鉬金屬在微波爐磁控管領(lǐng)域的應(yīng)用

孫志文，周彩紅

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司銷售分公司，陜西 西安 710077)

0 引言

磁控管是一種重入式諧振型正交場(chǎng)振蕩器，是微波技術(shù)中的一種高功率源，它的主要特點(diǎn)是高效率和低工作電壓，其次是由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而帶來(lái)的體積小、重量輕、使用方便、工作可靠和成本低等特點(diǎn)，因此，磁控管是微波電子管中應(yīng)用十分廣泛的大功率器件。磁控管不僅用于軍事、雷達(dá)上，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域也獲得了廣泛的應(yīng)用。磁控管在民用領(lǐng)域最為人們所熟知的應(yīng)用是家用微波爐，世界上微波爐磁控管每年的產(chǎn)量在1億只左右，激烈的競(jìng)爭(zhēng)使得微波爐磁控管技術(shù)得到不斷的發(fā)展，壽命大大提高而成本大大降低。

1 鉬金屬在微波爐磁控管上的應(yīng)用簡(jiǎn)介

1.1 鉬金屬簡(jiǎn)介

鉬是一種稀有高熔點(diǎn)金屬，熔點(diǎn)為2 630℃，僅低于鎢、錸、鉭，在金屬中居第4位。鉬具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐高溫、抗磨損、抗腐蝕等多種性能，是不銹鋼、合金鋼等材料的重要添加劑，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的工業(yè)原材料和不可替代的戰(zhàn)略性物資，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)和中國(guó)國(guó)土資源部(MLR)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止2011年年底，世界鉬儲(chǔ)量為898萬(wàn) t鉬，基礎(chǔ)儲(chǔ)量為1 995萬(wàn) t鉬，集中分布在美國(guó)、中國(guó)、智利、秘魯和墨西哥等，上述5國(guó)的鉬儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量合計(jì)753萬(wàn)t鉬和1 716萬(wàn)t鉬，各占全球總量的83.9%和86.0%。2012年，全球及中國(guó)的鉬消費(fèi)量分別為21.7萬(wàn) t鉬和7.2萬(wàn) t鉬。從全球的情況來(lái)看，當(dāng)前儲(chǔ)量的靜態(tài)保障年限為41.4年，鉬資源保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的程度較高。

根據(jù)國(guó)際鉬協(xié)會(huì)的最新統(tǒng)計(jì)，2011年全球鉬消費(fèi)量總計(jì)23.7萬(wàn) t鉬，相應(yīng)的消費(fèi)結(jié)構(gòu)(不含廢鋼的應(yīng)用)為:建筑工程鋼41%、不銹鋼21%、合金工具鋼5%、高速鋼3%、鑄鐵/鑄鋼9%、超合金3%、化工13%、鉬金屬5%，主要領(lǐng)域是鋼鐵行業(yè)，其消費(fèi)量占總量的82%。

鉬金屬熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好、耐熱疲勞，密度比鎢小許多，比鎢的加工性能好，廣泛用作電光材料、噴涂材料、隔熱材料、熔煉玻璃電極、鉬坩堝、鉬頂頭和鉬X射線靶材等，被應(yīng)用于機(jī)械制造工業(yè)、電子工業(yè)、玻璃玻纖耐火材料工業(yè)、高溫爐行業(yè)、核能工業(yè)、航空航天、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

鉬金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)主要集中在中國(guó)、美國(guó)、奧地利和德國(guó)。鉬金屬產(chǎn)品的消費(fèi)主要集中在中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、印度等。在微波爐磁控管領(lǐng)域，國(guó)外目前只有韓國(guó)和日本在從事相應(yīng)的生產(chǎn)，相比之下，韓國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝更優(yōu)，市場(chǎng)占有率更大。

1.2 微波爐磁控管簡(jiǎn)介

磁控管由于工作狀態(tài)不同，可以分為脈沖磁控管和連續(xù)波磁控管兩類，前者主要用于雷達(dá)、通訊、電子對(duì)抗等，后者主要用于微波加熱及醫(yī)療等微波設(shè)備。

微波爐磁控管從原理上來(lái)講是一種特殊的二極管，它有一個(gè)圓筒狀的陰極以及一個(gè)與之同軸的陽(yáng)極。在陰極和陽(yáng)極之間加上一定的直流電壓，陰極發(fā)射的電子受陽(yáng)極正電位影響而發(fā)向陽(yáng)極，另外再有磁鐵的作用，在空間上存在方向與電場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)，因此，電子在磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力的作用下做輪擺運(yùn)動(dòng)。因陽(yáng)極諧振腔內(nèi)存在高頻電場(chǎng)，因而就會(huì)形成繞陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)的“電子云”，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度與高頻磁場(chǎng)同步時(shí)，電子將所有的能量交給高頻磁場(chǎng)，從而維持高頻振蕩。這種高頻能量經(jīng)微波能量輸出器輸出，由波導(dǎo)管傳輸?shù)轿⒉t腔內(nèi)加熱食物。

一只完整的磁控管主要由六大部分組成，即陰極、陽(yáng)極諧振系統(tǒng)、(微波能量)輸出器、輸入電路、冷卻部分和磁路。磁控管的陰極即電子的發(fā)射體，陰極的性能對(duì)整個(gè)磁控管的工作特性和壽命影響極大，被視為整個(gè)磁控管的心臟。

陰極的上、下端帽以及兩根引出線都是鉬金屬部件，上、下鉬端帽之間的引出線(鉬絲)上的鎢釷絲發(fā)射電子，電子在鉬端帽之間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中震蕩產(chǎn)生微波，鉬端帽起到約束電磁場(chǎng)和屏蔽電子的作用，引出線是起到輸出微波的作用。陰極的構(gòu)造圖見圖1。

圖1 陰極構(gòu)造圖

2 微波爐磁控管中鉬金屬部件的加工過(guò)程

2.1 引出線的加工過(guò)程圖(見圖2)

圖2 引出線的加工過(guò)程圖

通常，微波爐磁控管的鉬零部件生產(chǎn)商直接采購(gòu)純鉬絲來(lái)加工引出線，對(duì)純鉬絲的指標(biāo)要求通常如下:

直徑:1.3 ～1.6 mm

直徑公差:根據(jù)直徑的不同，公差范圍為±0.01 mm 或 ±0.02 mm

化學(xué)成分要求:Mo:99.95%以上，F(xiàn)e:≤0.01%

物理指標(biāo)要求:抗拉強(qiáng)度:750～1 800 N/mm2(不同客戶，抗拉強(qiáng)度范圍要求不同)

單根鉬絲重量:15 kg以上;渦流探傷要求:深度為絲徑5%以上的裂痕判定為傷痕，1 kg鉬絲的單發(fā)傷痕不能超過(guò)20個(gè)點(diǎn)，要求100%進(jìn)行渦流探傷檢測(cè)。

微波爐磁控管生產(chǎn)商收到合格的純鉬絲產(chǎn)品后，引出線的加工過(guò)程如下:第1步，將鉬絲截?cái)喑尚枰某叽?第2步，對(duì)截?cái)嗟慕z段的兩個(gè)端頭進(jìn)行拋光處理;第3步，對(duì)絲段的表面進(jìn)行加熱還原處理;第4步，進(jìn)行彎折成型;第5步，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn);第6步，合格品出庫(kù)。

圖3 上、下端帽的加工過(guò)程圖

2.2 上、下端帽的加工過(guò)程圖(見圖3)

通常，微波爐磁控管的鉬零部件生產(chǎn)商直接采購(gòu)鉬粉來(lái)加工鉬端帽，對(duì)鉬粉的指標(biāo)要求通常如下:

化學(xué)指標(biāo)要求:Mo:99.95%(最小);Fe:0.05%(最大);O:0.5%(最大);Cd:0.001%(最大);Pb:0.005%(最大);NVR:0.03%(最大)。

物理指標(biāo)要求:松裝密度:≤1.0 g/cm3;振實(shí)密度:2.9 g/cm3min;平均粒度(Fsss):≤3 μm

微波爐磁控管生產(chǎn)商收到合格的鉬粉產(chǎn)品后，鉬端帽的加工過(guò)程如下:第1步，對(duì)鉬粉進(jìn)行噴霧干燥處理;第2步，向鉬粉中加入粘合劑，使用壓制工藝成型;第3步，進(jìn)行假燒結(jié)，目的是為了清除粘合劑;第4步，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié);第5步，進(jìn)行表面拋光使鉬端帽表面富有光澤;第6步，進(jìn)行尺寸檢驗(yàn);第7步，對(duì)尺寸合格的鉬端帽進(jìn)行表面還原處理，主要目的是去除鉬端帽表面的氧化同時(shí)清除表面的異物;第8步，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn);第9步，合格品出庫(kù)。

2.3 上端帽及引出線的加工過(guò)程(見圖4)

圖4 上端帽及引出線的加工過(guò)程圖

第1步，對(duì)于質(zhì)量合格的上端帽和引出線進(jìn)行焊接(點(diǎn)焊);第2步，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn);最后，檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品出庫(kù)。

2.4 鉬金屬在微波爐行業(yè)中的消費(fèi)情況簡(jiǎn)介

2.4.1 2011年全球微波爐磁控管的需求情況簡(jiǎn)介微波爐經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已成為現(xiàn)代家庭的生活必需品。中國(guó)華南地區(qū)已成為全球微波爐的生產(chǎn)基地，包括美的、格蘭仕、LG、松下等，中國(guó)微波爐的產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%左右。2011年世界范圍內(nèi)，微波爐的心臟部件——磁控管上使用的鉬金屬零部件(一套鉬零部件包括上、下端帽及引出線)的需求情況見表1。

表1 微波爐磁控管對(duì)鉬金屬零部件的需求情況

2011年世界范圍內(nèi)微波爐磁控管中使用的鉬零部件的需求量大約8 880萬(wàn)套，其中，美的的需求量位居全球第一。美的威特真空電子制造有限公司作為美的集團(tuán)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的先頭旗艦，是專業(yè)生產(chǎn)磁控管的高科技企業(yè)，企業(yè)先后投巨資于提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，已形成完整的微波爐產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)已成為世界產(chǎn)量第一的微波爐磁控管專業(yè)供應(yīng)商。2006年公司年產(chǎn)1 200萬(wàn)只磁控管，位居世界第二，2007年年產(chǎn)量達(dá)到1 600萬(wàn)只，2009年完成擴(kuò)能建設(shè)，2010年年產(chǎn)量達(dá)到2 000萬(wàn)套，成為世界第一大磁控管供應(yīng)商。

2.4.2 2011年全球微波爐磁控管領(lǐng)域鉬金屬的消費(fèi)情況簡(jiǎn)介

2011年微波爐磁控管領(lǐng)域鉬金屬的消費(fèi)量大約150 t，消費(fèi)的鉬金屬產(chǎn)品包括鉬粉和鉬絲，鉬金屬的消費(fèi)者即微波爐磁控管鉬零部件的生產(chǎn)商，主要集中在韓國(guó)市場(chǎng)和日本市場(chǎng)，這些鉬金屬零部件與其他鎢零部件以及陶瓷零部件等共同組裝成一套磁控管，供應(yīng)給微波爐生產(chǎn)商們，包括美的、格蘭仕、LG、松下等。韓國(guó)、日本磁控管的主要生產(chǎn)商情況見表2。

表2 韓國(guó)、日本磁控管的主要生產(chǎn)商列表

喜星金屬株式會(huì)社作為韓國(guó)第一大微波爐磁控管的生產(chǎn)商，其使用的優(yōu)質(zhì)的鉬原料以及先進(jìn)的工藝技術(shù)，共同決定了喜星金屬株式會(huì)社微波爐磁控管用途的鉬金屬零部件的特點(diǎn):

(1)因使用平均粒度小于3 μm、純度大于99.95%且經(jīng)噴霧干燥機(jī)處理的高純度高品質(zhì)鉬粉原料，保證了鉬零部件的良好性能。

(2)因采用連續(xù)燒結(jié)工藝，鉬零部件有著氣孔少、組織緊密，硬度高的特性。

(3)因在高溫下退火，鉬零部件的耐高溫性強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)產(chǎn)生表面氧化。

(4)對(duì)鉬絲進(jìn)行100%渦流探傷檢測(cè)，保證鉬絲無(wú)影響鉬零部件的內(nèi)部裂紋缺陷。

(5)鉬端帽與引出線的焊接過(guò)程中，儀器自動(dòng)確認(rèn)焊接條件，保證了鉬零部件的焊接強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

鉬金屬產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人類日常生活的方方面面，除了微波爐領(lǐng)域，還有我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊壕щ娨暋⑵桨咫娔X、智能手機(jī)、汽車等，為進(jìn)一步提高人們的生活質(zhì)量做出了巨大的貢獻(xiàn)。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鉬金屬將在人們的生活中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，人們的生活也會(huì)因?yàn)殂f金屬的廣泛應(yīng)用而變得更加美好。

［1］吳群.磁控管的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，32(5):92 －96.

［2］楊祥林.微波器件原理［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1979;1－25.

［3］韓國(guó)喜星金屬公司網(wǎng)站:http://www.hsmetal.co.kr/chinese/product/mgt/upperEnd.jsp.