一种利用纳米材料提高慢波组件散热性能的方法 【技术领域】
本发明涉及微波器件技术领域和纳米材料的应用，是一种提高慢波组件散热性能的重要方法。
背景技术
随着现代科技的飞速进步，新材料、新工艺和新技术不断的出现，行波管的性能和技术指标也取得了巨大进步，但随之也带来了高的热负载。当行波管工作在特性的极限状态时，它的可靠性和稳定性将变得尤为重要。在螺旋线行波管的各种特性中，热特性是一项非常重要的指标，不仅是决定行波管平均输出功率的主要因素，也是直接影响着行波管工作的稳定性与可靠性的主要因素。当温度过高时，不仅会导致平均输出功率的衰减，还可能造成整个行波管物理上的损坏，在大功率连续波行波管的研制和生产过程中，影响成品率和器件的使用寿命。
当螺旋线行波管工作时，螺旋线由于高频损耗和聚焦特性不好的电子注轰击而受热，这部分热耗散通过热传导到达夹持杆，再通过夹持杆传导到与冷却系统相连的管壳。这些热耗散与外部散热系统相互作用，最终形成慢波结构的整体温度分布。通常螺旋线在输出部分具有最高的温度。在某些情况下，当部分绝缘夹持杆镀有损耗衰减材料层时，也可以耗散热量，这些热耗散一部分来自前向波的损失，但大部分来自从输出部件反射回来的反向波的全部损耗。散热是从螺旋线，经过夹持杆到达管壳。当行波管工作在真空环境时，外部的辐射散热成为热量散出的主要方式。
纳米材料具有许多传统材料无法媲美的奇异特性和非凡的特殊功能，因此在各行各业中都有广泛的应用。纳米材料尺寸小，可与电子的德布罗意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟。尺度下降使得纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失了，而表现为分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米材料的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，从而出现了许多新奇特性。将纳米材料应用于行波管中，可以对行波管的部分性能产生进一步的提升。
【发明内容】
本发明的目的是为了解决螺旋线行波管慢波组件的散热问题，公开一种利用纳米材料提高慢波组件散热性能的方法，将纳米金属薄膜沉积在慢波组件管壳的外表面，利用纳米薄膜的高辐射系数，提高慢波组件在真空中的辐射散热能力。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种利用纳米材料提高慢波组件散热性能的方法，其包括步骤如下：
步骤1：将慢波组件样品放入直流磁控溅射台内；
步骤2：抽真空，并在100～400℃温度下对样品进行烘烤；
步骤3：当真空达到8×10～4Pa以上时，充入惰性气体，使真空度降低，气压升高；
步骤4：当压强达到5～30Pa时，打开直流溅射电源，对金属靶进行溅射10～30分钟；
步骤5：由于真空室内气压较高，这时被溅射出的原子相互碰撞而形成较大的原子团，即纳米粒子颗粒；
步骤6：纳米粒子颗粒在样品表面沉积，形成纳米金属薄膜。
所述的方法，其所述步骤3中的惰性气体，为氩(Ar)气或氮(N)气。
所述的方法，其所述步骤4中的直流溅射电源，为电压300～500V，电流100～300mA。
所述的方法，其所述步骤4中的金属靶，是在空气中耐一定温度的金属，为铱、铁、铜、钼、镍或钨。
本发明的积极效果是：将纳米金属薄膜沉积在慢波组件管壳外表面，可以有效的提高管壳的辐射散热能力。本发明方法可适用于所有利用纳米粒子薄膜提高辐射散热的产品，如辐射收集极等。
【附图说明】
图1为使用扫描电镜显示的纳米铱薄膜表面形貌图；
图2螺旋线慢波组件的基本结构图；
图3为普通组件、外表面镀铱膜组件和外表面沉积纳米铱膜组件的散热性能的实验比较图。
附图标号说明
管壳1，螺旋线2，夹持杆3，普通慢波组件4，外表面镀铱膜的慢波组件5，外表面沉积纳米铱膜的慢波组件6。
【具体实施方式】
本发明一种利用纳米材料提高慢波组件散热性能的方法，是对高辐射能力的纳米铱薄膜的应用，具体地实施方法如下：
将样品放入直流磁控溅射台内；抽真空，并对样品进行烘烤，烘烤温度控制在200℃；观察溅射台内的真空状况，当真空达到8×10～4Pa时，充入氩(Ar)气，使真空降低，压强升高，达到5～30Pa；此时，打开直流溅射电源(电压350V，电流200mA)，对金属靶铱(Ir)进行溅射20分钟；由于真空室内气压较高，这时被溅射出的原子相互碰撞而形成较大的原子团，即纳米粒子颗粒，如图1中所示，粒子直径为100nm。
金属靶是在空气中耐一定温度的金属，除了铱，还可以是铁、铜、钼、镍和钨其中之一。
充入气体为惰性气体，如氩(Ar)气或氮(N)气。
本发明将具有高辐射系数的纳米铱薄膜沉积在了螺旋线行波管慢波组件中管壳1的外表面，提高了慢波组件的辐射散热能力，从而改善了整个慢波组件的散热性能。实验中使用的螺旋线慢波组件由无氧铜的管壳1、钼的螺旋线2和氧化铍的夹持杆3构成，如图2所示。
图3给出了对慢波组件的管壳1外表面采用了不同处理方法时的散热性能比较情况。图中，普通慢波组件4，外表面镀铱膜的慢波组件5，外表面沉积纳米铱膜的慢波组件6。在该散热性能评测实验中，慢波组件处于真空环境中，并受到直流功率的加热。由图3中的曲线可以看出，采用了纳米铱膜的慢波组件6的散热性能比普通组件4提高约3～4倍，而采用一般金属铱膜的组件5的散热性能只提高了1倍左右。实验表明，纳米薄膜的采用可以有效的提高慢波组件的散热能力。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应包含在本发明的范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。