【封面故事】原厂访问（二）：电子管的制造工艺之复杂超乎你想象

电子管的制造需要准备各种原材料。其中最重要的是玻璃管、金属电极和电子材料。玻璃管是电子管的外壳，需要具备一定的透明性和耐高温性能。金属电极则是电子管内部的主要构件，需要具备良好的导电性和耐腐蚀性。电子材料包括半导体材料、绝缘材料和导电材料等，它们的选择和质量对电子管的性能有着重要影响。

电子管的制造需要进行多道工艺流程，而每道工序都需要大量人工，需要不同的设备，所以只有大型企业才能熟练并严格掌控每个细节，或者使用合适的材料。其他小型企业虽然也能制作少数型号的电子管，但从源头材料到最终的老化品管，自然就比较难以面面俱到。不同厂家的生产工艺，导致电子管使用寿命会的差异的缘故，大型生产厂质量当然更有所保证。美国RCA公司号称它们电子管真空度可以达到1/100.000.000大气压，很可观的数据，因此RCA公司的电子管即使是比较早期的产品，性能仍然相当不错。

下面我们以图片了解一下贵族之声制作电子管的大致流程:

玻璃管的制备

玻璃不仅要满足相应的力学性能，还有功能性(电气绝缘性、导电性、化学稳定性、热稳定性等)上的特殊要求，因此在玻璃组成、制备工艺上与传统玻璃有非常大不同。综合考虑玻璃原料的配比、熔化、成型和退火等步骤，以及制备过程严格控制温度等因素，目前国内仅有少数公司能供应材料。由于电子管行业需要的玻璃数量不多，负责实际生产的总经理夏国洪说，他们就曾遇见供应商停产，必须重新寻找材料的障碍，那是一次艰辛困难的经历。从图片中我们看到，小型电子管外壳先由长条的玻管割切成一小段一小段，然后在自动机上用煤气火头加热分割成两半，并在成型机上使玻壳封闭的一端形成有规则的圆弧，再在玻壳顶端接上一支排气管并用强烈的火焰吹玻壳顶中央至穿孔为止，这样就形成了所需要的玻壳。玻璃壳成形后要先以多重过滤的离子水进行冲洗，避免任何杂质残留在玻璃管内，最后还要人工在强光下一一检查，无瑕的玻璃管才能送进生产线。

金属电极的制备

金属电极的制备包括金属材料的选择(要考虑材料的配比、混合、成型和烧结等步骤)，由于使用的大都是高纯度的金属材料，以及各种无机、有机原料，而材料科学又是一门非常复杂的学问。接着是加工和焊接等步骤，这是电子管制作过程中需要用到最多人力的地方，透过精确的加工设备和熟练技术，才能确保电极的准确性和稳定性。夏国洪厂长说他们曾透过贸易商向海外采用一种材料，某次贸易商自作聪明以特性接近的材料替换，害贵族之声有段时间产品出现问题，细查许多才找出症结，结果一大批电子管只得抛弃损失严重。

灯丝制备：在直热式三极管中，灯丝会徐上一层氧化钡或氧化锈等氧化物以增强电子发射能力，灯丝就是阴极，直接接通电源。美国Raytheon公司的配方是用硝化纤维、丁醇、醋酸乙酯的混合液体中，加入细腻的纯净刚铝石粉末进行研磨，形成悬浊液。再把液体喷涂在纯净的钨丝或钼丝上，以900度的温度加热几分钟，自然冷却。然后将热丝在20%的氢氧化钾溶液中煮几分钟，用蒸馏水冲洗烘干，在空气中加热到100度几分钟，蒸发溶剂。然后在高温氢气炉中以1600-1650度高温加热几分钟，就可以备用了，贵族之声另有自己的配方。另一种是旁热式，在灯丝外面套上一个涂有同样氧化物的金属套管作阴极，灯丝接通电源，从而使阴极受热而发射电子。直热式阴极较旁热式阴极经济，而且预热时间短。旁热式阴极优点是机械强度高，而且可以用交流电加热。对灯丝的材料除要求能耐高温外，还要求化学性能稳定，蒸发少，因此常用钨丝做灯丝，用镍等作套管。

栅极制备：栅极由金属细丝组成的筛网状或螺旋状，排列在阳极和阴极之间，起到控制阴极表面电场强度，从而改变阴极发射电子或捕获二次放射电子的作用。栅极结构关系到本身机械强度和散热效果，关系到管子可否稳定工作。为了减小电子的渡越时间，栅阴间距作的很短甚至不到1mm , 因此厂商多采用机械强度高、导热系数高、辐射系数好以及溶点高的材料来做栅极，以避免在很小的间距下发生热碰极用作栅极的材料，要求有较高的机械强度，不易变形，熔点高，蒸发少，化学性能稳定，容易导热等等，常见材料有镍、钼、钨及其合金。贵族之声电子管的栅极，很多型号都采用合金丝再镀24K纯金，在自动绕丝机上绕制成栅极，夏国洪厂长说他们每个月都要消耗几公斤的纯金，算是贵金属大户。高跨导的宽频带电压放大管，其栅极丝的直径和间距都非常非常小，普通中放大系数三极管的栅极丝大概是0.00009英寸，高放大系数管还要小一些，而宽频带电压放大管的栅极丝直径还要小一个数量级以上，制作时需要极大的耐心与细心。总经理夏国洪说，用来切割栅极用的进口刀具价格极高，而他们必须经常更换，连同纯金丝废料，这些都是看不见的成本。

阴极制备：阴极是用来放射电子的部件，分为氧化物阴极和碳化钍钨阴极。一般来说氧化物阴极用于旁热式电子管，利用专门的灯丝对涂有氧化钡等阴极体加热，进行热电子放射，寿命一般在1000-3000小时。碳化钍钨阴极一般用于直热式电子管，通过加热即可产生热电子放射，所以它既是灯丝又是阴极。理论上碳化钍钨阴极比氧化物阴极寿命长得多，最常可到10000小时以上。氧化物阴极用硝化纤维、丁醇、醋酸乙酯的混合液体中，加入碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙，在球磨机之中研磨（配方、比例、研磨时间都是商业机密），
然后在镍制的圆筒上进行喷涂或者刷涂，一般在输出输出较小的电子管；更大功率的发射管多应用碳化钍钨阴极，或者采用网状阴极(以细钍钨丝做成圆筒状)。图中看到的是阴极的喷涂室，平常谢绝参观。

屏极制备：阳极又称板极或屏极，它的任务是接收阴极发射来的电子而获得阳极电流。为了更好地把阴极发射的电子接收下来，常把阳极做成扁圆形，包围着阴极。由于受阴极的热辐射阳极温度很高，所以对阳极材料除要求有良好的导电性能及机械强度外，还要有良好的导热性能，常见材料多用镀镍铁片、复铝铁皮，或外以石墨碳粉混合物黑化处理的电镀镍铁。

近年来也使用铜基敷铝铁、石墨乳化工艺、石墨，或者钨、钽、铌等金属(用在超大型发射管)用来制造屏极。不管用什么材料，预先经过适当黑化后，再冲压成适当形状。

云母片制备：云母片主要用来固定各电极，根据需要裁制成一定的形状，并准备适当的玻壳和芯柱。

管芯装配：也就是将玻璃管、金属电极和电子材料等组合在一起，形成电子管的基本结构，通常采用人工点焊工艺来固定电极。在此之前，必须先对金属材料进行化学清洗，然后进行烧氢处理，如果高温中和氢气会有反应的金属还得在真空炉中进行高温处理。这个过程需要大量熟练的人工，才能在脉冲点焊机前完成电子管内芯屏极与引脚的连接，由于小小的电子管内芯结构非常复杂，有时甚至必须以显微镜认真检测，因此在线以较细心的女性工作人为为主。装配完后必须人工逐一检查，有问题的重新进行调整。装配好的管芯，用蒸馏水清洗并烘干，再将消气剂皿焊到管芯上端，随后把管芯套进已清洁处理的玻壳里面。

气电封口：电子管制造成型的最后一道工序是玻壳的封口。电子管芯柱是由玻环和七根或九根镍丝或杜美丝（能与玻璃密封而不使电子管漏气的金属丝）焊接而成。把这些金属丝插在芯柱模上，套上玻环，用煤气火头加热，使玻璃处于半熔化时，用压模使玻环压成玻璃底盘。这时杜美丝已与玻璃封接密闭，露出玻璃外面的杜美丝在以后电子管装架时与各电极焊接作为电极引线；镍丝部分就是小型电子管的管针。芯柱做成后还要把管内引线弯成需要的形状以便装架。套好玻壳的管芯放到自动封口机上，用火焰加热使玻壳下端和芯柱的边缘熔化封接在一起。在封接时，要把氮气经过排气管通入管芯里去，防止管芯因温度升高而化。封口以后，把它放入退火炉中，由高温慢慢地冷却进行退火，以免产生玻璃应力而使玻璃制品炸裂，退火后把它插在自动排气机上进行排气。

排气抽真空：电子管又叫真空管，内部是抽掉空气的，因为最简单的电子管有两个电极——阳极和阴极，当加上电压，灯丝炽热后，阴极内部电子得到了较大的能量，就能克服金属表面的阻碍而跳出来。这时候，如果电子管的阳极上有正电压，这些跳出来的电子就向阳极奔去。假若这时候电子管里还残留着空气，那么跳出来的电子就会与空气里的气体分子相碰撞，使气体分子变成带正电的离子，而这些离子会以一定的速度去撞击阴极，使电子管的寿命减少。加热阴极和抽真空都是为了阴极发射电子到达阳极创造条件，不抽成真空，电压低电子逃逸不出来，阴极无法形成电子云，所以抽真空有利于游离电子的流动，也可有效降低灯丝的氧化损耗。

排气时先把电子管进入烘箱中烘烤玻壳，使玻壳所吸收的气体放出来，并把它抽掉。然后用高频加热的方法使管内金属零件处于高温状态，并且使得金属零件内部的气体驱出去。同时在排气过程中，电子管的灯丝加上电压，使阴极在真空中被加热到1000℃以上，这时阴极套管上的碳酸盐层就分解成氧化物，并放出二氧化碳。所有这些放出来的气体，随即被高速的真空泵抽掉，并达到一定的真空度以后，再把排气管封闭而取下。把取下的电子管用高频加热的方法使消气剂(常见有两种，一种主要成分是钛、镁、铝及少量镐；另一种主要成分是钡、镁、镍、少量镐)加热分解，使它蒸发到玻壳顶端的内壁上，形成一层镜面，它能吸收管内残余气体。电子管在烤消之前真空度都不高，一般在千分之一毫米汞柱，消气剂吸收后能使管内气压降至百万分之一亳米汞柱。理论上真空度越高越好，高频的延伸会更好，但因为电子管排气设备早已不再生产，目前贵族之声使用的设备一部分是收购其他公司所得，一部分则是自己重新开发设计的设备，包括初级真空泵（叶片泵或柱塞泵）+中级真空泵（罗茨泵）+高级真空泵（油扩散泵或金属扩散泵），真空度已经超越国际水平。

老练

排气以后的电子管，阴极的放射性能还不够好，因此必须经过“老练”这一道工序，“老练”时，在短时间内加上较高的灯丝电压，并在其他各电极上加正电压通电流。其目的是使阴极获得充分的分解，来增加和稳定阴极的放射性能，而且各电极通电流后，由于电子轰击使吸附在各电极的气体再放出来，由消气剂吸收掉，管内的真空度达到极高的程度。随型号不同“老练”时间从24小时到数天不等，确保出厂前每只电子管都达到设计目标。不同的电子管需要不同工作电压，同时工作数百只电子管的耗电可观，除了一部分老机器是收购其他厂家所得，贵族之声还自己开发了更新的机柜，能快速更换不同电子管。

测试和调试

电子管经过老练后，要进行生产检验，检验好的合格品被送到成品暂存仓库中，一般暂存时间为5-10天左右，以便考验这些电子管是否有慢性漏气的毛病，然后进行出厂检验。这两次检验的内容都一样，可分为两部分：在电气测试方面有灯丝电流、阳极电流、帘栅电流、反栅电流、跨导输出功率等；在机械方面是检验外廓尺寸，电极牢固性，以及玻壳的完整性等。此外还要定期抽取一些电子管进行寿命试验和例行试验。寿命试验是在正常工作条件下进行的，例行试验包括高温、低温、潮湿等环境试验、管针强度试验以及其他特殊试验。贵族之声同样自己研发了多种检测设备，有些是传统电子管行业从未使用的，并且抽样拿到工放上面进行参数验证，整个过程都需要经验丰富的技术人员。

印刷与包装

至此一个新的电子管就诞生了，以后它将凭着它具有的优良性能在各种工作中担任各种不同的角色发挥极大的作用。接着以耐高温油墨在电子管表面印上商标和型号，就可以包装准备出厂了。复刻系列等高级产品出厂前还要经过一次配对测试，每一只管都要经过仪器进行所有参数的测量，再按照测试配对结果进行包装，每一只管有独立编号可追溯。