钼金属在微波炉磁控管领域的应用

孙志文，周彩红

(金堆城钼业股份有限公司销售分公司，陕西 西安 710077)

0 引言

磁控管是一种重入式谐振型正交场振荡器，是微波技术中的一种高功率源，它的主要特点是高效率和低工作电压，其次是由于结构简单而带来的体积小、重量轻、使用方便、工作可靠和成本低等特点，因此，磁控管是微波电子管中应用十分广泛的大功率器件。磁控管不仅用于军事、雷达上，而且在工业、农业、医疗卫生等领域也获得了广泛的应用。磁控管在民用领域最为人们所熟知的应用是家用微波炉，世界上微波炉磁控管每年的产量在1亿只左右，激烈的竞争使得微波炉磁控管技术得到不断的发展，寿命大大提高而成本大大降低。

1 钼金属在微波炉磁控管上的应用简介

1.1 钼金属简介

钼是一种稀有高熔点金属，熔点为2 630℃，仅低于钨、铼、钽，在金属中居第4位。钼具有良好的导热、导电、耐高温、抗磨损、抗腐蚀等多种性能，是不锈钢、合金钢等材料的重要添加剂，成为国民经济发展中重要的工业原材料和不可替代的战略性物资，被广泛应用于各个领域。

根据美国地质调查局(USGS)和中国国土资源部(MLR)的统计数据显示，截止2011年年底，世界钼储量为898万 t钼，基础储量为1 995万 t钼，集中分布在美国、中国、智利、秘鲁和墨西哥等，上述5国的钼储量和基础储量合计753万t钼和1 716万t钼，各占全球总量的83.9%和86.0%。2012年，全球及中国的钼消费量分别为21.7万 t钼和7.2万 t钼。从全球的情况来看，当前储量的静态保障年限为41.4年，钼资源保障经济发展需要的程度较高。

根据国际钼协会的最新统计，2011年全球钼消费量总计23.7万 t钼，相应的消费结构(不含废钢的应用)为:建筑工程钢41%、不锈钢21%、合金工具钢5%、高速钢3%、铸铁/铸钢9%、超合金3%、化工13%、钼金属5%，主要领域是钢铁行业，其消费量占总量的82%。

钼金属熔点高、导电性和导热性好、热膨胀系数低、抗热震性好、耐热疲劳，密度比钨小许多，比钨的加工性能好，广泛用作电光材料、喷涂材料、隔热材料、熔炼玻璃电极、钼坩埚、钼顶头和钼X射线靶材等，被应用于机械制造工业、电子工业、玻璃玻纤耐火材料工业、高温炉行业、核能工业、航空航天、医药等领域。

钼金属产品的生产主要集中在中国、美国、奥地利和德国。钼金属产品的消费主要集中在中国、美国、欧洲、日本、韩国、印度等。在微波炉磁控管领域，国外目前只有韩国和日本在从事相应的生产，相比之下，韩国的生产技术和生产工艺更优，市场占有率更大。

1.2 微波炉磁控管简介

磁控管由于工作状态不同，可以分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类，前者主要用于雷达、通讯、电子对抗等，后者主要用于微波加热及医疗等微波设备。

微波炉磁控管从原理上来讲是一种特殊的二极管，它有一个圆筒状的阴极以及一个与之同轴的阳极。在阴极和阳极之间加上一定的直流电压，阴极发射的电子受阳极正电位影响而发向阳极，另外再有磁铁的作用，在空间上存在方向与电场垂直的磁场，因此，电子在磁场力和电场力的作用下做轮摆运动。因阳极谐振腔内存在高频电场，因而就会形成绕阳极旋转的“电子云”，当旋转速度与高频磁场同步时，电子将所有的能量交给高频磁场，从而维持高频振荡。这种高频能量经微波能量输出器输出，由波导管传输到微波炉腔内加热食物。

一只完整的磁控管主要由六大部分组成，即阴极、阳极谐振系统、(微波能量)输出器、输入电路、冷却部分和磁路。磁控管的阴极即电子的发射体，阴极的性能对整个磁控管的工作特性和寿命影响极大，被视为整个磁控管的心脏。

阴极的上、下端帽以及两根引出线都是钼金属部件，上、下钼端帽之间的引出线(钼丝)上的钨钍丝发射电子，电子在钼端帽之间产生的电磁场中震荡产生微波，钼端帽起到约束电磁场和屏蔽电子的作用，引出线是起到输出微波的作用。阴极的构造图见图1。

图1 阴极构造图

2 微波炉磁控管中钼金属部件的加工过程

2.1 引出线的加工过程图(见图2)

图2 引出线的加工过程图

通常，微波炉磁控管的钼零部件生产商直接采购纯钼丝来加工引出线，对纯钼丝的指标要求通常如下:

直径:1.3 ～1.6 mm

直径公差:根据直径的不同，公差范围为±0.01 mm 或 ±0.02 mm

化学成分要求:Mo:99.95%以上，Fe:≤0.01%

物理指标要求:抗拉强度:750～1 800 N/mm2(不同客户，抗拉强度范围要求不同)

单根钼丝重量:15 kg以上;涡流探伤要求:深度为丝径5%以上的裂痕判定为伤痕，1 kg钼丝的单发伤痕不能超过20个点，要求100%进行涡流探伤检测。

微波炉磁控管生产商收到合格的纯钼丝产品后，引出线的加工过程如下:第1步，将钼丝截断成需要的尺寸;第2步，对截断的丝段的两个端头进行抛光处理;第3步，对丝段的表面进行加热还原处理;第4步，进行弯折成型;第5步，进行质量检验;第6步，合格品出库。

图3 上、下端帽的加工过程图

2.2 上、下端帽的加工过程图(见图3)

通常，微波炉磁控管的钼零部件生产商直接采购钼粉来加工钼端帽，对钼粉的指标要求通常如下:

化学指标要求: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)。

物理指标要求:松装密度:≤1.0 g/cm3;振实密度:2.9 g/cm3min;平均粒度(Fsss):≤3 μm

微波炉磁控管生产商收到合格的钼粉产品后，钼端帽的加工过程如下:第1步，对钼粉进行喷雾干燥处理;第2步，向钼粉中加入粘合剂，使用压制工艺成型;第3步，进行假烧结，目的是为了清除粘合剂;第4步，进行高温烧结;第5步，进行表面抛光使钼端帽表面富有光泽;第6步，进行尺寸检验;第7步，对尺寸合格的钼端帽进行表面还原处理，主要目的是去除钼端帽表面的氧化同时清除表面的异物;第8步，进行质量检验;第9步，合格品出库。

2.3 上端帽及引出线的加工过程(见图4)

图4 上端帽及引出线的加工过程图

第1步，对于质量合格的上端帽和引出线进行焊接(点焊);第2步，进行质量检验;最后，检验合格的产品出库。

2.4 钼金属在微波炉行业中的消费情况简介

2.4.1 2011年全球微波炉磁控管的需求情况简介微波炉经过几十年的发展，目前已成为现代家庭的生活必需品。中国华南地区已成为全球微波炉的生产基地，包括美的、格兰仕、LG、松下等，中国微波炉的产量占全球总产量的70%左右。2011年世界范围内，微波炉的心脏部件——磁控管上使用的钼金属零部件(一套钼零部件包括上、下端帽及引出线)的需求情况见表1。

表1 微波炉磁控管对钼金属零部件的需求情况

2011年世界范围内微波炉磁控管中使用的钼零部件的需求量大约8 880万套，其中，美的的需求量位居全球第一。美的威特真空电子制造有限公司作为美的集团战略转型的先头旗舰，是专业生产磁控管的高科技企业，企业先后投巨资于提高企业的核心竞争力，已形成完整的微波炉产业链，现已成为世界产量第一的微波炉磁控管专业供应商。2006年公司年产1 200万只磁控管，位居世界第二，2007年年产量达到1 600万只，2009年完成扩能建设，2010年年产量达到2 000万套，成为世界第一大磁控管供应商。

2.4.2 2011年全球微波炉磁控管领域钼金属的消费情况简介

2011年微波炉磁控管领域钼金属的消费量大约150 t，消费的钼金属产品包括钼粉和钼丝，钼金属的消费者即微波炉磁控管钼零部件的生产商，主要集中在韩国市场和日本市场，这些钼金属零部件与其他钨零部件以及陶瓷零部件等共同组装成一套磁控管，供应给微波炉生产商们，包括美的、格兰仕、LG、松下等。韩国、日本磁控管的主要生产商情况见表2。

表2 韩国、日本磁控管的主要生产商列表

喜星金属株式会社作为韩国第一大微波炉磁控管的生产商，其使用的优质的钼原料以及先进的工艺技术，共同决定了喜星金属株式会社微波炉磁控管用途的钼金属零部件的特点:

(1)因使用平均粒度小于3 μm、纯度大于99.95%且经喷雾干燥机处理的高纯度高品质钼粉原料，保证了钼零部件的良好性能。

(2)因采用连续烧结工艺，钼零部件有着气孔少、组织紧密，硬度高的特性。

(3)因在高温下退火，钼零部件的耐高温性强，长时间使用也不会产生表面氧化。

(4)对钼丝进行100%涡流探伤检测，保证钼丝无影响钼零部件的内部裂纹缺陷。

(5)钼端帽与引出线的焊接过程中，仪器自动确认焊接条件，保证了钼零部件的焊接强度。

3 结语

钼金属产品已经被广泛应用于人类日常生活的方方面面，除了微波炉领域，还有我们日常生活中不可或缺的液晶电视、平板电脑、智能手机、汽车等，为进一步提高人们的生活质量做出了巨大的贡献。相信随着科学技术的不断发展和进步，钼金属将在人们的生活中发挥越来越重要的作用，人们的生活也会因为钼金属的广泛应用而变得更加美好。

［1］吴群.磁控管的研究现状与发展趋势［J］.哈尔滨工业大学学报，2000，32(5):92 －96.

［2］杨祥林.微波器件原理［M］.北京:电子工业出版社，1979;1－25.

［3］韩国喜星金属公司网站:http://www.hsmetal.co.kr/chinese/product/mgt/upperEnd.jsp.