К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 196
Текст из файла (страница 196)
В элекгронной техншсе широко применяют пропитанные металлопористые катоды (МПК). Наряду с традиционным применением этих катодов в СВЧ-приборах их используют и в некоторых типах электронно-лучевых трубок и кинескопов. Типичная структура таких катодов представлена на рис. 7.1Л6. В порах матрицы 2, выполненной из порошка вольфрама или сплавов вольфрама с тугоплавкими иеталлами Оз, 1г, Кц, Ке, располагаются эмиссионно-активные вещества апоминаты, имеющие формулу (л - х)Ва О х(саО)411Оз, где л = 3 ... 4;х=1,5...0,5. 424 Глава 7.1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ В состав алюминатов мотут входить добавки других оксидов щелочных, щелочно- земельных и редкоземельных металлов, изменяющих эмиссионные и физические свойства катодов.
Матрица катода обычно изготовляется методами порошковой металлургии и представляет собой жесткое тело, сохраюпо шее свою форму и структуру при высокотемпературной н механической обработке. Матрицу закрепляют запрессовкой, спеканием, сплавлением и другими методами в квтодных узлах. Эмиссионное вещество в мшрице распределяется по действием капиллярных сил при взаимодействии расплава алюмината с Горячей матрнцей в среде сухого водорода при температуре, на 50 - 100 'С превышающей температуру плавления алюминатов. Типичная температура пропитки катодов с азюминатом ЗВаОСаОА)707 превышает 1500 'С. Время пропиткн 1 - 2 мин. Во время работы катода вследствие взаимодействия алюмииатов с вольфрамом образуется барий, поступающий на окисленную поверхность вольфрамовых зерен и образующий на ней примерно моноатомный слой типа зр- О-Ва.
Эффективная работа выхода такой системы 1,9 - 2,1 зВ. Услоюи динамического равновесия, обеспечивающие восполнение испаряющегося с поверхности Ва за счет реакций его образования в матрице, доставку по порам на рабочую поверхносп и митрацию его по эмипирующей поверхности между порами, реализуются при температуре 1000 1200 'С, расстоянии между лорами 5 - 10 мкм и размерах лор 1 - 1,5 мхм. Для обеспечеюи высокото ресурса Глубина матрицы должна быть не менее 0,5 мм.
Этн условия удается выполюпь за счет использования для приготовления матриц опециальных вольфрамовых порошков, имеющих размер зерна 3 - 4 мкм, обеспечения пористостн матриц 20 - 28 %. Двя улучшения эмиссионных свойств поверхносп, катода покрывают пленкой металлов Оз, Ко, 1т, Ке или их оплавов с вольфрамом толщиной 0,4 - 0,6 мкм.
Пленка на матрице формирует пористую струюуру. Эффективная работа выхода катода с пленками составляет 1,8 - 1,9 зВ. Эти же меиллы (20 — 80 %) добавляют в тутоллавкую пористую матрицу, снижая скорость испареюи вт~ивното вещества и увеличивая ресурс юподов. Для изготовления волыРрамовых матриц используется вольфрамовмй порошок. В вольфрамовый порошок добавиют парафин, что обеспечивает равномерную пористость и механическую прочность ппабиков после гндростатнческого прессования. Парафин удаляется при спекании, после которого пористость должна составлять 25 - 28 %.
После спекаиия проводится пропитка медью вольфрамовой матрицы. Такие матрицы легко механически обрабатываются. Медь, кроме тото, растворяет вредные для работы катода примеси. Удаление основного количества меди после механической обработки осуществляют травлением в разбавленной азотной кислоте, после чего остатки меди выпаривают в вакууме или водороде при температуре около 1500 'С.
Вольфрамовые матрицы после изготовления долины иметь равномерную открытую пористость. При проплтке матрицы катода впоминатом на змитптруюшую поверхность наносится слой алюмината либо суспензии алюмината в изоамнлацетате из расчета, чтобы масса впомнната составила около 10 % массы пористой вольфрамовой матрицы. Далее катод высушивается в сушильном шкафу и помещается в водородную печь для пропитки. Избыток алюмината, оставшийся на эмипнрующей поверхности, удвиется механически. При сборке каюдных узлов широко используется контахтная и лазерная сварка.
Завершающей операцией явиетсл ионное травление эмнттирующей поверхности, осуществляемое на глубину около 10 мкм, позволяющее удалить деформированный при механичеокой обработке слой и открьпь поры. После этого производится нанесение на эмипирующую поверхносп пленок Оз, 1т, Ке. Ионное травление и нанесение пленок осуществляют в среле инертных ппов. Описанная технология позволяет изготовлять МПК с размерами эюптирующей поверхности 1 — 30 мм. Большие размеры змитгнрующей поверхности удастся получать у катодов, пористая матрица которых изтотовляется методами плазменного нанесения вольфрамового порошка на туголлавкую подложку. Катоды малых размеров (1 - 3 мм) часто получают запрессовкой вольфрамового порошка в чашки с последующим спеканием и шлифованием эмипируюшей поверхности.
Известны также технологии изтотовления МПК, в которых происходит одновременная запрессовка в чашечку смеси порошка эмиссионного вещества н тутоллавкото металла. Изтотовление катодов с малым размером змиттнруюшей поверхности (менее 0,5 мм) обычно осуществляетоя мапсированнем эмнттируюшей поверхности большего по размеру катода пленками антиэмиссионных веществ, например НВ и локальным удалением его с эмиттирующих участков. Для изготовления торированного катода используется, как правило, вольфрамовая проволока марок ВТ-10 и ВТ-15 с примесью 1— 1,5 % оксида торна.
Поверхностный слой, примыкающий к эмипирующей поверхности толщиной 30 - 50 мкм (площадь его поперечното сечения доститает ЗО % сечения катода), выполняют из карбида вольфрама, и он имеет столбчатую слоистую структуру, облегчающую доставку торна к эюптирующей поверхности (рис. 7.1.17). Наличие углерода в поверхност- ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАТОДОВ 625 Рве.
7.1.17. Сечовве торвроооююа варбвдвроааввоа врововови. Пвостввчатав структура снов ворбвха ыаьФраиа тоаыввой 25 мвм ном слое увеличивает скорость образования свободного торин из ПгОз. Высокая работа выхода У(зС (4,5 эВ) обеспечивает высокие адсорбцию атомов Тй и устойчивосп поверхностной моноатомиой пленки ТЬ. Толщина 30 - 50 мкм поверхностного слоя обеспечивает одновременное сохранение высокой прочности вольфрамовой проволоки, несмотря на хрУпкий карбидный слой, и высокий ресурс катода, определяемый толщиной этого слоя. Изготовление таких катодов заключается в очистке и отжиге торированного вольфрама, а такхе придании катоду заданной формы.
Вахнейшей специфической операцией для этого типа катодов является карбидизация, осуществляемая прокалкой торированных катодов в смеси углеводорода и водорода. Катоды закрепляются в откачи заем ой камере установки для карбидизации. Ншрев катодов осуществляется пропусканием тока через спирали.
В камеру через натекатели подаежя газ. В качестве карбияизирующего газа в настоящее время наиболее широко используется смесь гептана с водородом и, кроме того,- метан, нафталин и бензол. Требуемы концентрация гептана в водороде обеспечивается нагревом до определенной температуры емкости- карбюратора с топтаном (прозрачная бесцветная жидкость), через который проходит водород. Температура карбидирования обычно составляет 1850 - 1900 'С, время 15 - 30 с. Контроль толщины карбидного слоя осуществляют по изменению сопротивления спиралей, составляющего 15 - 25 % начального значения (гчзС имеет болъшее удельное сопротивление, чем Ъ').
Подогреватели являются наиболее "горячими" деталями в приборах. В состав подогревателей электронных приборов входят: тело накала, вьшолненное из тугоплавких металлов ту, Мо, Ке и их сплавов; изолятор; выводы. Подогреватели дяя охсидных катодов обычно имеют тонкое (около 10- 70 мкм) изолирующее алувдовое покрытие иа теле накала, наносимое намазыванием, пульверизацией, элекгрофорезом или плазменным напылением. Для эксплуатируемых при высокой температуре металло пористых катодов требуется большая толщина изоляционного покрытия. Зто достигается в подогревателах, у которых тело накала заплаюгено в изоляционный алундовый слой, который представляет собой несущую основу подогревателя.
Тело накала подогревателей формируетгд, как правило, из проволочных или ленточных спиралей. Передача теплоты от тела накала катоду осуществляется в основном иыучением, поэтому спиральная форма позволяет увеличить плопщдь боковой поверхности тела накала, что улучшает лучистый теплообмен мехду телом накала и друппои частями катода. Перед употреблением материал тела накача очищается злектролитическим травлением в щелочи и отхигаегся во влажном водороде с точкой росы -(15 - 25)'С при температуре 900 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
