什么是真空电子器件介质材料?

[拼音]：zhenkong dianzi qijian jiezhi cailiao

[外文]：dielectric material for vacuum electronic device

在真空电子器件中主要用作管壳、输能窗、支撑件、绝缘子、显示屏等的高电阻率无机固体绝缘材料。真空电子器件对介质材料的一般要求是：真空气密、低蒸气压、低介质损耗、低介电常数、高介电强度、高机械强度、高热导率、适当的热膨胀系数、良好的热稳定性和化学稳定性等。作为器件内部的绝缘支撑件可以不要求气密性。玻璃、陶瓷和晶体是真空电子器件中用得最多的介质材料。

按热膨胀系数可分为下列几类：石英玻璃、高硅氧玻璃、钨组玻璃、钼组玻璃、铂组玻璃和钢组玻璃。焊料玻璃的热膨胀系数介于被封接的两种材料之间。按玻璃组成又可分为钠钙硅系、铅硅酸盐系、硼硅酸盐系和铝硅酸盐系等，但以硼硅酸盐系为主。石英玻璃有极好的电性能和热性能，常用于高真空和高热负荷下工作的真空电子器件。钨组、钼组、铂组和钢组玻璃都是常用的封接玻璃，它们对高频电场的介质损耗较小，可与相应的金属封接成气密和高强度的真空电子器件用部件。焊料玻璃大致可分为易熔和难熔两类。由于某些显像管和光电器件等对封接的特殊需要，一般采用封接温度在500


以下的易熔焊料玻璃。对于封口要承受较高温度的其他真空电子器件，则采用封接温度在500


以上的难熔焊料玻璃。微晶玻璃是由微晶体和玻璃相组成的特种材料。它具有密度小、软化温度高和电性能好等特点，常用作输能窗和玻璃焊料。低熔点玻璃与云母粉复合并热压成型，可制成电绝缘性能优良的云母玻璃，也叫云母陶瓷，特点是可进行机械加工。显像管玻璃可分黑白和彩色显像管玻璃。黑白显像管颈管均采用高铅 (30％PbO)玻璃，而屏和锥多采用钡锂玻璃。由于彩色显像管工作电压高（约25千伏）和各部位泄漏X射线的强度不同，因此通常其颈管用高铅玻璃，锥体用中铅玻璃，屏采用低铅或无铅玻璃。

陶瓷在电性能、机械强度、耐高温和耐辐射等方面均优于玻璃，因而一些要求高和在恶劣环境下使用的真空电子器件往往采用陶瓷－金属封接结构。真空电子器件用陶瓷主要是硅酸盐系、氧化物系和氮化物系陶瓷。硅酸盐系陶瓷主要包含滑石瓷、镁橄榄石瓷和莫来石瓷等。硅酸盐瓷的特点是介质损耗小、强度低。镁橄榄石瓷应用较多，多用作小型器件的结构材料。氧化物瓷主要指以单一氧化物晶相为主，并含有少量玻璃相或其他晶相的陶瓷，以氧化铝瓷和氧化铍瓷应用较广。95％氧化铝瓷的综合性能好，因而在真空电子器件中用得最多，可用作微波管的输能窗、管壳、光电器件的绝缘零件、集成电路的基片等。99％氧化铍瓷的热导率接近于铝而电性能又好，是一种极好的高导热绝缘材料。常用作行波管螺旋线夹持杆，激光器件管壳和微波大功率管输能窗。但由于氧化铍粉有毒性，在生产和使用时应有安全防护措施。氮化物瓷中有实用价值的是氮化硼瓷，其特点是易于加工，介质损耗小，介电常数小。在高于530


时，其热导率比氧化铍瓷大，是一种无毒性高导热绝缘材料，常用作行波管螺旋线夹持杆和降压收集极绝缘瓷环等。衰减陶瓷用于微波电子管内部，是一种起体积衰减作用的高阻材料，可用于返波管中作终端负载、同轴磁控管中作抑制寄生模式的瓷环、耦合腔行波管中作集中衰减器。最常用的是金属钨衰减陶瓷、二氧化钛衰减陶瓷和碳化硅衰减陶瓷。

真空电子器件用晶体材料有云母、白宝石和金刚石。云母具有介质损耗小、绝缘电阻高和击穿电压高等特点，是用作真空电子器件输能窗和电极固定零件的优良绝缘材料。白宝石为刅-Al2O3单晶，能耐高电压，耐电子轰击，次级电子发射系数非常小，是制作大功率输能窗的良好材料，用提拉法可制成纯度高(含Al2O399.99％)、位错少（位错密度小于103／厘米2）的杆、管和其他异形制品，可作为行波管螺旋线夹持杆、微波和红外输能窗以及高压钠灯用的电弧管等。金刚石是自然界中硬度最高、导热最好和电绝缘性能优良的矿物介质材料。真空电子器件主要采用Ⅱa型金刚石，这是一种含氮量少 (小于0.001％)的金刚石，它的声子散射小、热导率高。在真空电子器件中可作支撑块、散热器和输能窗等。天然金刚石体积都很小，加工困难，所以也常采用人造金刚石及其聚晶材料。

随着光电器件的发展，窗口材料日益重要。窗口材料按透光性能可分为透红外、透可见光和透紫外线等类；按材料性质可分为硅酸盐玻璃、硫属化合物玻璃和离子晶体等。硅酸盐玻璃的透过截止波长较短（3微米以内），硫属化合物玻璃截止波长较长（14微米以内），而离子晶体截止波长可达50～60微米。光纤面板也是一种重要的窗口材料，能将光线从入射端无失真、低损耗地传到输出端，它是由高折射率的玻璃作芯、低折射率的玻璃作涂层和吸收杂散光的黑色玻璃填料所组成。微通道板是在光纤面板基础上发展起来的第二代光纤面板，由数十万根空心管子所组成，不仅能传递、而且能增强光学信号和图像。

参考书目

刘联宝主编:《电真空器件的钎焊与陶瓷-金属封接》，国防工业出版社，北京，1978。小西良弘、辻俊郎合编，王兴斌译：《电子陶瓷基础和应用》，机械工业出版社，北京，1983。（小西良弘，辻俊郎:《ェレクトロ》セラミックスの基礎と応用》，オ-ム社，東京，1978。）