一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，该方法首先对栅网材料进行清洗、烧氢退火处理，再用模具在冲床上压制成曲率半径精度高的球面栅网毛坯，然后对毛坯进行去应力烧氢处理，消除加工过程中的应力，从而保证栅网球冠曲率半径的稳定性；最后采用优化工艺的皮秒级脉冲激光进行栅网的切割，制备得到尺寸精度高、一致性好的栅控行波管栅网。本发明提供的栅控行波管的栅网的制备方法，通过大量实验筛选皮秒级的激光切割的具体工艺参数，可操作性强，工艺设计合理，应用范围广泛，制备得到的栅网尺寸精度高，一致性好，良品率高，可靠性高，具有重要的应用价值，可以有效地解决现有电火花加工栅网技术的不足。
【专利说明】一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种行波管配件的制备方法，具体涉及一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法。
【背景技术】
[0002]行波管是一种靠调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管，行波管的特点是频带宽、增益高、动态范围大和噪声低。栅网是栅控行波管的重要零件，但现有技术中球面栅网的加工方法为机床冲压成球面毛坯再用电火花加工栅网，这种方法制备得到的栅网与电火花电极的精度以及装夹有很大关系，存在轮辐栅的各轮的同轴度以及轮辐的宽度精度难以保证的缺点，且不对称图形的轮辐栅、多个球冠的栅网、丝径小于0.05mm的栅网都难以加工，并且现有电火花加工栅网的一致性不高，从而导致装配的行波管质量不稳定。
[0003]因此很有必要在现有技术的基础之上，设计研发一种工艺设计合理，可操作性强，制备得到的栅网尺寸精度高、一致性好的栅控行波管栅网的制备方法。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种操作性强，工艺设计合理，加工线宽窄、边缘品质好，可以加工任意形状和尺寸，制备得到的栅网尺寸精度高、一致性好的栅网皮秒脉冲激光切割制备方法。
[0005]技术方案:为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:
一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，它包括以下步骤:
a、取栅网材料用冲模落料后，清洗去除栅网材料表面的油污，然后将栅网材料置于烧氢炉烧氢退火处理，然后将栅网材料放置在凸起的球面模具上用冲床压制成中心呈凸起的球面形圆块，得到球面栅网毛坯；
b、取步骤a得到的球面栅网毛坯进行清洗，然后将清洗后的球面栅网毛坯放置于烧氢炉烧氢退火处理，去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，备用；
C、取步骤b得到的球面栅网毛坯进行皮秒激光切割，具体步骤为:首先将底座固定于皮秒激光加工设备的载物台上，校正底座的中心，然后将球面栅网毛坯用螺帽和压圈固定在底座上，底座的中心与球面栅网毛坯的中心重合，用CAD绘制需要加工的图形，然后用脉冲为皮秒级的激光切割，得到栅控行波管栅网的成品。
[0006]作为优选方案，以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤a所用到的栅网材料为厚度为0.03至0.25mm的钥、钥铼或无氧铜，本发明提供的栅网皮秒脉冲激光切割工艺，适用范围广泛，可以采用无氧铜、钥或钥铼等材料切割制备得到所需复杂形状的栅网，可克服现有技术材料选择有限的不足。
[0007]作为优选方案，以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤a烧氢退火处理的温度为650?950°C,烧氢退火时间为10?20分钟。在用冲床压制成型之前，本发明对栅网材料进行烧氢处理是为了更加彻底去除材料表面杂质，并且能够有效去除栅网材料自身的应力，增加栅网材料的可成形性。
[0008]作为优选方案，以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤b中的烧氢退火处理工艺为:栅网材料为钥或钥铼时，在950°C，烧氢退火15分钟；栅网材料为无氧铜时，在650°C，烧氢退火15分钟。经过再次烧氢处理，可有效去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，保证栅网球冠曲率半径的稳定性。
[0009]作为优选方案，以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤c中皮秒级的激光切割参数为:脉冲宽度为8~12PS，光斑直径为0.01-0.02mm，功率为
0.8W~4W。行波管的控制栅栅网的精度要求高，并且成型的形状复杂，采用现有技术的电火花加工方式难以加工，本发明通过大量实验筛选，采用皮秒级的脉冲激光方式加工，优选得到最佳的皮秒级的激光切割工艺参数，具有以下优点:
(1)具有极高的峰值功率，可加工钥、钥铼或无氧铜等各种材料；
(2)加工线宽窄、边缘品质好，热影响区域极小甚至可忽略；本发明采用的皮秒脉冲激光加工属于冷加工，其加工过程为:电子态吸收——能量传至晶格破坏结合键——等离子喷发。现在的电火花加工栅网技术，最小只能加工0.05_的线宽，而本发明采用皮秒脉冲激光可以加工0.03mm的线宽，并且边缘品质好，和现有技术相比取得了很好的技术效果。
[0010](3)实验结果表明，本发明采用的皮秒级的激光切割可以加工任意形状和尺寸的栅网，加工图形可由CAD软件设计；现有的电火花加工栅网的技术只能加工对称图形，且无法加工球冠直径小于Φ4_的栅网；而本发明所述的皮秒脉冲激光可以加工任何能绘出图形的栅网，如奇数等分的轮辐栅、蜂窝栅、网格栅、多注栅网等，可克服现有技术加工形状受限的不足，取得了很好的技术效果。
[0011]作为优选方案，以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤b中清洗方式为先用氢氧化钠溶液清洗，再用铬酸溶液清洗。
[0012]有益效果:本发明提供的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法与现有技术相比具有以下优点:
本发明提供的栅控行波管的栅网的制备方法，通过大量实验筛选皮秒级的激光切割的具体工艺参数，可操作性强，工艺设计合理，应用范围广泛，可以制备得到现有电真空行业中所有栅控行波管的栅网，且加工的栅网尺寸精度高，一致性好，良品率高，可靠性高，具有重要的应用价值，可以有效地解决现有电火花加工栅网技术的电极难加工的难题以及解决极小尺寸和复杂形状的栅网加工难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述的方法制备得到的蜂窝栅网的结构示意图。
[0014]图2为本发明所述的方法制备得到的无氧铜的栅网结构示意图。
[0015]图3为本发明所述的方法制备时皮秒脉冲激光切割的工装夹具安装结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。[0017]实施例1钥制蜂窝栅网的制备
一种蜂窝栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，它包括以下步骤:
a、取厚度为0.03 _钥制栅网材料用冲模落料后，清洗去除栅网材料表面的油污，然后将栅网材料置于烧氢炉，在800°C，烧氢退火处理15分钟，然后将栅网材料放置在凸起的球面模具上用冲床压制成中心呈凸起的球面形圆块，得到球面栅网毛坯；
b、取步骤a得到的球面栅网毛坯先用氢氧化钠溶液清洗，然后再用铬酸溶液清洗，然后将清洗后的球面栅网毛坯放置于烧氢炉，在800°C，烧氢退火处理15分钟；去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，备用；
C、取步骤b得到的球面栅网毛坯进行皮秒激光切割，具体步骤为:首先将底座(4)固定于皮秒激光加工设备的载物台上，校正底座(4)的中心，然后将球面栅网毛坯(I)用螺帽
(2)和压圈(3)固定在底座(4)上，底座(4)的中心与球面栅网毛坯(I)的中心重合,如图3所示，然后用CAD绘制需要加工的图形，然后用脉冲为皮秒级的激光切割，得到栅控行波管栅网的成品，其结构如图1所示。
[0018]以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤c中皮秒级的激光切割参数为:脉冲宽度为8?12PS，光斑直径为0.01mm，功率为1W。
[0019]实施例2无氧铜的栅网的制备
一种蜂窝栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，它包括以下步骤:
a、取厚度为0.1mm无氧铜栅网材料用冲模落料后，清洗去除栅网材料表面的油污，然后将栅网材料置于烧氢炉，在650°C，烧氢退火处理15分钟，然后将栅网材料放置在凸起的球面模具上用冲床压制成中心呈凸起的球面形圆块，得到球面栅网毛坯；
b、取步骤a得到的球面栅网毛坯先用氢氧化钠溶液清洗，然后再用铬酸溶液进行清洗，然后将清洗后的球面栅网毛坯放置于烧氢炉，在650°C，烧氢退火处理15分钟；去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，备用；
C、取步骤b得到的球面栅网毛坯进行皮秒激光切割，具体步骤为:首先将底座(4)固定于皮秒激光加工设备的载物台上，校正底座(4)的中心，然后将球面栅网毛坯(I)用螺帽
(2)和压圈(3)固定在底座(4)上，底座(4)的中心与球面栅网毛坯(I)的中心重合，如图3所示，用CAD绘制需要加工的图形，然后用脉冲为皮秒级的激光切割，得到栅控行波管栅网的成品，其结构如图2所示。
[0020]以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤c中皮秒级的激光切割参数为:脉冲宽度为8?12PS，光斑直径为0.02mm，功率为2W。
[0021]实施例3钥铼的栅网的制备
一种蜂窝栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，它包括以下步骤:
a、取厚度为0.08_钥铼栅网材料用冲模落料后，清洗去除栅网材料表面的油污，然后将栅网材料置于烧氢炉，在900°C，烧氢退火处理20分钟，然后将栅网材料放置在凸起的球面模具上用冲床压制成中心呈凸起的球面形圆块，得到球面栅网毛坯；
b、取步骤a得到的球面栅网毛坯先用氢氧化钠溶液清洗，然后再用铬酸溶液进行清洗，然后将清洗后的球面栅网毛坯放置于烧氢炉，在900°C，烧氢退火处理15分钟；去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，备用；
C、取步骤b得到的球面栅网毛坯进行皮秒激光切割，具体步骤为:首先将底座(4)固定于皮秒激光加工设备的载物台上，校正底座(4)的中心，然后将球面栅网毛坯(I)用螺帽
(2)和压圈(3)固定在底座(4)上，底座(4)的中心与球面栅网毛坯(I)的中心重合，如图3所示，用CAD绘制需要加工的图形，然后用脉冲为皮秒级的激光切割，得到栅控行波管栅网的成品。
[0022]以上所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤c中皮秒级的激光切割参数为:脉冲宽度为8?12PS，光斑直径为0.02mm，功率为3W。
[0023]实施例4无氧铜控制栅的电子发射检测实验
取实施例1至3制备得到的控制栅网装配得到的行波管，测定行波管在12?18GHz高频率下提供2500瓦以上高脉冲输出功率时控制栅网的电子发射效率，实验结果表明用本发明实施例1至3制备得到的栅网装配的行波管的电子流通率分别为90%，98%，96%。
[0024]经本发明提供的方法制备得到的栅网，精密度高，性能稳定，能明显抑制栅极的电子发射，大大减低发射机的噪声，提高发射机电源的稳定性，且接收机的工作更稳定。
[0025]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，其特征在于，它包括以下步骤: a、取栅网材料用冲模落料后，清洗去除栅网材料表面的油污，然后将栅网材料置于烧氢炉烧氢退火处理，然后将栅网材料放置在凸起的球面模具上用冲床压制成中心呈凸起的球面形圆块，得到球面栅网毛坯； b、取步骤a得到的球面栅网毛坯进行清洗，然后将清洗后的球面栅网毛坯放置于烧氢炉烧氢退火处理，去除成型时产生的应力，得到去除应力的球面栅网毛坯，备用； C、取步骤b得到的球面栅网毛坯进行皮秒激光切割，具体步骤为:首先将球面栅网毛坯用工装夹具固定，具体做法为先将底座(4)固定于皮秒激光加工设备的载物台上，校正底座(4)的中心，然后将球面栅网毛坯⑴用螺帽⑵和压圈(3)固定在底座⑷上，底座(4)的中心与球面栅网毛坯(I)的中心重合，用CAD绘制需要加工的图形，然后用脉冲为皮秒级的激光切割，得到栅控行波管栅网的成品。
2.根据权利要求1所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，其特征在于，步骤a所用到的栅网材料为厚度为0.03至0.25mm的钥、钥铼或无氧铜。
3.根据权利要求1所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，其特征在于，步骤a烧氢退火处理的温度为65(T950°C，烧氢退火时间为10~20分钟。
4.根据权利要求1所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，其特征在于，步骤b中的烧氢退火处理工艺为:栅网材料为钥或钥铼时，在950°C，烧氢退火15分钟；栅网材料为无氧铜时，在650°C，烧氢退火15分钟。
5.根据权利要求1至4任一项所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤c中皮秒级的激光切割参数为:脉冲宽度为8~12PS，光斑直径为0.01~0.02mm，功率为0.8W~4W。
6.根据权利要求5所述的栅控行波管栅网的皮秒脉冲激光切割制备方法，步骤b中清洗方式为先用氢氧化钠溶 液清洗然后再用铬酸溶液清洗。
【文档编号】H01J9/16GK103531414SQ201310476742
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】吴亚琴, 朱军方, 刘长彪, 马丽叶, 杨陆堂, 邹雯婧 申请人:南京三乐电子信息产业集团有限公司