法，其中，該方法包括:
[0029]( I)將鶴粉和鑽粉進彳丁還原；
[0030](2)將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，得到鎢鈷焊料；
[0031]其中，所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2-5。
[0032]在本發明中，為了能夠更有效地防止在焊接的過程中陰極活性物質的析出，優選所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2.5-4.5 ;更優選為1:3-4。
[0033]在本發明中，為了使鎢粉和鈷粉的還原反應更為徹底，使得到的鎢粉和鈷粉的純度更高，在步驟(1)中，將鎢粉和鈷粉進行還原的方法可以為下述的方法A或方法B。
[0034]方法A:在氫氣氛圍下，分別將鎢粉和鈷粉進行熱處理。
[0035]方法B:在氫氣氛圍下，將鎢粉和鈷粉的混合物進行熱處理。
[0036]在使用所述方法A進行熱處理時，所述熱處理為分別將鎢粉和鈷粉以40-180°C /min的升溫速度升溫至700-1050°C，並在該溫度下保溫30min_lh ;優選地，所述熱處理為分別將鎢粉和鈷粉以65-120°C /min的升溫速度升溫至780_960°C，並在該溫度下保溫35-45min。[0037]在使用所述方法B進行熱處理時，所述熱處理為將鎢粉和鈷粉的混合物以40-1800C /min的升溫速度升溫至700-1050°C，並在該溫度下保溫30min_lh ;優選地，所述熱處理為將鎢粉和鈷粉的混合物以65-120°C /min的升溫速度升溫至780_960°C，並在該溫度下保溫35-45min。
[0038]在本發明中，為了達到更好的反應效果，最優化地增加鎢粉和鈷粉與氫氣的接觸面積，優選所述熱處理為將鎢粉和鈷粉分別置於鑰碗中，將鑰碗置於乾燥瓶中，且將乾燥瓶置於鑰管氫氣爐中進行熱處理；或者將鎢粉和鈷粉的混合物置於鑰碗中，將鑰碗置於乾燥瓶中，且將乾燥瓶置於鑰管氫氣爐中進行熱處理；
[0039]此外，為了更好地保證鎢粉和鈷粉與氫氣的接觸面積，其中，以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉和/或鈷粉的用量為1-67體積份；優選地，以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉和/或鈷粉的用量為20-50體積份。
[0040]在此，「以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉和/或鈷粉的用量為1-67體積份」是指:當將鎢粉和鈷粉分別置於鑰碗中進行熱處理時，以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉或鈷粉的用量為1-67體積份；當將鎢粉和鈷粉的混合物置於鑰碗中進行熱處理時，所述鎢粉和鈷粉的混合物的用量為1-67體積份。
[0041]在本發明中，所述研磨可以採用本領域的所公知的各種方法進行。為了使研磨後的混合物顆粒更為均勻，在釺焊過程中流淌性更好，所述研磨優選按照以下方法進行:
[0042](I)將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物放置於含有瑪瑙球的瑪瑙罐3中；
[0043](2)將放置有鎢粉和鈷粉混合物的瑪瑙罐3進行密封；
[0044](3)將密封后的瑪瑙罐3進行旋轉研磨。
[0045]在本發明中，為了使研磨效果更好，優選地，所述瑪瑙球包括20-40個直徑為10-20mm的第一瑪瑙球I和30-50個直徑為5_15mm的第二瑪瑙球2。
[0046]為了保證在達到所需的研磨效果的前提下，能更高地提升研磨效率，在上述步驟
(3)中，所述旋轉研磨在球磨機中進行,所述球磨機的轉速設置為60-120轉/分鐘,球磨40-80分鐘；優選地，所述球磨機的轉速設置為80-100轉/分鐘，球磨50-65分鐘。
[0047]本發明還提供了一種釺焊組件的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下工序:
[0048]( I)通過上述的方法製備鎢鈷焊料的工序；
[0049](2)將鑰筒9固定於鎢海綿體10上，並將所述鎢鈷焊料填充至所述鑰筒9內壁與所述鎢海綿體10凹陷的邊部形成的焊料槽11中，形成組裝件的工序；
[0050](3)將所述組裝件進行加熱後冷卻，得到釺焊組件的工序。
[0051]在本發明中，如圖2所示，所述鑰筒9為圓筒狀結構；所述鎢海綿體10為三級臺階狀圓柱體結構。以所述鎢海綿體底端為第一級圓柱體臺階，依次往上分別為第二級圓柱體臺階和第三級圓柱體臺階(所述第一級臺階、所述第二級臺階與所述第三級臺階的直徑比為1:0.6-0.9:0.5-0.75，所述第一級臺階、所述第二級臺階與所述第三級臺階的高度比為1:1.2-2:0.2-0.5)，圓柱體臺階從下往上直徑依次遞減，所述鎢海綿體10的第二級圓柱體臺階的外周壁與所述鑰筒9的內周壁緊貼，形成所述凹陷。所述第一級圓柱體臺階頂面與所述鑰筒9底面有間隙。
[0052]為了避免過量的鎢鈷焊料對釺焊組件的汙染，優選地，該方法還包括，在步驟(2)中，用磁針清理焊料槽11外的鎢鈷焊料。[0053]在本發明中，所述加熱和冷卻優選在鑰管氫氣爐中進行。為了有效地保證釺焊組件的合格率，優選地，所述加熱包括第一升溫段和第二升溫段，所述第一升溫段以80-120 0C /min的升溫速度升溫至1200-1600°C，保溫0.5-1.5min，所述第二升溫段以30-500C /min的升溫速度升溫至1500-1720°C，保溫5_25s。所述冷卻包括第一降溫段和第二降溫段，所述第一降溫段以30-50°C /min的降溫速度降溫至1120_1450°C，所述第二降溫段以80-120°C /min的降溫速度降溫至15_35°C後並保持10_15min。
[0054]本發明還提供了一種由上述方法製備的鎢鈷焊料在陰極基體中的應用。
[0055]下面通過實施例對本發明進行詳細地說明，但本發明並不僅限於下述實施例。
[0056]在本發明的製備例中，所述鎢粉和鈷粉均為市售純度為99.9%，粒徑範圍為3-5 μ m0
[0057]在本發明的製備例中，還原後的鎢粉和鈷粉的混合物放置在圖1所示的裝置中進行研磨。
[0058]製備例I
[0059]將鎢粉和鈷粉分別平鋪於鑰碗中，且佔到鑰碗容積的1/3，將盛有鎢粉和鈷粉的鑰碗通過乾燥瓶轉移至鑰管氫氣爐中，所述鑰管氫氣爐以65°C /min的升溫速度勻速升溫12min至780°C，在乾燥氫氣的環境下於鑰管氫氣爐中進行35min的高溫還原反應；按1:3的比例稱取上述步驟中得到的鎢粉和鈷粉；將稱量好的鎢粉和鈷粉混合後放置於含有30個直徑為15mm的瑪瑙球I和40個直徑為IOmm的瑪瑙球2的瑪瑙罐3中；將所述盛有鎢粉和鈷粉混合物的瑪瑙罐3蓋上第一蓋子4後，放入外罩6中，再旋緊第二蓋子5，用改錐將固定螺栓7旋緊，再用扳手將固定螺栓7上的螺帽8旋緊，對瑪瑙罐3進行密封；將密封后的瑪瑙罐3置於轉速為80轉/分鐘的球磨機中旋轉50分鐘研磨，得到鎢鈷焊料。
[0060]製備例2
[0061]將鎢粉和鈷粉分別平鋪於鑰碗中，且佔到鑰碗容積的1/2，將盛有鎢粉和鈷粉的鑰碗通過乾燥瓶轉移至鑰管氫氣爐中，所述鑰管氫氣爐以88°C /min的升溫速度勻速升溫IOmin至880°C，在乾燥氫氣的環境下於鑰管氫氣爐中進行40min的高溫還原反應；按1:3.5的比例稱取上述步驟中得到的鎢粉和鈷粉；將稱量好的鎢粉和鈷粉混合後放置於含有30個直徑為15mm的瑪瑙球I和40個直徑為IOmm的瑪瑙球2的瑪瑙罐3中；將所述盛有鎢粉和鈷粉混合物的瑪瑙罐3蓋上第一蓋子4後，放入外罩6中，再旋緊第二蓋子5，用改錐將固定螺栓7旋緊，再用扳手將固定螺栓7上的螺帽8旋緊，對瑪瑙罐3進行密封；將密封后的瑪瑙罐3置於轉速為90轉/分鐘的球磨機中旋轉60分鐘研磨，得到鎢鈷焊料。
[0062]製備例3
[0063]將鎢粉和鈷粉的混合物平鋪於鑰碗中，且佔到鑰碗容積的2/3，將盛有鎢粉和鈷粉的鑰碗通過乾燥瓶轉移至鑰管氫氣爐中，所述鑰管氫氣爐以120°C /min的升溫速度勻速升溫Smin至960°C，在乾燥氫氣的環境下於鑰管氫氣爐中進行40min的高溫還原反應；按1:4的比例稱取上述步驟中得到的鎢粉和鈷粉；將稱量好的鎢粉和鈷粉混合後放置於含有30個直徑為15mm的瑪瑙球I和40個直徑為IOmm的瑪瑙球2的瑪瑙罐3中；將所述盛有鎢粉和鈷粉混合物的瑪瑙罐3蓋上第一蓋子4後，放入外罩6中，再旋緊第二蓋子5，用改錐將固定螺栓7旋緊，再用扳手將固定螺栓7上的螺帽8旋緊，對瑪瑙罐3進行密封；將密封后的瑪瑙罐置於轉速為100轉/分鐘的球磨機中旋轉65分鐘研磨，得到鎢鈷焊料。[0064]實施例1
[0065]按照下述方法製備100個釺焊組件。
[0066]將鑰筒9固定於鎢海綿體10上；將製備例I中製得的鎢鈷焊料填充至所述鑰筒9內壁與所述鎢海綿體10凹陷的邊部形成的焊料槽11中，並用磁針清理掉焊料槽11外的鎢鈷焊料，形成組裝件；將所述組裝件送入鑰管氫氣爐中以80°C /min的升溫速度勻速升溫20min至1600°C，保溫0.5min後，再以30°C /min的升溫速度勻速升溫4min至1720°C，保溫5s ;以30°C /min的降溫速率勻速降溫20min至1120°C，再以80°C /min的降溫速率繼續勻速降溫12.5min至20°C後保持15min後取出，得到釺焊組件。
[0067]實施例2
[0068]按照下述方法製備100個釺焊組件。
[0069]將鑰筒9固定於鎢海綿體10上；將製備例I中製得的鎢鈷焊料填充至所述鑰筒9內壁與所述鎢海綿體10凹陷的邊部形成的焊料槽11中，並用磁針清理掉焊料槽11外的鎢鈷焊料，形成組裝件；將所述組裝件送入鑰管氫氣爐中以100°c /min的升溫速度勻速升溫14min至1400°C,保溫Imin後，再以40°C /min的升溫速度勻速升溫5min至1600°C,保溫15s ;以40°C /min的降溫速度勻速降溫8min至1280°C,再以100°C /min的降溫速度繼續勻速降溫12.5min至20°C後保持12min後取出，得到釺焊組件。
[0070]實施例3
[0071]按照下述方法製備100個釺焊組件。
[0072]將鑰筒9固定於鎢海綿體10上；將製備例I中製得的鎢鈷焊料填充至所述鑰筒9內壁與所述鎢海綿體10凹陷的邊部形成的焊料槽11中，並用磁針清理掉焊料槽11外的鎢鈷焊料，形成組裝件；將所述組裝件送入鑰管氫氣爐中以120°C /min的升溫速度勻速升溫IOmin至1200°C，保溫1.5min後，再以50°C /min的升溫速度勻速升溫6min至1500°C，保溫25s ;以50°C /min的降溫速度勻速降溫2min至1400°C，再以120°C /min的降溫速度繼續勻速降溫11.5min至20°C後保持IOmin後取出，得到釺焊組件。
[0073]實施例4
[0074]根據實施例1的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是製備例2中製得的鎢鈷焊料。
[0075]實施例5
[0076]根據實施例2的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是製備例2中製得的鎢鈷焊料。
[0077]實施例6
[0078]根據實施例3的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是製備例2中製得的鎢鈷焊料。
[0079]實施例7
[0080]根據實施例1的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是製備例3中製得的鎢鈷焊料。
[0081]實施例8
[0082]根據實施例2的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是製備例3中製得的鎢鈷焊料。[0083]實施例9
[0084]根據實施例3的實施方式進行製備，不同的是，本實施例中鎢鈷焊料採用的是制
備例3中製得的鎢鈷焊料。
[0085]對比例I
[0086]按照實施例5的實施方式進行製備，不同的是，所用的鎢鈷焊料中鎢粉和鈷粉的
比例不同，所述鎢粉與鈷粉的比例為1:1.5。
[0087]對比例2
[0088]按照實施例5的實施方式進行製備，不同的是，所用的鎢鈷焊料中鎢粉和鈷粉的
比例不同，所述鎢粉與鈷粉的比例為1:6。
[0089]測試例I
[0090]將實施例1-9和對比例1、2中製得的釺焊組件置於放大倍數為16倍的顯微鏡下
進行觀察，將觀察情況作如下規定:
[0091]等級1:焊接狀況優異，顯微鏡下觀察無砂眼，焊料未從端部透出；
[0092]等級2:焊接狀況良好，顯微鏡下觀察無明顯砂眼，焊料從鑰筒端部有少量析出但
未從鎢海綿體端部析出
[0093]等級3:焊接狀況不佳，顯微鏡觀察下明顯有砂眼，鎢海綿體端部有焊料析出。
[0094]其中，等級I和等級2為釺焊合格，等級3為釺焊不合格。
[0095]得到的釺焊合格率檢測結果如表1所示:
[0096]表1:
[0097]
【權利要求】
1.一種用於陰極的鎢鈷焊料的製備方法，其特徵在於，該方法包括: (1)將鎢粉和鈷粉進行還原； (2)將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物進行研磨，得到鎢鈷焊料； 其中，所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2-5。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述鎢粉與所述鈷粉的重量比為1:2.5-4.5 ;優選為1:3-4。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，將鎢粉和鈷粉進行還原的方法為:在氫氣氛圍下，分別將鎢粉和鈷粉進行熱處理；或者在氫氣氛圍下，將鎢粉和鈷粉的混合物進行熱處理；且 所述熱處理為將鎢粉和鈷粉以40-180°C /min的升溫速度升溫至700-1050°C，並在該溫度下保溫30min-60min ； 優選地，所述熱處理為將鎢粉和鈷粉以65-120°C /min的升溫速度升溫至780_960°C，並在該溫度下保溫35-45min。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述熱處理為:將鎢粉和鈷粉分別置於鑰碗中，將鑰碗置於乾燥瓶中，且將乾燥瓶置於鑰管氫氣爐中進行熱處理；或者將鎢粉和鈷粉的混合物置於鑰碗中，將鑰碗置於乾燥瓶中，且將乾燥瓶置於鑰管氫氣爐中進行熱處理；其中， 以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉和/或鈷粉的用量為1-67體積份；優選地，以鑰碗的容量為100體積份，所述鎢粉和/或鈷粉的用量為20-50體積份。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述研磨的方法包括: (1)將還原後的鎢粉和鈷粉的混合物放置於含有瑪瑙球的瑪瑙罐(3)中； (2)將放置有鎢粉和鈷粉混合物的瑪瑙罐(3)進行密封； (3)將密封后的瑪瑙罐(3)進行旋轉研磨。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述瑪瑙球包括20-40個直徑為10-20mm的第一瑪瑙球(I)和30-50個直徑為5_15mm的第二瑪瑙球(2)； 在步驟(3)中，所述旋轉研磨在球磨機中進行，所述球磨機的轉速設置為60-120轉/分鐘,球磨40-80分鐘； 優選地，所述球磨機的轉速設置為80-100轉/分鐘，球磨50-65分鐘。
7.一種釺焊組件的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下工序: (1)通過上述的方法製備鎢鈷焊料的工序； (2)將鑰筒(9)固定於鎢海綿體(10)上，並將所述鎢鈷焊料填充至所述鑰筒(9)內壁與所述鎢海綿體(10)凹陷的邊部形成的焊料槽(11)中，形成組裝件的工序； (3 )將所述組裝件進行加熱後冷卻，得到釺焊組件的工序。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，該方法還包括，在步驟(2)中，用磁針清理焊料槽(11)外的鎢鈷焊料。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，在步驟(3)中，所述加熱和冷卻在鑰管氫氣爐中進行；所述加熱包括第一升溫段和第二升溫段，所述第一升溫段以80-120°C /min的升溫速度升溫至1200-1600°C，保溫0.5-1.5min,所述第二升溫段以30_50°C /min的升溫速度升溫至 1500-1720°C，保溫 5-25s ； 所述冷卻包括第一降溫段和第二降溫段，所述第一降溫段以30-50°C /min的降溫速度降溫至1120-1450°C，所述第二降溫段以80-120°C /min的降溫速度降溫至15_35°C後並保持 10-15min。
10.根據權利要求1-6中任意一項所述的方法製備的鎢鈷焊料在陰極基體中的應用。
【文檔編號】B23K1/008GK103921012SQ201410135956
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】吳華夏, 孟昭紅, 陳愛民, 於晨晨, 卞磊, 鄒鶯歌, 王瑩 申請人:安徽華東光電技術研究所