Способ изготовления катодного узла электровакуумного прибора

 

(в) RU (и) (st)s яе зе е

ОПИСАНИК НЗОБРКТКНйа.

Комитет Рессийскей Федерации ие иатеитам и товарным зиакам (21) 495ОЗЯ/21 (22) 27.06.91 (46) 35Л193 Бюл. Nu 43-42 (71) Научно-исследоватепьский институт "Волна";

Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры (72) Мельникова И,П: Ворожейкин ВГ„Бугрова С.Ю;

Усанов ДА (ТЭ) Научна-исследовательский институт "Волна";

Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры (64) СПООЖ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДНОГЬ

УЗЛА ЭЛ6ХТРОВАКУУМНОГО ВРИБОРА (57) Использование: в электронной технике, в катодных узлах эпектровакуумных и газоразрядных приборов Сущность изобретения: способ изготовления металлопористого катода, в котором изоляционный состав (для заполнения пространства катод — подогреватель) для повышения равномерности гранулометрического состава изоляционной массы, состоящей из двух компонентов различного зернового состава, отжигайт tlpH 1200-т250 С в течение 3 ч и перетирают, что позволяет повысить прочность спеченного изоляционного состава в 2 раза и значительно повысить эксплуатационную надежность катодных узлов .1 зл.ф-лы, 1 ил. 3 табл.

2003193

Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодным узлам электроаакуумных приборов (ЭВП), и может быть использовано при их изготовлении.

Известен способ изготовления катодных узлов ЭВП, в которых пространство катод-подогреватель заполняют составом из смеси частиц окиси алюминия неправильной и сферической форм и 15 — 20;ь (от твердой фазы) окиси иттрия с последующим отжигом при 17000С в водороде.

Однако вибропрочность таких катодов недостаточна.

Известен также способ изготовления вибропрочного катодного узла, в котором пространство между катодом и подогрева телем заполнено смесью частиц никеля сферической формы и порошка молибдена.

Алундированный вольфрамовый подогреватель помещается в керн катода и засыпается металлическим порошком, который затем пропитывается летучей жидкостью, например раствором изопропипового спирта в воде. После этого катодный узел сушится в течение 5 мин при 120 С и спекается в атмосфере водорода при 1100 — 1350 С а зависимости от состава смеси.

Результаты спекания изоляционного состава на основе алундового порошка одной марки в значительной степени зависят от размера частиц окиси алюминия. На некоторых партиях алунда происходит значительная усадка состава при спекании, что приводит к нарушению теплового контакта между подогревателем и катодом и соответственно снижению прочности и надежности катодных узлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления катодного узла ЭВП, включающий заполнение пространства между катодом и подогревателем изолирующей массой разного зернового состава крупногранулированных(диаметр гранул не болев 100 мк) и мелкогранупированных частиц (диаметр гранул не более 50 мк) с последующим обжигом в водороде при

1700-1800 С (э-ка Японии М 44-90 416 по кп. Н 01 J), Однако возможное рассмотрение изолирующей массы по гранулометрическому составу (концентрация мелкой фракции у корпуса и подогревателя) приводит к появлению дефектов в спеченном изоляционном составе и снижению эксплуатационной надежности катодных узлов за счет повышения тепловых потерь.

Целью изобретения является повышение прочности изоляционного состава и надежности катодных узлов зв счет повышения равномерности гранупометри5

55 ческого состава изоляционной массы, состоящей из двух компонентов различного зернового состава, Цель достигается тем, что в способе изготовления катодного узла электровакуумного прибора, включающем заполнение пространства между керном катода и его подогревателем изолирующей массой разного зернового состава мелко (от нескольких десятых микрона до нескольких микрон) и крупногранулированных(несколько десятков микрон) частиц окиси алюминия, спекание массы в водороде при 1700 — 1800 С, смесь частиц изолирующей массы предварительно до заполнения пространства между керном и подогревателем отжигают при

1200-1250 С в течение 3 ч и перетирают.

Проведенный анализ известных источников информации свидетельствует о том, что операция отжига смеси алундоаых порошков разного зернового состава с последующим перетиранием для получения равномерной изоляционной массы по гранулометрическому составу и как следствие повышения его прочности и эксплуатационной надежности в производстве катодов не применялись, Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Катод изготавливается следующим образом, Формируется эмиттирующее вещество в керне катода. Формуется и алундируется подогреватель. Пространство между подогревателем и керном катода заполняется изоляционной массой. Узел спекают при

1700 †1800 в водороде.

Изоляционный состав для катода изготавливают следующим образом, Алундовый сферический порошок с размером частиц несколько сот или десятков микрон перемешивают с мелкозернистым алундовым Ао рошком с,размером частиц от нескольких десятых микрона до нескольких микрон и свободно насыпанную смесь порошков отжигают при температуре 1200-1250 С в атмосфере водорода воздуха или вакуума в течение 3 ч, а затем растирают s керамической ступе.

Отжиг при более низкой температуре не приводит к необходимым структурным изменениям в смеси алундоаых порошков даже при увеличении времени отжига до 4-5 ч. Эффект изменения гранулометрического состава незначителен, Отжиг при 12001260 С в течение 3 ч способствует изменению тонкой структуры частиц. Мелкие (1 мкм) наиболее активные частицы порошка припекаются к крупньгм сферическим частицам и друг к другу, Крупные частицы мапо2003193 активны при отжиге и легко разделяются при перетирании, Отжиг при более высокой температуре нецелесообразен, так как приводит к образованию грубых конгломератов и снижению прочности спеченной заливки (таблица).

Процессы изменения тонкой структуры частиц при термомеханической обработке имеют диффузионный характер, поэтому оптимальное время отжига, необходимое для полного протекания процессов при выбранной температуре, 3 ч и снижать его нецелесообразно. Повышение времени отжига усложняет технологию обработки.

Предварительно отожженная и растертая смесь алундовых порошков становится более равномерная по гранулометрическому составу, что связано с исчезновением субмикронной фракции мелкого порошка (1 мкм) как единого целого, а также с уплотнением частиц за счет консолидации крупных сферических и мелких частиц порошка уже в и роцессе предварительного отжига, Изолирующая масса из отожженной в оптимальном режиме смеси алундовых порошков не расслаивается по гранулометрическому составу при заполнении пространства между подогревателем и керном катода, так как субмикронная фракция алундового порошка (-1 мкм), которая ранее концентрировалась у керна и поверхности подогревателя, связана в конгломераты.

Пример конкретного исполнения.

Сформировали эмиттирующее вещество в керне катодов. Подогреватели сформировали из проволоки BP-20, проалундировали (толщина алундового покрытия 25-40 мкм). Пространство между подогревателем и керном заполнили изолирующими составами, состоящими из отожженной и растертой смеси сферического порошка окиси алюминия (ЕТО,035.331ТУ) — 24 г и алунда злектровакуумного марки КО (TY ЩЕО.027.000) — 6 г, а также биндера на колоксилине (ОМО.028,206 MK) — 6 мл. Испытывали катодные узлы с изолирующими составами, состоящими иэ смесей, алундовых порошков, отожженных при разных температурах, Свободно насыпанные смеси алундовых порошков отожгли при средних температурах 1100, 1200, 1250, 1300, 1400, 1500 С s водороде в течение 3 ч. после чего растерли порошок в керэмической ступе s течение 20 мин. Иэ смесей компонентов и биндера на коллексилине приготовили состав для заливки по рецепту. Полученными изолирующими массами заполняли алости

Tp>6. — температура узла в рабочем режиме, С ярк.

Результаты испытаний приведены в таблице, где с целью эксплуатационной на20 дежности узлов приведены результаты параллельных испытаний.

С целью оценки механической прочности изолирующей массы выполнили циклические испытания катодных узлов в режиме:

U„= 9 В (Т» = 1470 С): 3 мин включено, 7 мин выключено.

Прочность изолирующей массы оценивалась следующим образом. Подготавливали образцы путем и рессован 1я неотожженных и отожженных смесей порошков окиси алюминия, состоящей иэ сферического порошка (ETO.035.331 ТУ) — 24 г и алунда электровакуумного марки "КО" (ТУЩе0.027.000) — 6 г с добавкой в качестве

35 пластификатора глазури в количестве 0.6 г.

Порошки перемешивали в выпарительной чаше в течение 15 — 20 мин, Образцы прессовали на школьном ручном прессе при P = 60 кгс и спекали в водороде при 1750 С в тече40 ние 10 мин. Результаты испытаний образцов на сжатие приведены в таблице.

Анализ результатов, приведенных в табл,1, свидетельствует о том, что максимальная прочность образцов изолирующей

45 массы достигается при отжиге смеси алун10

50 между подогревателями и кернами катодов и спекали при температуре 1750 С в атмосфере водорода в течение 10 мин. Катоды испытывали на непрерывное горение в форсированном режиме при температуре узла T cn = 1470 С ярк. Долговечность катодов оценивалась в соответствии с

СТПОМ219-87 по формуле

4 Т сп. — Т 6.

50 где D — долговечность катодного узла, ч;

Писа, — долговечность катодного узла при температуре испытаний, ч;

Ти л. — температура испытаний, С ярк; довых порошков при 1200 — 1250 С, что свидетельствует о равномерной и наиболее оптимальной укладке частиц изолирующей массы. На катодных узлах с изолирующей массой, изготовленной из порошков, отожженных при 1200-125ÎОС, получена максимальная долговечность при .надежной стабильности результатов параллельных. экспериментов и высокая механическая прочность изолирующей массы в циклических испытаниях.

Предлагаемый отжиг стабилизирует свойства изоляционной массы. Так, при изготовлении заливки па общепринятой технологии состава: 2«r — сфероидиэированный алунд (ЕТО,035.33 «ТУ), 9 г — алунд марки "КО" (Ще0.027.000 ТУ), 6 мл - биндер (OMO 028.206 МК) из сфероидиэированного порошка п.1 получили значительную усадку массы при спекании; зта партия порошка подлежала заброкованию, На партии сфероидизированного порошка п.34 получили удовлетворительные результаты. Изготовили д,ве новые партии изоляционной массм, . в которые вошли отожженные при 120О С в течение 3 ч и перетертые смеси алундовых порошков иэ п.1 и "КО" п,284 ииз п.34 и "КО" . п.284, При спекании заливок двух этих пар тий получены положительные результаты.

Предлагаемая термомеханическая обработка может быть использована для любой смеси порошков разного зернового состава независимо от их формы.

Для проверки этого предположения приготовили иэоляционнуто массу из злек рокарунда белого ОСТ 2МТ-71-5-84 25А, фракция 6Н со средним размерам частиц неправильной формы 50-89 мкм (24 r) и порошка ааунда электровакуумного марки

"КО" ТУ Щеб.027.000 (6 г) со средней величиной зерна 3-3 мкм. Смесь порошков отожгли при 3250-25 C ярк. в течение 3 ч и перетерли в ступе в течение 20 мин. Прочность изоляционного состава из нвотожженной смеси порошков «7,1 кг/ми, из отожженной смеси 24,3 кг/мм2. Испытания

5 на долговечность катодов с изоляционным составом из отожженной смеси порошков показали положительные результаты. Использование предлагаемого изоляционного состава, состоящего из алундового порошка

10 (или электрокорунда белого) с размером частиц несколько десятков или сот микрон и частиц окиси алюминия размером от нескольких десятых микрона до нескольких микрон, отожженных в смеси друг с другом

35 при 1200-3250 С в течение 3 ч с последующим растйранием позволяет повысить прочность заливочного cocTsaa s 1,5-2 раза, повысить долговечность катодных узлов и значительно повысить их эксплуатацион20 ную надежность, (56} Авторское свидетельство СССР

М 286087, кл, Н 01 Ю 1/24, «969.

Иванова А.в. и др. Обзоры по электрон25 ной технике. Катоды, чЛЧ, Подогреватели, вын. М 9/254/, ЦНИИ "Электроника", М., 3974, с.38.

2003193

Результаты испытаний катодов с изоляционными составами из смесей алундовых порошков разного зернового состава, отожженных при разных температурах.

* Катодные узлы, в которых сгорели подогреватели.

В остальных катодах за критерий долговечности принято изменение температуры узла более чем на 12 С.

Ф ормул а и зоб ре те н и я

Составитель Г.Жукова

Техред fA.Моргентал

Корректор Н.Ревская

Редактор "B.Трубченко

Тираж Подписное

-НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35; Раушская нз6„4/5

Заказ 3236

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА, включающий заполнение пространства между керном катода и его подогревателем изолирующей массой мелко- и крупногранулированных частиц окиси алюминия, спекания массы при 1700 - 1800C, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и эксплуатационной надежности катодов, перед заполнением пространства смесь частиц изолирующей массы отжигают при 1200 - 1250С в течение 3 ч и перетирают.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь частиц перетирают в ступе 20 мин.