CVD 金刚石膜在微波管中的应用

多年来螺旋线行波管的平均功率或连续波功率受螺旋线散热能力的限制。为了改善螺旋线的散热能力，往往采用高导热的介质材料来支撑螺旋线。在应用于电绝缘支撑的情况下‚由于束流射频（如束收集极和行波管螺旋线等）的影响材料，将被加热，电绝缘支撑材料，必须具有高导热率和优良的抗热冲击性能，如果支撑材料本身也受射频场的作用，那么需要用低的介电损耗和低介电常数，将射频互作用电路中的阻抗负载减至最小程度降低支撑材料的附加热量。

直到最近，选择使用的材料一直是 BeO 陶瓷，在所有氧化物陶瓷和氮化物陶瓷中。金刚石是所有已知非金属材料中热传导率最高、硬度最大的材料从导热、机械性能和电特性方面来看是 BeO 陶瓷最好的替代品，用金刚石替代 BeO 的另一个原因是基于安全性，BeO 具有很强的毒性制造、处理和操作应特别小心，而金刚石则完全无害，据资料报道美国雷声公司和休斯（Hughes）公司曾开展过在行波管输出段用立方体天然金刚石颗粒夹持行波管螺旋线以提高散热性能的研究。金刚石的导热率大大高于目前常用的几种介质材料，而且除导热性能外，金刚石的机械强度、热膨胀系数、绝缘性能、介电常数、介质损耗等多种性能均比上述材料性能优良。

采用 CVD 法在行波管 Al2O3 夹持杆上沉积金刚石厚膜，或以 CVD 全金刚石杆取代传统有毒的 BeO陶瓷夹持杆，用于宽带大功率行波管改善其散热性能，可将其散热性能提高3倍以上。试验表明该金刚石厚膜夹持杆能满足大功率行波管的设计、工艺技术要求。本研究通过部件装配实验探索出了一条基本可行的工艺技术路线，为今后在宽带大功率行波管中逐步推广使用这一新材料、新技术打下了良好的基础。若进一步在微波管的收集极和输出窗上采用金刚石部件或陶瓷-金刚石膜复合部件，对改善微波管整管的散热性能将起到更加积极的作用。这一新材料、新技术在行波管研制和生产中将成为理想的高导热介质材料，因此具有广阔的应用前景。

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