Монокристаллическая эмиттерная оболочка и способ ее изготовления



Монокристаллическая эмиттерная оболочка и способ ее изготовления
Монокристаллическая эмиттерная оболочка и способ ее изготовления
Монокристаллическая эмиттерная оболочка и способ ее изготовления

 


Владельцы патента RU 2550744:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Группа изобретений относится к ядерной технике, а более конкретно - к электрогенерирующим каналам (ЭГК) термоэмиссионной ядерной энергетической установки (ЯЭУ), и может быть использована при разработке и изготовлении эмиттерных оболочек долгоресурсных ЭГК для ЯЭУ с реакторами на тепловых и промежуточных нейтронах. Монокристаллическая эмиттерная оболочка представляет собой подложку из упрочненного сплава Мо - (3-6) мас.% Nb, на которую последовательно нанесены слой из W - (1-3,5)) мас.% Nb толщиной 100-300 мкм и эмиссионное покрытие из W. Способ изготовления эмиттерной оболочки включает электронно-лучевую бестигельную зонную плавку подложки из Мо - (3-6) мас.% Nb и нанесение на ее внешнюю поверхность слоя из W - (1-3,5) мас.% Nb методом химических транспортных реакций в реакционном аппарате путем термического разложения хлоридов W и Nb на нагретой подложке, при непрерывном отводе отработанной газовой смеси из реакционного аппарата. Последующее нанесение эмиссионного покрытия из W осуществляют без протока газовой смеси в замкнутом режиме реакционного аппарата. При этом для нанесения слоя из W - (1-3,5) мас.% Nb и эмиссионного покрытия из W используют реакционный аппарат с возможностью перехода в одном процессе от проточного режима к режиму без протока газовой смеси. Повышение эксплуатационного ресурса ЭГК по критерию допустимой диаметральной деформации оболочки твэла за счет уменьшения скорости ползучести эмиттерной оболочки, является техническим результатом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Группа изобретений относится к ядерной технике, а более конкретно - к электрогенерирующим каналам (ЭГК) термоэмиссионной ядерной энергетической установки (ЯЭУ), и может быть использована при разработке и изготовлении эмиттерных оболочек долгоресурсных ЭГК для ЯЭУ с реакторами на тепловых и промежуточных нейтронах.

В процессе разработки эмиттерных оболочек существенное приближение ее свойств к требуемым проектным значениям было достигнуто в 70-е годы прошлого века при замене поликристаллических материалов на монокристаллические. Использование монокристаллических материалов позволило реализовать важное техническое решение - замену монослойной оболочки на биметаллическую, в которой объединены достоинства используемых различных материалов (Mo, W и сплавы на их основе) и разделены функции оболочки между слоями: толстостенная (~1,0 мм) подложка из жаропрочного материала обеспечивает пространственную стабильность твэла, а тонкостенное (100-150 мкм) эмиссионное покрытие - выходные электрические характеристики ЭГК. Устойчивость пограничной зоны между слоями в стационарном и нестационарном режимах эксплуатации ЭГК обеспечивается монокристаллической структурой материалов слоев с одинаковым типом и близкими значениями параметров кристаллической решетки. [Николаев Ю.В. Разработки и исследования НПО «ЛУЧ» в области материалов ЯЭУ прямого преобразования // В кн.: Тез. докл. четвертой международной конф. «Ядерная энергетика в космосе. Материалы. Топливо». Подольск, 1993, с. 7-8].

Применительно к долгоресурсным (7-10 лет) термоэмиссионным ЯЭУ мощностью ≥25 кВт разработана биметаллическая эмиттерная оболочка с монокристаллической подложкой из упрочненного сплава W - (1-3,5)% масс Nb, у которого скорость ползучести на 3-4 порядка ниже, чем у нелегированного материала, а эмиссионное покрытие выполнено из монокристаллического вольфрама (Wмоно). [Гонтарь А.С., Нелидов М.В., Николаев Ю.В., Ракитская Е.М., Федик И.И., Ястребков А.А. Конструкционные и топливные материалы твэлов термоэмиссионных ЯЭУ // Атомная энергия, 2005, т. 99, вып. 5, с. 365-371].

Достигнутое высокое сопротивление ползучести оболочки из монокристаллического сплава вольфрама с ниобием (W-Nb)моно обеспечивает перераспределение во внутреннее свободное пространство твэла объемных изменений диоксида урана, вызванных его распуханием, сохраняя за счет этого высокую пространственную стабильность твэла в процессе эксплуатации.

Подложку из сплава (W-Nb)моно и эмиссионное покрытие из высокочистого Wмоно при изготовлении указанной оболочки получают методом химических транспортных реакций (ХТР) в системах W-NbCl6 и W-WCl6 с использованием реакционных аппаратов как проточного, так и замкнутого типов. [Смирнов В.П., Ястребков А.А., Афанасьев Н.Г., Кошкин Л.Е. Эпитаксиальное выращивание монокристаллического W и сплава W-Nb методом химических транспортных реакций // Цветные металлы, 2007, №11, с. 18-21].

Основной недостаток этой эмиттерной оболочки заключается в ее высокой стоимости, что вызвано необходимостью использовать для изготовления оболочки прозрачный для тепловых нейтронов изотопный W (184W), который многократно превосходит по стоимости естественный W. Кроме того, используемый для изготовления эмиттерных оболочек метод ХТР является низкопроизводительным, что дополнительно повышает стоимость изделия.

Известна также эмиттерная оболочка с подложкой из упрочненного монокристаллического сплава (Mo + (3÷6)% масс Nb) и эмиссионным покрытием из Wмоно [Тачкова Н.Г., Зубарев П.В., Дементьев Л.Н., Джаландинов Д.Н., Ястребков А.А., Афанасьев Н.Г., Снычева В.А., Репий В.А. Исследование высокотемпературной ползучести монокристаллического сплава Мо - 3 мас.% Nb в условиях длительного нагружения // Тугоплавкие металлы, сплавы и соединения с монокристаллической структурой. Издательство «Наука», Москва 1984, с. 196-200].

Указанное техническое решение по конструктивным признакам и решаемой задаче является наиболее близким к предлагаемому и принято за прототип.

Подложку из упрочненного монокристаллического сплава (Мо + (3÷6)% мас. Nb) получают методом электронно-лучевой бестигельной зонной плавки [Репий В.А., Ястребков А.А., Афанасьев Н.Г. Легирование монокристаллов молибдена ниобием в процессе электронной бестигельной зонной плавки // Цветные металлы, 2007, №11, с. 5-17]. Эмиссионное покрытие из W на подложке, как и в предыдущей конструкции, получают методом ХТР в системе W-WCl6.

Достоинства этой эмиттерной оболочки состоят в том, что используемый в конструкции Mo имеет низкое сечение захвата тепловых нейтронов (на уровне 184W), его плотность примерно в 2 раза ниже, чем у W, а используемый для производства подложки метод электронной бестигельной зонной плавки является высокопроизводительным с высоким выходом годного продукта.

Основной недостаток эмиттерной оболочки с подложкой из монокристаллического сплава (Mo-Nb)моно состоит в относительно высокой скорости его ползучести, которая при рабочих температурах и напряжениях на 2-3 порядка выше, чем у сплава (W-Nb)моно. По этой причине область использования рассматриваемой оболочки ограничивалась ЯЭУ мощностью ≤5 кВт и ресурсом 3-5 лет [Гонтарь А.С., Еремин С.А., Лапочкин Н.В. и др. Усовершенствованный одноэлементный электрогенерирующий канал для термоэмиссионных ЯЭУ повышенной мощности // В сб. докладов: Международная конференция «Ядерная энергетика в космосе-2005», Москва - Подольск, 2005, т. 2, с. 279-284].

Более глубокое легирование сплава (Mo-Nb)моно (свыше реализованных 6% мас. Nb) для дальнейшего снижения скорости ползучести неприемлемо из-за сопутствующей потери пластичности, нарушения монокристалльности и других негативных эффектов.

Задача и технический результат, достигаемый при использовании настоящей группы изобретений, - уменьшение скорости ползучести эмиттерной оболочки с подложкой из монокристаллического сплава (Mo-Nb)моно и эмиссионным покрытием из Wмоно в обеспечение указанного длительного (7-10 лет) ресурса энергонапряженного ЭГК по критерию допустимой диаметральной деформации оболочки твэла.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией эмиттерной оболочки, включающей подложку из упрочненного сплава (Мо - (3-6)% мас. Nb)моно и эмиссионное покрытие из Wмоно, между которыми размещен промежуточный слой из (W - (1-3,5)% мас Nb)моно толщиной 100-300 мкм.

Поставленная задача решается также за счет того, что способ изготовления предлагаемой эмиттерной оболочки заключается в получении методом электронно-лучевой бестигельной зонной плавки подложки из Мо - (3-6)% мас. Nb, нанесении на ее внешнюю поверхность слоя из W - (1-3,5)% мас. Nb методом химических транспортных реакций в реакционном аппарате путем термического разложения хлоридов W и Nb на нагретой подложке и непрерывном отводе отработанной газовой смеси из реакционного аппарата и последующем нанесении эмиссионного покрытия из W, которое осуществляют без протока газовой смеси в замкнутом режиме реакционного аппарата.

При этом для нанесения слоя из W - (1-3,5)% мас. Nb и эмиссионного покрытия из W используют реакционный аппарат с возможностью перехода в одном процессе от проточного режима к режиму без протока газовой смеси.

Сущность предложенных технических решений иллюстрируется фигурами графических изображений.

На фиг. 1 схематично изображен поперечный разрез активной части твэла.

На фиг. 2 представлен реакционный аппарат для нанесения покрытий методом химических транспортных реакций, обеспечивающий замкнутый и проточный режимы работы.

На фиг. 3 представлена радиальная деформация эмиттерной оболочки (ΔR) от воздействия распухающего топливного сердечника из диоксида урана при различной толщине промежуточного слоя (hW+Nb) и степени легирования материала этого слоя ниобием.

Работа предложенной конструкции эмиттерной оболочки (фиг. 1) осуществляется следующим образом. Подложка 1 из упрочненного сплава (Мо-Nb)моно и промежуточный слой 2 из (W-Nb)моно обеспечивают перераспределение распухающего топлива 3 во внутреннее свободное пространство твэла, а эмиссионное покрытие 4 - приемлемую удельную электрическую мощность при рабочих температурах эмиттера.

Пример осуществления способа изготовления эмиттерной оболочки.

На внешнюю поверхность цилиндрической монокристаллической подложки диаметром 17,0 мм из сплава МН3, полученной методом электронно-лучевой бестигельной зонной плавки, методом ХТР осаждали слой из W - 1% маc Nb толщиной 300 мкм. Процесс осаждения слоя осуществляли в течение 4 ч в проточном режиме в реакционном аппарате, представленном на фиг. 3.

Аппарат, состоящий из испарителя 5 и реакционного объема 6, размещали в вакуумной камере 7 и вакуумировали через открытый клапан 8 до остаточного давления не выше 0,1 Па. В реакционном объеме 6 коаксиально устанавливали трубчатую подложку 1 с внутренним нагревателем 9 и вольфрамовую сырьевую трубу 10, которые нагревали до 1500-1800 и 1000-1300°C соответственно. Температуру контролировали с помощью инфракрасного двухспектрального пирометра 11. Источником легирующего ниобия и транспортирующего агента хлора являлся кристаллический пентахлорид ниобия 12, который загружали в испаритель 5. Испаритель нагревали до температуры 100-150°C, которую контролировали термопарой. После вывода температуры на заданный уровень клапан 8 закрывали, и пар пентахлорида ниобия поступал в реакционную камеру через ротаметр 13, который позволял поддерживать определенный массовый расход пара пентахлорида ниобия.

В реакционном объеме 6 при высокой температуре ~1800°C протекает гомогенная реакция разложения NbCl5 на NbCl4 (NbCl2) и свободный хлор. Газовая среда, перемещаясь в пространстве между подложкой и сырьем, удаляется из реакционного объема путем полного вытеснения через выходной капилляр 14. Отработанную газовую среду улавливают в конденсаторе 15, который помещен в сосуд Дьюара 16 с жидким азотом 17.

Последующее нанесение эмиссионного покрытия из W осуществляли без протока газовой смеси в замкнутом режиме реакционного аппарата. Для возможности перехода в одном процессе от проточного режима, в котором осаждался (W-Nb)моно к режиму без протока газовой смеси, т.е. условиям реакционного аппарата замкнутого типа, перекрывали капилляр 14 при помощи подвижной заслонки 18. Как показали экспериментальные исследования авторов, на промежуточном слое идет осаждение нелегированного W, поскольку концентрация хлорида ниобия в газовой среде резко снижается. Процесс проводили в течение 2-ч до получения эмиссионного Wмоно слоя ~200 мкм.

Продолжительность режимов осаждения (W-Nb)моно и Wмоно определяли по экспериментальным торировочным зависимостям при фиксированных значениях температур подложки и испарителя.

Поскольку, как отмечалось, скорость ползучести материала промежуточного слоя на порядки (в зависимости от степени его легирования) ниже, чем материала подложки при тех же температурах и напряжениях, то промежуточный слой, несмотря на малую толщину, существенно повышает сопротивление ползучести оболочки в целом.

Представленные на фиг. 2 результаты расчета деформации оболочки под действием распухающего сердечника количественно обосновывают указанный эффект, а также толщину и необходимую степень легирования материала промежуточного слоя в обеспечение заданного ресурса. Для расчета были приняты характерные для ЭГК геометрические размеры (диаметр и толщина оболочки 20 мм и 1 мм соответственно) и рабочие параметры (температура оболочки 1550°C, плотность энерговыделения 100 Вт/см3). Допустимая радиальная деформация оболочки и заданный ресурс приняты равными 0,2 мм и 7 лет соответственно. Из фиг. 2 следует, что при реализуемой в настоящее время максимальной степени легирования W, равной 3,5% мас. Nb, толщина промежуточного слоя составляет 0,1 мм, а приемлемая максимальная толщина слоя 0,3 мм обеспечивается легированием на уровне 1% мас. Nb.

Из фиг. 2 видно, что заданный ресурс (7 лет) достигается лишь при наличии промежуточного слоя, несмотря на малую его толщину и соответственно малое содержание в оболочке дорогостоящего изотопного 184W.

1. Монокристаллическая эмиттерная оболочка, включающая подложку из упрочненного сплава Мо-(3-6) мас.% Nb и эмиссионное покрытие из W, отличающаяся тем, что между подложкой и эмиссионным покрытием размещен слой из W-(1-3,5) мас.% Nb толщиной 100-300 мкм.

2. Способ изготовления эмиттерной оболочки, включающий получение подложки из упрочненного сплава Мо-(3-6) мас.% Nb методом электронно-лучевой бестигельной зонной плавки и нанесение эмиссионного покрытия из W методом химических транспортных реакций в реакционном аппарате, отличающийся тем, что перед нанесением эмиссионного покрытия из W на внешнюю поверхность подложки наносят слой из W-(1-3,5) маc.% Nb методом химических транспортных реакций в реакционном аппарате путем термического разложения хлоридов W и Nb на нагретой подложке и непрерывном отводе отработанной газовой смеси из реакционного аппарата, а последующее нанесение эмиссионного покрытия из W осуществляют при подаче в реакционную зону ионов хлора без протока газовой смеси в замкнутом режиме реакционного аппарата.

3. Способ изготовления эмиттерной оболочки по п. 2, отличающийся тем, что для нанесения слоя из W-(1-3,5) маc.% Nb и эмиссионного покрытия из W используют реакционный аппарат с возможностью перехода в одном процессе от проточного режима к режиму без протока газовой смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам изготовления элементов ионно-оптических систем электроракетных двигателей и источников ионов различного назначения, которые, в частности, могут использоваться в составе технологических ионно-плазменных установок.

Изобретение относится к области изготовления электровакуумных приборов, в частности к способу получения интерметаллического антиэмиссионного покрытия Pt3Zr на сеточных электродах генераторных ламп, и может быть использовано для получения интерметаллических антиэмиссионных покрытий на сеточных электродах генераторных ламп.

Фотокатод // 2542334
Изобретение относится к области электронной техники. В фотокатоде, выполненном из высокочистого полупроводника, область, регистрирующая оптическое излучение, выполнена в виде полупроводниковой мембраны с омическим контактом к несущей ее подложке и расположенной над отверстием в ней, на лицевой поверхности полупроводниковой мембраны расположен диэлектрический слой нанометровой толщины и приемный электрод, отделенный от диэлектрического слоя вакуумным промежутком и выполненный в виде пленок из проводящего полупрозрачного для оптического излучения материала и люминофора, последовательно нанесенных на прозрачную для света подложку.

Изобретение относится к области электронной техники. Вакуумный диод для получения сильноточных электронных пучков большого сечения для возбуждения мощных газовых лазеров, решения задач радиационной технологии, плазмохимии, защиты окружающей среды.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения композиционных катодов для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий.

Изобретение относится к технологии изготовления эмиттеров электронов с пониженной работой выхода, может использоваться в диоде для выпрямителей переменного тока в постоянный при высоких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам лазерной обработки материалов при изготовлении автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода, которые могут быть использованы в области приборостроения электронной техники, а именно в электровакуумных приборах с большой плотностью электронных потоков и микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления МДМ-катода заключается в нанесении на подложку нижнего электрода, диэлектрика, верхнего электрода и формовку структуры.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п.

Изобретение относится к устройствам вакуумной электроники, в частности к источникам для получения электронного потока - автоэмиттерам (холодным эмиттерам) электронов, материалам и способам их изготовления.

Изобретение относится к области электровакуумной техники, в частности к полупроводниковым оптоэлектронным устройствам - фотокатодам, а именно к гетероструктуре для полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, и может быть использовано при изготовлении фоточувствительного элемента оптоэлектронных устройств: электронно-оптических преобразователей фотоумножителей, используемых в детекторах излучений. Гетероструктура для полупрозрачного фотокатода содерит подложку GaAs, далее первый слой AlGaAs, активный слой GaAs р-типа проводимости, второй слой из AlGaAs р-типа проводимости, при этом первый слой AlGaAs является стопорным состава AlxGa1-xAs р-типа проводимости с концентрацией Р1 акцепторной примеси, активный слой GaAs имеет концентрацию Р2 акцепторной примеси, второй слой AlGaAs является буферным состава AlyGa1-yAs с концентрацией Р3 акцепторной примеси, между активным и буферным слоями имеется переходный слой р-типа проводимости переменного состава от GaAs до AlyGa1-yAs, причем изменение содержания алюминия, начиная от границы с активным слоем до границы с буферным слоем, является монотонно возрастающей и непрерывной функцией F1 от толщины переходного слоя, а концентрация акцепторной примеси является монотонно убывающей непрерывной функцией F3 от толщины переходного слоя, начиная от концентрации Р2 у границы с активным слоем до концентрации Р3 у границы с буферным слоем. Изобретение позволяет увеличить квантовую эффективность и интегральную чувствительность фотокатода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного синтеза многокомпонентных наноструктурных нитридных покрытий. Шихта для композиционного катода содержит, мас.%: порошок силицида титана Ti5Si3 13.0-63.0, титан остальное, при этом она содержит кремний в пределах 6-25 ат.%, а исходные порошки в шихте имеют дисперсность 50-160 мкм. Способ изготовления композиционного катода из шихты заключается в том, что готовят порошковую шихту, прессуют из нее заготовку катода и проводят спекание в вакууме, при этом готовят шихту в указанном соотношении, прессуют из шихты заготовку катода до достижения остаточной пористости от 20 до 25%, нагрев заготовки катода до температуры спекания осуществляют в вакуумной печи со скоростью 2-3 град/мин, а спекание проводят при температуре 1100-1250°C и изотермической выдержке 2-4 часа. Получают катод с минимальной плотностью при более высоком содержании в нем кремния. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Фотокатод // 2569917
Использование конструкции согласно изобретению - это фотокатодные узлы вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-1,0 мкм. Предложен фотокатод из высокочистого полупроводника, при этом регистрирующий оптическое излучение слой полупроводника расположен на прозрачной для оптического излучения подложке, его толщина (d) связана с коэффициентом поглощения излучения (α) соотношением d≈(2-5)·α-1, омический контакт выполнен по периферии слоя, а на лицевой поверхности высокочистого полупроводника расположен диэлектрический слой нанометровой толщины и приемный электрод, отделенный от диэлектрического слоя вакуумным промежутком и выполненный в виде пленок из проводящего полупрозрачного для оптического излучения материала и люминофора, последовательно нанесенных на прозрачную для света подложку. Изобретение обеспечивает существенное расширение спектрального диапазона чувствительности фотокатодов при высокой однородности их пространственных характеристик и значительное упрощение технологии изготовления по сравнению с мембранными и острийными конструкциями. 2 ил.

Изобретение относится к области получения углеродных наноструктур, а именно слоев углеродных нанотрубок на металлических подложках, применяемых в качестве холодных катодов (автоэлектронных источников эмиссии). Технический результат - создание простого в изготовлении холодного катода без снижения его эксплуатационных характеристик. Холодный катод содержит слой углеродных нанотрубок и металлическую подложку, которая выполнена пористой, а между металлической подложкой и слоем углеродных нанотрубок содержится слой углеродной сажи. Использование сажи улучшает механический контакт нанотрубок с металлической поверхностью подложки. 3 ил.

Изобретение относится к фотокатодным узлам вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-0,45 мкм. Технический результат - расширение спектральной области чувствительности к электромагнитному излучению. Фотокатодный узел состоит из оптического окна для входного излучения и фотокатода, который выполнен в виде сплошной либо сетчатой мембранной конструкций на основе поликристаллической алмазной пленки, слаболегированной акцепторами, или сплошной поликристаллической алмазной пленки, слаболегированной акцепторами с нано- и микроструктурированной поверхностью, и многощелочного фотокатода, содержащего цезий и сурьму, расположенного на тыльной стороне входного оптического окна в виде пленки наноразмерной толщины в 10-30 нм на расстоянии 0,1-1,0 мм от приемной поверхности алмазного фотокатода. 1 ил.

Изобретение относится к структурам для автоэмиттеров. Изобретение обеспечивает значительное увеличение рабочих токов автокатода, повышение стойкости устройств к деградации и увеличение их рабочего ресурса. В гетеропереходной структуре на поверхности n-слоя со стороны n-p гетерограницы сформирован массив из наноструктурированных объектов, p-слой выполнен в виде алмазной пленки, толщина которой не превышает диффузионную длину электронов, а концентрация акцепторов в нем находится в диапазоне 1020-1024 м-3. В случае частного решения p-слой выполнен в виде совокупности мезаструктур. Гетероструктура и ее частное решение могут быть использованы при конструировании схем и устройств силовой СВЧ-электроники. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к изготовлению углеродных многоострийных автоэмиссионных катодов, используемых в электровакуумных приборах с микросекундным временем готовности. Технический результат - увеличение плотности тока в сечении пучка и ламинарности электронного пучка в 10 и более раз по сравнению с плотностью тока непосредственно на поверхности автоэмиссионного катода. C помощью лазерного излучения на криволинейной поверхности катодного диска формируется матрица микроострий, где перемещение фокуса лазерного луча по поверхности катодного диска в процессе гравировки осуществляется за счет вращения катодного диска вокруг центра кривизны его поверхности, то есть фокус лазерного луча в процессе гравировки всегда находится на криволинейной поверхности катодного диска, а оптическая ось лазерного луча совпадает с радиусом кривизны поверхности диска в любой ее точке. При этом формируются конусообразные микроострия, оси симметрии каждого из которых направлены по радиусу кривизны поверхности. Способ изготовления многоострийного катода из углеродного материала позволяет создать электронную пушку для СВЧ усилителей O-типа (ЛБВО, клистроны и др.) с холодным катодом, микросекундным временем готовности, повышенным на 4÷5% КПД и сроком эксплуатации приборов более 150000 часов. 1 з.п. ф-лы, 2 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 области электронной техники. Способ изготовления эмиссионно-активного сплава катода для электровакуумных приборов СВЧ включает приготовление исходных компонентов сплава заданного соотношения на основе, по меньшей мере, двух компонентов, при этом одного из них - тугоплавкого металла, другого - щелочноземельного металла, соединение исходных компонентов сплава катода в инертной газовой среде посредством высокотемпературного плавления и последующей кристаллизации с обеспечением формирования заготовки сплава катода, при этом, по меньшей мере, двукратного повторения упомянутой технологической операции, обработку заготовки сплава катода с обеспечением ее заданного размера и формы. Исходные компоненты сплава катода приготавливают в виде бинарного сплава, состоящего из каждого из двух упомянутых компонентов сплава катода, при этом компонент щелочноземельного металла берут в виде интерметаллического соединения тугоплавкого и щелочноземельного металлов при их стехиометрическом соотношении 5:1, повторение упомянутой операции соединения исходных компонентов сплава катода осуществляют двукратно, при этом в первый раз при избыточном давлении инертной газовой среды (1,1-1,2)×105 Па, во второй раз при пониженном давлении инертной газовой среды не более 5,0×104 Па и при изменении расположения заготовки сплава катода на 180 градусов относительно ее первоначального технологического расположения, а обработку заготовки сплава катода осуществляют посредством ее прокатки, при этом в два этапа, на первом - при температуре 1250-1350°С, с шагом прокатки 0,2-0,3 мм, при изменении после каждого шага прокатки направления заготовки сплава катода на 90 градусов с последующим отжигом в вакууме, при температуре не менее 1000°С, в течение 1-1,5 ч, при давлении остаточных газов не более 1,33×102 Па, на втором - при комнатной температуре, с шагом прокатки не более 0,1 мм до степени деформации заготовки сплава катода 60-70%, далее с шагом прокатки не более 0,05 мм. Технический результат - повышение плотности и стабильности эмиссионного тока, повышение коэффициента вторичной электронной эмиссии, снижение себестоимости, повышение срока службы катода. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных приборов, в частности холодных катодов моноблочных газовых лазеров. Способ создания анодной окисной пленки холодного катода газового лазера в тлеющем разряде постоянного тока, включающий сборку технологического прибора, установку холодного катода газового лазера и составного анода в конструкцию, напайку на вакуумный пост, проверку на вакуумную плотность, откачку до высокого вакуума, наполнение газом, зажигание тлеющего разряда постоянного тока между рабочей частью составного анода и холодным катодом, ионное травление и анодное окисление холодного катода, тренировку и стабилизацию рабочих свойств холодного катода, отличающийся тем, что после высоковакуумной откачки технологический прибор наполняют газообразным кислородом, проводят очистку рабочей поверхности холодного катода газового лазера в тлеющем разряде кислорода посредством зажигания и поддержания тлеющего разряда между холодным катодом, находящимся под отрицательным потенциалом напряжения постоянного тока, и составным анодом, после высоковакуумной откачки технологического прибора его наполняют инертным газом с массовым числом не менее 20, проводят ионную очистку рабочей поверхности холодного катода газового лазера в тлеющем разряде инертного газа с массовым числом не менее 20 посредством зажигания и поддержания тлеющего разряда между холодным катодом, находящимся под отрицательным потенциалом напряжения постоянного тока, и составным анодом, после высоковакуумной откачки наполняют технологический прибор газообразным кислородом до давления, превышающего давление наполнения кислородом на этапе очистки рабочей поверхности холодного катода, проводят очистку рабочей поверхности холодного катода газового лазера в тлеющем разряде кислорода посредством зажигания и поддержания тлеющего разряда между катодом, находящимся под отрицательным потенциалом напряжения постоянного тока, и составным анодом, после высоковакуумной откачки наполняют технологический прибор газообразным кислородом, изменяют полярности напряжения, подаваемого на холодный катод газового лазера и составной анод, на противоположные, проводят анодное окисление рабочей поверхности холодного катода газового лазера в тлеющем разряде кислорода посредством зажигания и поддержания тлеющего разряда между катодом, находящимся под положительным потенциалом напряжения постоянного тока, и составным анодом, изменяют полярности напряжения, подаваемого на холодный катод газового лазера и технологический анод, на противоположные, проводят измерение величины напряжения горения в тлеющем разряде газообразного кислорода между катодом, находящимся под отрицательным потенциалом напряжения постоянного тока, и составным анодом при выбранном для измерения напряжения токе разряда в течение минимального времени, достаточного для проведения измерения, после этого меняют полярности напряжения, подаваемого на холодный катод газового лазера и составной анод, на противоположные, прекращают анодное окисление рабочей поверхности холодного катода газового лазера, находящегося под положительным потенциалом в тлеющем разряде кислорода, сразу после того, когда во время измерения напряжения горения при смене полярности величина напряжения горения между холодным катодом, находящимся под отрицательным потенциалом, и технологическим анодом, стабилизируется или пройдет минимум при величине тока разряда, выбранной для измерения напряжения, причем величину тока тлеющих разрядов на всех этапах обработки устанавливают не ниже величины рабочего тока газового лазера, а величину давления газового наполнения технологического прибора на любом этапе обработки устанавливают не выше половины величины давления рабочего наполнения газового лазера. Технический результат - создание оптимальной по толщине анодной окисной пленки на рабочей поверхности холодного катода газового лазера в составе технологического прибора в тлеющем разряде постоянного тока, гарантирующей стабильно повторяемые и пониженные на 10-20% значения напряжения горения и зажигания газового разряда с холодным катодом, повышенную стойкость холодного катода к распылению в условиях тлеющего разряда и увеличенный не менее чем в 2 раза ресурс его работы в газовом лазере. 3 ил., 2 табл.
Наверх