Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода



Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода
Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода

 


Владельцы патента RU 2459306:

Сахаджи Георгий Владиславович (RU)
Конюшин Александр Валентинович (RU)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам обработки эмиттирующей поверхности металлопористых катодов электронных приборов СВЧ-типа. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного распределения микроотверстий по эмиттирующей поверхности катода, идентичности их геометрических размеров, увеличение эмиссионной способности. Согласно изобретению осуществляют механическую обработку эмиттирующей поверхности катода и направляют импульсное лазерное излучение на эмигрирующую поверхность. В результате лазерного воздействия происходит вскрытие завальцованных пор с обеспечением формирования равномерно распределенных по эмиттирующей поверхности микроотверстий. Длина волны λ (мкм) импульсного лазерного излучения и глубина микроотверстий h (мкм) подчинены соотношению: λ/h=0.009÷0.13 для ультрафиолетовой области излучения, λ/h=0.019÷0.26 для диапазона видимого излучения, X/h=0.039÷0.84 для инфракрасного излучения. Затем наносят на эмиттирующую поверхность слой металла платиновой группы и осуществляют термическую обработку эмиттирующей поверхности. 1 з.п. ф-лы., 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам обработки эмиттирующей поверхности металлопористых катодов электронных приборов СВЧ-типа - ламп бегущей волны (ЛБВ) и ламп обратной волны (ЛОВ). Может быть использовано для повышения и обеспечения стабильной эмиссионной способности металлопористых катодов.

При производстве металлопористых катодов осуществляют операцию механической обработки, при которой пропитанную активным веществом губку катода обрабатывают резцом для формирования заданной конфигурации узла. Вследствие механической обработки металлопористого катода происходит нарушение структуры поверхности эмиттера - завальцовка поверхностных пор.

Существует несколько способов обработки эмиттирующей поверхности с целью вскрытия завальцованных пор. К таким способам относят травление - термическое, химическое, ионное, ионно-плазменное, а также другие виды обработки - электрохимическую полировку, перекристаллизационный отжиг и т.д.

Термическое травление - вакуумный и водородный отжиг, за практически приемлемое время отжига не приводят к существенному изменению структуры поверхностного деформированного слоя губки катода. Его недостатки - увеличение температуры и времени отжига приводят к уменьшению запаса активного вещества в катоде и, соответственно, к уменьшению долговечности.

Известен способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода [авторское свидетельство SU на изобретение №507902], при котором поверхность катода обрабатывают химическим травлением в соляной кислоте.

Однако химическое травление приводит к гидратации и к изменению необходимого состояния активного вещества в порах губки, а также к неконтролируемым загрязнениям катода посторонними веществами.

Известны также способы обработки рабочей поверхности металлопористых термокатодов [авторское свидетельство SU на изобретение №679001, патент RU на изобретение №1771329], при которых осуществляют обработку эмиттирующей поверхности ионным травлением. После на эмиттирующую поверхность катода наносят металлическую пленку, улучшающую эмиссионные параметры катода, например осмий или его сплавы.

Известны также способы обработки рабочих поверхностей металлопористого катода [патенты RU на изобретения №2004027, 2078389], в которых вскрытие антиэмиссионого покрытия осуществляют путем ионно-плазменного травления.

Недостатком вышеперечисленных способов является трудность контроля равномерности процесса травления. Кроме того, данные способы обработки рабочей эмиттирующей поверхности металлопористого катода имеют большую продолжительность по времени.

Известен также способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода по патенту RU на изобретение №2074445, суть которого - удаление избытка эмиссионного состава с неэмиттирующих поверхностей посредством импульсов лазерного излучения.

Перед данной операцией согласно патенту технология изготовления металлопористого катода включает создание заданной геометрии эмиттирующей поверхности. Основной проблемой в технологии таких катодов является обеспечение четких границ между эмиттирующей и неэмиттирующей поверхностями. Именно это задает границы электронного потока в приборе. Эмиттирующее вещество должно полностью отсутствовать на деталях катодно-подогревательного узла, примыкающих к эмиттирующей поверхности. После изготовления эмиттирующих и неэмиттирующих участков поверхности заданной геометрии осуществляют пропитку пористой матрицы расплавленным эмиссионным составом. Затем удаляют застывший на неэмиттирующих поверхностях избыток эмиссионного состава. Обработку рабочей неэмиттирующей поверхности катода производят посредством импульсов лазерного излучения за счет локального испарения материала.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода [Ли И.П., Рухляда Н.Я. Создание поверхностных структур с заданными свойствами с помощью концентрированных потоков частиц// Физика и химия обработки материалов. 2005. №1], включающий механическую обработку, вскрытие завальцованных пор. Вскрытие завальцованных пор производят с помощью плазменной обработки поверхностного слоя катода мощным коротким импульсом ионов аргона. В результате данной обработки происходит оплавление поверхностного слоя и в нем формируется сетчатая или ячеистая структура, прочно сплавленная с матрицей катода.

Недостатком данного способа является сложность его выполнения, большие энергозатраты и необходимость соблюдения ряда заданных значений параметров для получения результата, например давления в разрядной камере, тока разряда.

Задачей заявляемого способа является обеспечение идентичности геометрии локальных фрагментов на эмиттирующей поверхности катода для создания равномерной и стабильной на длительное время эмиссии.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода, включающем механическую обработку, вскрытие завальцованных пор, последнее производят с помощью направления импульсного лазерного излучения на эмиттирующую поверхность с обеспечением формирования равномерно распределенных по ней микроотверстий, при этом геометрические размеры и длина волны импульсного лазерного излучения подчинены соотношениям:

λ/h=0.009÷0.13 для ультрафиолетовой области излучения,

λ/h=0.019÷0.26 для диапазона видимого излучения,

λ/h=0.039÷0.84 для инфракрасного излучения,

при d/1=0.1÷1,

h/d=0.15÷10,

где λ - рабочая длина волны импульсного лазерного излучения, мкм;

h - глубина микроотверстий, мкм;

d - диаметр микроотверстий, мкм;

l - расстояние между центрами микроотверстий, мкм,

после чего наносят на эмиттирующую поверхность слой металла платиновой группы и осуществляют термическую обработку эмиттирующей поверхности катода.

Заявляется также способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода с вышеописанными признаками, в котором для обработки эмиттирующей поверхности сферического профиля формирование микроотверстий обеспечивают фокусировкой лазерного луча, при которой:

Δf>Δr,

где Δf - протяженность цилиндрического участка сфокусированного лазерного луча в зоне его перетяжки при постоянном диаметре пятна, мм;

Δr - максимальная величина радиуса кривизны эмиттирующей поверхности сферического профиля, мм.

Технический результат предлагаемого способа заключается в упрощении технологии и сокращении времени процесса изготовления катода. В сравнении с наиболее близким аналогом данный способ обработки поверхности катода многократно сокращает время процесса до 16 секунд (а вместе с заваркой и юстировкой до 1 мин на один катод). Для сравнения при плазменной обработке способ длится 6-7 часов (на 19 катодов одновременно).

Кроме того, данный способ позволяет повысить качество изготовляемой продукции, поскольку позволяет получить полностью идентичные по конфигурации торцевые катоды с плоской или сферической поверхностью с однозначным сохранением необходимых геометрических размеров составляющих элементов, влияющих на оптику катодно-пушечного узла. Поэтому способ обеспечивает изготовление катодов со стабильной и равномерной эмиссией пучка и сведением к минимуму паразитной эмиссии. Предлагаемый способ позволяет проводить заданную по размерам обработку эмиттирующей поверхности катода в автоматизированном режиме с учетом радиуса кривизны эмиттирующей поверхности сферического профиля катода и с высокой повторяемостью результатов. Способ имеет преимущества по экономическим, технологическим параметрам при незначительной стоимости используемой установки.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг.1-2, на которых изображено: на Фиг.1 - общий вид металлопористого катода, на Фиг.2 - полученная заявляемым в данной заявке способом эмиттирующая поверхность металлопористого катода. На Фиг.1-2 позициями 1-4 обозначены:

1 - корпус из тугоплавкого металла;

2 - вольфрамовая губка;

3 - эмиттирующая поверхность;

4 - микроотверстия.

Способ осуществляют следующим образом.

Осуществляют механическую обработку поверхностного слоя изготовленного ранее металлопористого катода, представляющего собой корпус 1 из тугоплавкого металла с помещенной в ней пропитанной активным веществом, преимущественно, 3ВаО·АL2О3·0.5СаО, вольфрамовой губкой. Для этого последнюю обрабатывают подрезным резцом. Вследствие механической обработки поверхностного слоя металлопористого катода происходит завальцовка поверхностных пор на глубину 5-10 мкм. Вскрытие завальцованных пор производят с помощью направления импульсного лазерного излучения на эмиттирующую поверхность 3 с обеспечением формирования равномерно распределенных по ней микроотверстий 4. При этом геометрические размеры микроотверстий 4 и параметры лазерного импульсного излучения подчинены следующим соотношениям: λ/h=0,009÷0,13 для ультрафиолетовой области излучения, λ/h=0,019÷0,26 для диапазона видимого излучения, λ/h=0,039÷0,84 для инфракрасного излучения, где λ - рабочая длина волны лазерного излучения, мкм, h - глубина микроотверстий, мкм. Для всех трех видов излучения вышеназванные соотношения справедливы при условии d/l=0.1÷1, h/d=0.15÷10, где d - диаметр микроотверстий (мкм), l - расстояние между центрами микроотверстий (мкм).

Наносят на эмиттирующую поверхность 3 слой металла платиновой группы. Производят термическую обработку эмиттирующей поверхности 3 металлопористого катода для обезгаживания, удаления примесей и т.п. Для обработки эмиттирующей поверхности 3 катода сферического профиля формирование микроотверстий 4 обеспечивают фокусировкой лазерного луча, при которой перетяжка луча в зоне фокусировки составляет цилиндрическую трубку по всей эмиттирующей поверхности 3 катода, т.е. Δf>Δr, где Δf - протяженность цилиндрического участка сфокусированного лазерного луча в зоне его перетяжки при постоянном диаметре пятна, мм, Δr - максимальная величина радиуса кривизны эмиттирующей поверхности 3 катода сферического профиля, мм.

Пример

Способ прошел апробацию в условиях промышленного производства одного из заводов на металлопористых катодах сферического профиля с диаметром эмиттера 2,8 мм и радиусом кривизны эмиттирующей поверхности катода 0,15 мм.

После механической обработки катод жестко закрепили на подставке, поместили в стеклянную колбу и откачали из нее воздух до давления в колбе 1,3 Па (1·102 мм рт.ст.) во избежание окисления поверхности металлопористого катода. Провели обработку эмиттирующей поверхности металлопористого катода импульсным лазерным излучением по программе ЭВМ с учетом заданного радиуса кривизны катода с обеспечением формирования равномерно распределенных по эмиттирующей поверхности катода микроотверстий.

Данный катод выполнен с использованием источника импульсного излучения - твердотельного лазера с длиной волны 1,06 мкм.

Конкретные соотношения в данном примере были обеспечены следующими: d/l=0.75, h/d=0.4, λ/h=0.18, где рабочая длина волны лазерного излучения λ=1,06 мкм, диаметр микроотверстий d=14.75 мкм, расстояние между центрами микроотверстий l=19.7 мкм, глубина микроотверстий h=5.9 мкм.

Фокусировку импульсного лазерного излучения на эмиттирующую поверхность металлопористого катода обеспечивали таким образом, чтобы перетяжка лазерного луча в зоне фокусировки составила цилиндрическую трубку по всей глубине эмиттирующей поверхности катода, т.е. протяженность цилиндрического участка сфокусированного лазерного луча в зоне его перетяжки при постоянном диаметре пятна Δf=1 мм, что больше максимальной величины радиуса кривизны эмиттирующей поверхности сферического профиля Δr=0.15 мм.

Затем покрыли эмиттирующую поверхность катода слоем металла платиновой группы. Произвели термическую обработку эмиттирующей поверхности металлопористого катода, удалив органические загрязнения.

1. Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода, включающий механическую обработку, вскрытие завальцованных пор, отличающийся тем, что вскрытие завальцованных пор производят с помощью направления импульсного лазерного излучения на эмиттирующую поверхность с обеспечением формирования равномерно распределенных по ней микроотверстий, при этом геометрические размеры микроотверстий и длина волны импульсного лазерного излучения подчинены соотношениям
λ/h=0,009÷0,13 для ультрафиолетовой области излучения,
λ/h=0,019÷0,26 для диапазона видимого излучения,
λ/h=0,039÷0,84 для инфракрасного излучения,
при d/l=0,1÷1,
h/d=0,15÷10,
где λ - рабочая длина волны импульсного лазерного излучения, мкм;
h - глубина микроотверстий, мкм;
d - диаметр микроотверстий, мкм;
l - расстояние между центрами микроотверстий, мкм,
после чего наносят на эмиттирующую поверхность слой металла платиновой группы и осуществляют термическую обработку эмиттирующей поверхности катода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обработки эмиттирующей поверхности сферического профиля формирование микроотверстий обеспечивают фокусировкой лазерного луча, при которой
Δf>Δr,
где Δf - протяженность цилиндрического участка сфокусированного лазерного луча в зоне его перетяжки при постоянном диаметре пятна, мм;
Δr - максимальная величина радиуса кривизны эмиттирующей поверхности сферического профиля, мм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для ЭВП. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов (МПК) для однолучевых и многолучевых СВЧ-приборов, преимущественно O-типа.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к материалу для изготовления электродов генератора низкотемпературной плазмы. .
Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для вакуумных электронных приборов. .
Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для ЭВП. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для электровакуумных приборов. .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к реставрации электровакуумных СВЧ приборов большой мощности. .

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к составу материала для изготовления электродов генераторов низкотемпературной плазмы, содержащему связывающее вещество и растворитель, при этом состав дополнительно содержит оксиды лютеция Lu2O3 и неодима Nd2O3 в соотношении между собой 100:20 мас.% и имеет следующее соотношение: связывающее вещество - 10-70, оксиды лютеция Lu2O3 и неодима Nd2O3 - 80-20, растворитель - остальное. Технический результат изобретения состоит в повышении стабильности работы и увеличении срока службы катодов генераторов низкотемпературной плазмы в присутствии агрессивных добавок, используемых для создания экологически безопасных источников оптического излучения. 3 ил., 5 пр.
Изобретение относится к электронной технике, а именно, к способу изготовления металлопористого катодов для вакуумных электронных приборов. Возможность изготовления крупногабаритных катодов со сложной формой эмитирующей поверхности, а также повышение срока его службы за счет создания ламинарного электронного потока с минимальными пульсациями, является техническим результатом заявленного изобретения. Предложенный катод также обеспечивает минимально допустимое оседание электронов в пролетном канале, отсутствие локального перегрева коллектора и отсутствие возвратных ионов и электронов. Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный способ изготовления металлопористого катода включает изготовление запрессовки вольфрамового порошка при давлении P=8-15 т/см2 в стакан, выполненный точением из молибденового прутка, с внутренней высотой, достаточной для формирования в нем пористой губки, которую пропитывают активным веществом при температуре t=1700-1800°C в среде водорода, после чего удаляют избыток активного вещества, стачивают припуск и формируют эмитирующую поверхность, при этом перед запрессовкой в вольфрамовый порошок вводят примесь нанопорошка аморфного ультрадисперсного оксида кремния SiO2 в количестве 0,01-0,08% от веса вольфрамового порошка, и затем отжигают полученную смесь в среде водорода при температуре t=1600-1800°C в течение 5-30 минут. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам реставрации мощных СВЧ-устройств, и может быть использовано для восстановления эксплуатационных характеристик приборов гиротронного типа. Способ включает обработку катода потоком ионов и контроль изменения эмиссионного тока с катода в процессе ионной обработки. Оснащают гиротрон системами напуска и откачки инертного газа, устанавливают давление ри инертного газа в гиротроне удовлетворяющим неравенству pmin<ри<10-5-10-4 Topр, где pmin - минимальное давление инертного газа, при котором необходимое время ионной обработки катода имеет максимально допустимую величину, подают накал на катод и устанавливают мощность накала Р≤Рс, где Pc - стандартный накал катода, включают анодное напряжение и устанавливают его величину, производят ионную обработку катода при избранном анодном напряжении и включенном магнитном поле. Технический результат - упрощение способа реставрации и расширение области его применения. 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении электронных пушек с термокатодами для приборов СВЧ. Cпособ определения величины продольного смещения термокатода (Δк), вызванного его нагревом, в приборе СВЧ, включает измерения тока пушки Iизм. при нулевом и при одном или нескольких отрицательных относительно катода значений напряжения на фокусирующем электроде (ФЭ), причем Δк определяют из сравнения Iизм. со значениями тока пушки и , рассчитанными для двух разных продольных смещений катода Δк1 и Δк2 при том же значении напряжения на ФЭ, при котором был измерен ток пушки Iизм. по формуле: Другой вариант способа включает в себя измерения тока I0 изм. пушки при нулевом относительно катода напряжении U0 на фокусирующем электроде (ФЭ) и тока пушки I1 изм. при отрицательном напряжении U1 на ФЭ и сравнение относительной разности ΔI/I0изм. измеренных значений тока с относительными разностями , рассчитанных значений тока, где ΔI/I0изм.=(I0изм.-I1изм.)/I0изм., и - относительные разности значений тока пушки, рассчитанных для двух разных смещений Δк1 и Δк2, и при тех же значениях U0, U1 на ФЭ, а Δк на основе сравнения определяется по формуле: Технический результат - упрощение технологии определения величины Δк при обеспечении высокой точности этого определения, что позволяет изготовить пушку и магнитную фокусирующую систему с малыми пульсациями пучка в пролетном канале прибора СВЧ, и тем самым предотвратить выход прибора СВЧ из строя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электровакуумных приборах, в частности в магнетронах непрерывного или импульсного действия, работающих в широком диапазоне длин волн. Технический результат - повышение стабильности и воспроизводимости электрических параметров магнетрона за счет использования в нем прессованного оксидно-никелевого катода, обладающего высокой равномерностью плотности тока эмиссии и устойчивостью к деградирующему воздействию ионной и электронной бомбардировок. В магнетроне, содержащем анод и концентрически размещенный внутри него оксидно-никелевый катод, изготовленный путем совместного прессования смеси порошков никеля и эмиссионно-активного вещества, спекания прессовки в среде осушенного водорода при температуре 1000÷1200°С в течение 15-30 мин, в качестве эмиссионно-активного вещества используются агломераты никеля со слоем тройного карбоната, представляющие собой частицы никелевого порошка, равномерно покрытые слоем тройного карбоната бария-кальция-стронция толщиной до 20 мкм. Составляющие исходную рабочую смесь для прессования катода порошки никеля и указанных агломератов никеля со слоем тройного карбоната имеют одинаковый гранулометрический состав. Эмиссионные, тепловые и механические свойства катода могут управляться варьированием зернового состава формообразующего металла и эмиссионно-активного вещества, а также регулированием концентрации этих компонентов в рабочей смеси. Существенно снижена трудоемкость изготовления катода, исключены операции, связанные с применением токсичных, химически активных и взрывоопасных соединений. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для вакуумных электронных приборов. Технический результат - повышение равномерности распределения плотности токоотдачи и долговечности катодов. Способ изготовления металлопористого катода включает запрессовку вольфрамового порошка при давлении 8-15 т/см2 в корпус, представляющий из себя выполненный точением из молибденового прутка стакан, при этом в корпусе последовательно, тремя прессованиями, формируют губку, состоящую из трех слоев, при этом первый, внутренний слой губки катода формируют из смеси 70-90 вес.% порошка вольфрама и 10-30 вес.% активного вещества, затем из порошка ниобия, тантала или гафния формируют второй промежуточный слой, после чего из порошка вольфрама или молибдена, либо их смеси, с добавлением в качестве присадки 0,5-3 вес.% порошка ниобия, тантала или гафния формируют третий внешний слой губки катода, образующий эмиттирующую поверхность. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх