鉬金屬在微波爐磁控管領域的應用

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振蕩器，是微波技術中的一種高功率源，它的主要特點是高效率和低工作電壓，其次是由于結構簡單而帶來的體積小、重量輕、使用方便、工作可靠和成本低等特點，因此，磁控管是微波電子管中應用十分廣泛的大功率器件。磁控管不僅用于軍事、雷達上，而且在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領域也獲得了廣泛的應用。磁控管在民用領域最為人們所熟知的應用是家用微波爐，世界上微波爐磁控管每年的產量在1億只左右，激烈的競爭使得微波爐磁控管技術得到不斷的發(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用簡介

1.1 鉬金屬簡介

鉬是一種稀有高熔點金屬，熔點為2 630℃，僅低于鎢、錸、鉭，在金屬中居第4位。鉬具有良好的導熱、導電、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，成為國民經濟發(fā)展中重要的工業(yè)原材料和不可替代的戰(zhàn)略性物資，被廣泛應用于各個領域。

根據(jù)美國地質調查局(USGS)和中國國土資源部(MLR)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止2011年年底，世界鉬儲量為898萬 t鉬，基礎儲量為1 995萬 t鉬，集中分布在美國、中國、智利、秘魯和墨西哥等，上述5國的鉬儲量和基礎儲量合計753萬t鉬和1 716萬t鉬，各占全球總量的83.9%和86.0%。2012年，全球及中國的鉬消費量分別為21.7萬 t鉬和7.2萬 t鉬。從全球的情況來看，當前儲量的靜態(tài)保障年限為41.4年，鉬資源保障經濟發(fā)展需要的程度較高。

根據(jù)國際鉬協(xié)會的最新統(tǒng)計，2011年全球鉬消費量總計23.7萬 t鉬，相應的消費結構(不含廢鋼的應用)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%，主要領域是鋼鐵行業(yè)，其消費量占總量的82%。

鉬金屬熔點高、導電性和導熱性好、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，被應用于機械制造工業(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)藥等領域。

鉬金屬產品的生產主要集中在中國、美國、奧地利和德國。鉬金屬產品的消費主要集中在中國、美國、歐洲、日本、韓國、印度等。在微波爐磁控管領域，國外目前只有韓國和日本在從事相應的生產，相比之下，韓國的生產技術和生產工藝更優(yōu)，市場占有率更大。

1.2 微波爐磁控管簡介

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、通訊、電子對抗等，后者主要用于微波加熱及醫(yī)療等微波設備。

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

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，陰極的性能對整個磁控管的工作特性和壽命影響極大，被視為整個磁控管的心臟。

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生的電磁場中震蕩產生微波，鉬端帽起到約束電磁場和屏蔽電子的作用，引出線是起到輸出微波的作用。陰極的構造圖見圖1。

圖1 陰極構造圖

2 微波爐磁控管中鉬金屬部件的加工過程

2.1 引出線的加工過程圖(見圖2)

圖2 引出線的加工過程圖

通常，微波爐磁控管的鉬零部件生產商直接采購純鉬絲來加工引出線，對純鉬絲的指標要求通常如下:

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

化學成分要求:Mo:99.95%以上，F(xiàn)e:≤0.01%

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

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20個點，要求100%進行渦流探傷檢測。

微波爐磁控管生產商收到合格的純鉬絲產品后，引出線的加工過程如下:第1步，將鉬絲截斷成需要的尺寸;第2步，對截斷的絲段的兩個端頭進行拋光處理;第3步，對絲段的表面進行加熱還原處理;第4步，進行彎折成型;第5步，進行質量檢驗;第6步，合格品出庫。

圖3 上、下端帽的加工過程圖

2.2 上、下端帽的加工過程圖(見圖3)

通常，微波爐磁控管的鉬零部件生產商直接采購鉬粉來加工鉬端帽，對鉬粉的指標要求通常如下:

化學指標要求: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)。

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

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

2.3 上端帽及引出線的加工過程(見圖4)

圖4 上端帽及引出線的加工過程圖

第1步，對于質量合格的上端帽和引出線進行焊接(點焊);第2步，進行質量檢驗;最后，檢驗合格的產品出庫。

2.4 鉬金屬在微波爐行業(yè)中的消費情況簡介

2.4.1 2011年全球微波爐磁控管的需求情況簡介微波爐經過幾十年的發(fā)展，目前已成為現(xiàn)代家庭的生活必需品。中國華南地區(qū)已成為全球微波爐的生產基地，包括美的、格蘭仕、LG、松下等，中國微波爐的產量占全球總產量的70%左右。2011年世界范圍內，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 微波爐磁控管對鉬金屬零部件的需求情況

2011年世界范圍內微波爐磁控管中使用的鉬零部件的需求量大約8 880萬套，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戰(zhàn)略轉型的先頭旗艦，是專業(yè)生產磁控管的高科技企業(yè)，企業(yè)先后投巨資于提高企業(yè)的核心競爭力，已形成完整的微波爐產業(yè)鏈，現(xiàn)已成為世界產量第一的微波爐磁控管專業(yè)供應商。2006年公司年產1 200萬只磁控管，位居世界第二，2007年年產量達到1 600萬只，2009年完成擴能建設，2010年年產量達到2 000萬套，成為世界第一大磁控管供應商。

2.4.2 2011年全球微波爐磁控管領域鉬金屬的消費情況簡介

2011年微波爐磁控管領域鉬金屬的消費量大約150 t，消費的鉬金屬產品包括鉬粉和鉬絲，鉬金屬的消費者即微波爐磁控管鉬零部件的生產商，主要集中在韓國市場和日本市場，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，供應給微波爐生產商們，包括美的、格蘭仕、LG、松下等。韓國、日本磁控管的主要生產商情況見表2。

表2 韓國、日本磁控管的主要生產商列表

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

(1)因使用平均粒度小于3 μm、純度大于99.95%且經噴霧干燥機處理的高純度高品質鉬粉原料，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，長時間使用也不會產生表面氧化。

(4)對鉬絲進行100%渦流探傷檢測，保證鉬絲無影響鉬零部件的內部裂紋缺陷。

(5)鉬端帽與引出線的焊接過程中，儀器自動確認焊接條件，保證了鉬零部件的焊接強度。

3 結語

鉬金屬產品已經被廣泛應用于人類日常生活的方方面面，除了微波爐領域，還有我們日常生活中不可或缺的液晶電視、平板電腦、智能手機、汽車等，為進一步提高人們的生活質量做出了巨大的貢獻。相信隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，鉬金屬將在人們的生活中發(fā)揮越來越重要的作用，人們的生活也會因為鉬金屬的廣泛應用而變得更加美好。

［1］吳群.磁控管的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，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］韓國喜星金屬公司網站:http://www.hsmetal.co.kr/chinese/product/mgt/upperEnd.jsp.