JP3075752B2 - 高周波導波管の気密窓 - Google Patents

高周波導波管の気密窓

Info

Publication number
JP3075752B2
JP3075752B2 JP03031022A JP3102291A JP3075752B2 JP 3075752 B2 JP3075752 B2 JP 3075752B2 JP 03031022 A JP03031022 A JP 03031022A JP 3102291 A JP3102291 A JP 3102291A JP 3075752 B2 JP3075752 B2 JP 3075752B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
window
hermetic window
solid solution
hermetic
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP03031022A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04272637A (ja
Inventor
勝弘 権瓶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP03031022A priority Critical patent/JP3075752B2/ja
Publication of JPH04272637A publication Critical patent/JPH04272637A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3075752B2 publication Critical patent/JP3075752B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は高周波導波管の気密窓
に係り、特にその誘電体セラミックス板の表面に付着さ
れた固溶体被膜の組成に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にクライストロンや進行波管、ある
いはジャイロトロンのようなマイクロ波管の出力部に
は、多くの場合、矩形又は円形の導波管を横切って気密
に接合された誘電体セラミックス板からなる気密窓が用
いられる。
【0003】特に、大電力を増幅するクライストロン
は、大形加速器の高周波電力源や核融合炉のブラズマ加
熱用高周波源として用いられているが、その気密窓とし
て真空気密が容易で誘電体損失が小さいアルミナのセラ
ミックスが主に使用されている。 即ち、従来の高周波
導波管の気密窓は図2に示すように構成され、円形導波
管部1の内側にアルミナセラミックス板からなる気密窓
2が設けられている。図中の符号4はフランジ、5は矩
形導波管、6は気密窓2を冷却するための通水管であ
る。又、この図2において、気密窓2の左側がクライス
トロンの真空側を示し、右側が真空もしくは絶縁ガスが
封入されている外部導波管側である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の高
周波導波管の気密窓においては、大電力の高周波を透過
させると、マルチパクタ放電などで生じていると考えら
れているアルミナセラミックス板の局部的な温度上昇に
より、しばしばセラミックス板にクラックや溶融による
ピンホ−ルが発生し、真空気密を損ない問題となってい
る。この発明は、マルチパクタ放電を抑制してクラック
やピンホ−ルの発生を防止し得る高周波導波管の気密窓
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体セラ
ミックス板からなる気密窓の表面に窒化チタンと酸化チ
タンとの固溶体被膜が形成され、この固溶体被膜の組成
は、チタンが1.3乃至23.8原子%の範囲、酸素が
53.2乃至97.2原子%の範囲、窒素が0.6乃至
23.2原子%の範囲の組み合わせからなる組成である
高周波導波管の気密窓である。
【0006】
【作用】この発明によれば、気密窓の表面の二次電子放
出係数が低減され、マルチパクタ放電を抑制することが
出来る。その結果、気密窓のクラックやピンホ−ルの発
生を防ぐことが出来る。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。
【0008】この発明における高周波導波管の気密窓は
図1に示すように構成され、円形導波管部11の内側に
はアルミナのような誘電体セラミックス板からなる気密
窓12が設けられ、この気密窓12の表面には窒化チタ
ンと酸化チタンとの固溶体被膜13が所定の厚さ(後
述)に形成されている。この固溶体被膜13は、誘電体
セラミックスよりも表面固有抵抗が低く、導電体よりも
高い固有抵抗を有し、且つ二次電子放出係数の小さい薄
膜であり、詳しい組成に関しては後述する。尚、図中の
符号14は円形フランジ、15は矩形導波管、16は気
密窓12を冷却するための通水管であり、気密窓12の
左側がクライストロンの真空側を示し、右側が真空もし
くは絶縁ガスが封入されている外部導波管側である。
【0009】気密窓12の表面に窒化チタンと酸化チタ
ンとの固溶体被膜13を形成するに当たっては、アルゴ
ン(Ar)、窒素(N)、酸素(O2 )の混合放電ガス
中でスパッタリングにより所定の厚さに形成する。この
場合、放電ガスの窒素分圧と酸素分圧の割合を変えるこ
とにより、窒化チタンと絶縁体の酸化チタンの組成を連
続的に変えることが出来るので、膜厚と組成比で決定さ
れる抵抗値を任意に選べる。又、既述のように、スパッ
タリングにより固溶体被膜13を形成するが、アルゴ
ン、窒素、酸素の分圧を制御して窒化チタンと酸化チタ
ンの組成比を変え、スパッタリング時間で膜厚を変え、
所望の固溶体被膜13を得ている。
【0010】さて、固溶体被膜13の詳しい組成は、こ
の発明では、チタンが1.3乃至23.8原子%の範
囲、酸素が53.2乃至97.2原子%の範囲、窒素が
0.6乃至23.2原子%の範囲の組み合わせからなる
組成に設定されている。
【0011】尚、窒化チタンと酸化チタンとからなる固
溶体被膜13の固有抵抗は、固溶体被膜中の窒素と酸素
の比率を変えることにより導電体から絶縁体までの値を
とる。この発明の三元化合物の固溶体被膜13の場合、
窒素の比率が大きいと低抵抗になり酸素の比率が大きい
と高抵抗になる。従って、マイクロ波の誘電体損失の観
点から固溶体被膜13の組成は、酸素の比率が大きい方
が望ましい。しかし、酸化チタン膜は二次電子放出係数
が大きいので、固溶体被膜13の酸素の比率の上限は許
容される二次電子放出係数により制限される。窒化チタ
ン膜は二次電子放出係数が酸化チタン膜に比べて小さい
ので、マルチパクタ放電抑制の点では窒化チタン膜単体
で良い。しかし、固有抵抗が小さいので、マイクロ波の
誘電体損失を考慮すると、膜厚の厚さを非常に薄くしな
ければならず、成膜時の膜厚コントロ−ルが難しい。
【0012】この発明の三元化合物の固溶体被膜13
は、二次電子放出係数と固有抵抗の特性から最適組成値
と最適膜厚が存在する。即ち、固有抵抗値から膜厚は5
0〜150オングストロ−ムの範囲が良い。そして、こ
の膜厚の範囲内で、固溶体被膜13の組成は、既述のよ
うにチタンが1.3乃至23.8原子%の範囲、酸素が
53.2乃至97.2原子%の範囲、窒素が0.6乃至
23.2原子%の範囲の組み合わせからなる組成である
ことが好ましい。上記範囲の膜厚で、且つ上記組成範囲
内から選ばれた1組の組成からなる固溶体被膜13を用
いれば、マルチパクタ放電の抑制と誘電体損失による気
密窓12の発熱低減を実現出来、気密窓12のクラック
や溶融によるピンホ−ルの発生を防止することが出来
る。
【0013】次に、各種条件における気密窓の温度上昇
測定について説明する。尚、気密窓の温度測定は、気密
窓2又は12を円形導波管1又は11に接合し、この円
形導波管1又は11を矩形導波管5と5又は矩形導波管
15と15の間に設置し、矩形導波管5と5又は矩形導
波管15と15内を高真空にした後、パルス(パルス幅
が2μsec、パルスの繰返し周波数が25pulse
s/sec)マイクロ波を矩形導波管部5と5又は15
と15に導き、気密窓2又は12に透過させる。そし
て、最大パルス電力に対する気密窓2又は12の温度
は、冷却水の通水管6又は16に熱電対を圧着して測定
する。
【0014】先ず図3は、窒化チタン膜を形成しなかっ
た従来の気密窓2の温度上昇を示している。この図から
明らかなように、最大パルス電力が11MW付近にマル
チパクタ放電が原因と考えられている2.2℃の急激な
温度上昇があった。そして、上流側と下流側に設けた覗
き窓から観察したところ、窒化チタン膜を形成しなかっ
た場合の最大パルス電力が177MWを通過した時の気
密窓2の発光状態は、上流側の気密窓2の中央部で左側
の矩形導波管5の縦方向(上下方向)に3本の輝線が観
察され、下流側は左右両端を除き、右側の矩形導波管5
の中央部分全体が発光している。又、気密窓2の温度上
昇測定後に上流側の3本の輝線が観察された部分のアル
ミナセラミックスの表面状態は、アルミナセラミックス
が溶融して出来た貫通孔が多数観察された。
【0015】図4は、窒化チタン膜を形成しなかった従
来の気密窓2の一次電子エネルギEpに対する二次電子
放出係数σの結果を示した図である。一次電子エネルギ
が1.5KeVで二次電子放出係数σが最大となり、そ
れは3.3から3.5となった。又、測定した一次電子
エネルギの範囲(0.5〜25KeV)で二次電子放出
係数σは1.0以上であった。
【0016】図5はこの発明の組成とは異なる組成の固
溶体被膜を形成した場合であり、スパッタリング法で形
成した窒化チタンと酸化チタンの膜厚深さ方向の組成
が、チタンが23.9〜44.5原子%の範囲、且つ酸
素が22.2〜52.9原子%の範囲、且つ窒素が2
3.2〜33.9原子%の範囲の固溶体被膜を気密窓1
2の表面に60オングストロ−ムの厚さ形成した場合の
最大パルス電力に対する気密窓12の温度上昇を示して
いる。この図から明らかなように、最大パルス電力10
〜15MWの場合は急激な温度上昇はないが、最大パル
ス電力50MWでの温度上昇は、従来の窒化チタン膜を
形成しなかった場合に比べ大きく、最大パルス電力20
0MW付近で9℃上昇した。これは、固溶体被膜の抵抗
損失によるものと理解される。そして、気密窓12に最
大パルス電力100MWを通過した時の気密窓12の下
流側の発光状態を観察すると、気密窓12が右側の矩形
導波管15の左上で発光しているが、発光面積は窒化チ
タンを形成しなかった気密窓2に比べて小さい。
【0017】図6はこの発明の組成の固溶体被膜を形成
した場合であり、スパッタリング法で形成した窒化チタ
ンと酸化チタンの膜厚深さ方向の組成が、チタンが1.
3〜25.6原子%の範囲、且つ酸素が67.7〜9
7.2原子%の範囲、且つ窒素が1.1〜6.7原子%
の範囲の固溶体被膜13を気密窓12の表面に60オン
グストロ−ムの厚さ形成した場合の最大パルス電力に対
する気密窓12温度上昇を示している。この図から明ら
かなように、最大パルス電力10MW付近で急激な温度
上昇はなく、最大パルス電力200MWの温度上昇も、
約2℃と小さかった。そして、気密窓12に最大パルス
電力172.5MWを通過した時の気密窓12の上流側
の発光状態を観察すると、気密窓12が左側の矩形導波
管15の左右両端で縦方向に発光しているが、発光面積
は窒化チタンを形成しなかった従来の気密窓2に比べて
小さい。又、試験後の気密窓12にはクラックやピンホ
−ルの発生が認められなかった。
【0018】図7は図6の場合における窒化チタンと酸
化チタンとの固溶体被膜13をコ−ティングした気密窓
12の一次電子エネルギEpに対する二次電子放出係数
σの結果を示した図である。一次電子エネルギが0.5
KeV付近で二次電子放出係数σが最大(2.0)とな
り、3.0KeV以上で.二次電子放出係数σは1.0
以下となる。一次電子エネルギが2.5KeV以下で
は、二次電子放出係数σが1.0以上となるものの、そ
の値は窒化チタンを形成しなかった従来の透過窓2に比
べて小さく、窒化チタンと酸化チタンとの固溶体被膜の
効果が認められた。
【0019】図8は、この発明の組成にほぼ準ずる固溶
体被膜を形成した場合であり、スパッタリング法で形成
した窒化チタンと酸化チタンの膜厚深さ方向の組成が、
チタンが3.3〜19.5原子%の範囲、且つ酸素が5
3.2〜92.7原子%の範囲、且つ窒素が3.3〜2
7.2原子%の範囲の固溶体膜を気密窓の表面に60オ
ングストロ−ムの厚さ形成した場合の最大パルス電力に
対する気密窓の温度上昇を示している。この図から明ら
かなように、最大パルス電力10MW付近で急激な温度
上昇はなく、最大パルス電力にほぼ比例して気密窓の温
度は高くなっている。そして、気密窓12に最大パルス
電力173.0MWを通過した時の気密窓12の上流側
の発光状態を観察すると、気密窓12が左側の矩形導波
管15の左右両端で縦方向に発光しているが、発光面積
は窒化チタンを形成しなかった従来の気密窓2に比べて
小さい。又、温度上昇を測定した後の気密窓12の表面
には貫通孔や溶融はなかった。
【0020】このように窒化チタンと酸化チタンとの固
溶体被膜13を気密窓12の表面にコ−ティングすれ
ば、低パルス電力でのマルチパクタ放電による急激な温
度上昇を低減することが出来る。
【0021】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
気密窓の表面に形成された固溶体被膜の組成は、チタン
が1.3乃至23.8原子%の範囲、酸素が53.2乃
至97.2原子%の範囲、窒素が0.6乃至23.2原
子%の範囲の組み合わせからなる組成であるので、気密
窓の二次電子放出係数を低減することが出来、マルチパ
クタ放電を抑制することが出来る。その結果、気密窓の
クラックや溶融によるピンホ−ルの発生を防ぐことが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る高周波導波管の気密
窓を示す縦断面図。
【図2】従来の高周波導波管の気密窓を示す縦断面図。
【図3】従来の気密窓における温度上昇と最大パルス電
力との関係を示す特性図。
【図4】従来の気密窓における一次電子エネルギに対す
る二次電子放出係数を示す特性図。
【図5】この発明の組成とは異なる組成の固溶体被膜を
形成した場合の気密窓における温度上昇と最大パルス電
力との関係を示す特性図。
【図6】この発明の組成の固溶体被膜を形成した場合の
気密窓における温度上昇と最大パルス電力との関係を示
す特性図。
【図7】図6の気密窓における一次電子エネルギに対す
る二次電子放出係数を示す特性図。
【図8】この発明の組成にほぼ準ずる固溶体被膜を形成
した場合の気密窓における温度上昇と最大パルス電力と
の関係を示す特性図。
【符号の説明】
11…円形導波管、12…気密窓、13…固溶体被膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波管内に誘電体セラミックス板からな
    る高周波気密窓が設けられ、該気密窓の表面に窒化チタ
    ンと酸化チタンとの固溶体被膜が形成されてなる高周波
    導波管の気密窓において、上記固溶体被膜の組成は、チ
    タンが1.3乃至23.8原子%の範囲、酸素が53.
    2乃至97.2原子%の範囲、窒素が0.6乃至23.
    2原子%の範囲の組み合わせからなる組成であることを
    特徴とする高周波導波管の気密窓。
JP03031022A 1991-02-26 1991-02-26 高周波導波管の気密窓 Expired - Lifetime JP3075752B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03031022A JP3075752B2 (ja) 1991-02-26 1991-02-26 高周波導波管の気密窓

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03031022A JP3075752B2 (ja) 1991-02-26 1991-02-26 高周波導波管の気密窓

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04272637A JPH04272637A (ja) 1992-09-29
JP3075752B2 true JP3075752B2 (ja) 2000-08-14

Family

ID=12319894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03031022A Expired - Lifetime JP3075752B2 (ja) 1991-02-26 1991-02-26 高周波導波管の気密窓

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3075752B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2480451A (en) * 2010-05-18 2011-11-23 E2V Tech Electron tube rf output window
CN103252602B (zh) * 2013-04-17 2015-03-11 中国科学院等离子体物理研究所 一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04272637A (ja) 1992-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pershing et al. A TE/sub 11/K/sub a/-band gyro-TWT amplifier with high-average power compatible distributed loss
Saito et al. Breakdown of alumina RF windows
Michizono et al. TiN film coatings on alumina radio frequency windows
Gilmour Jr Microwave and millimeter-wave vacuum electron devices: inductive output tubes, klystrons, traveling-wave tubes, magnetrons, crossed-field amplifiers, and gyrotrons
US3891884A (en) Electron discharge device having electron multipactor suppression coating on window body
Saito Surface breakdown phenomena in alumina rf windows
JP3075752B2 (ja) 高周波導波管の気密窓
US3101460A (en) Hermetically sealed waveguide window with non-sputtering iris
US3330707A (en) Method for reducing electron multipactor on a dielectric window surface
JP3028834B2 (ja) 高周波透過窓構体及びその製造方法
US3819976A (en) Ta-al alloy attenuator for traveling wave tubes and method of making same
JPS63149901A (ja) マイクロ波装置
US2808448A (en) Glass to metal seal for high-frequency electronic tubes
Michizono et al. High-power test of pill-box and TW-in-ceramic type S-band RF windows
GB2297190A (en) Electron tubes with graphite coating to reduce multipactor dishcarge and diamond layer to conduct away heat
Dwersteg High power couplers
Nguyen et al. Development of a 50 kW CW L-band rectangular window for Jefferson Lab FEL Cryomodule
US3474284A (en) High frequency tantalum attenuation in traveling wave tubes
Hayes Research on Microwave Window Multipactor and its Inhibition
US3828284A (en) Microwave device including indium-joined quartz window closing off hermetic chamber
Saito Breakdown phenomena in rf windows
JP3503595B2 (ja) 出力窓及びその製造方法
JPH1013102A (ja) 高周波透過窓構体およびその製造方法
Freemire et al. Low RF loss DC conductive ceramic for RF windows
US3900755A (en) Arc suppressing coating for metal-dielectric interface surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090609

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100609

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100609

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110609

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110609

Year of fee payment: 11