Способ изготовления нераспыляемого газопоглотителя

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ABTOPCNОAA Y CBNQETHlbCT83 (ii>89252 1 (б! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) аивлеио 11.04,80(21) 2909664/18-21 (51)M. Кл.

Н 01 J 7/18 с присоединением заявки №

1осударствеиный квинтет

СССР (23)приоритет по делан изобретений и orêðûríé

Опубликовано 23.12.81, Бюллетень № 47 (53) УДК 621.3. .032. 14 (088.8) Дата опубликования описания 25.12.81

В. Е, Вислоух, Л. Н. Зыченко, Л. Б. Кузнещ в„В. И. Разгуляева, . A. С, Соболева и А. Л. Шапиро

1

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕРАСПЫЛЯЕМОГО

ГАЗОПОГЛОТИТЕЛ Я

Изобретение относится к вакуумной технике и предназначено для использования в алектровакуумном приборостроении и в вакуумных системах для обеспечения высокого разрежения.

Известны способы изготовления нерас3 пыляемого газопоглотителя, заключающиеся в нанесении геттерируюшего покрытия путем окунания, намазывания или к атафореза.

При таких способах предварительно приготавливают пасты, представляющие собой раствор коллоксилина в бутилацетате различной концентрации, иногда в качестве связки используется коллоидная т5 кремниевая кислота. Порошок геттернрующего материала перемешивают с бинаером и обмазывают или окунают в пасту детали, нанося тонкие слои геттера на поверхности. Затем детали просушиваются в сушильном шкафу с водяной завесой, Катафорез более экономичен и обеспечивает лучшую равномерность геттерного покрытия по толщине Г1 .

Однако способы не обеспечивают равномерности поглощающего слоя по толщине. Наплывы и утолщения слоя вызывают появление трещин и отслоение огдельных слоев при сушке, сорбционные свойства имеют неудовлетворительную воспроизводимость. При откачке наблюдается большое газовыделение. Кроме того, такие разопоглотители имеют высокую рабочую .температуру порядка 200-300 С, и малую механическую прочность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся в свободной засыпке порошка геттерирующего материала в спе» циальные формы и его последующем высокотемпературном спекании.

Порошок титана или другого активного металла засыпают в цилиндрические ка меры и спекают его в течение одного ча са в вакуумной печи при 860-900 С при давлении не выше 5 10 Па. Затем crre

Э ченные цилиндрики газ опоглотителя извлек каются из формы и из них вытачивают дис

892521

4 ки, которые крепятся в электровакуум ом приборе путем точечной сварки при помощи полос из фольги титана, никеля или ковара С22

Недостатки известного способа заклк чаются в том, что при увеличении диаметра заготовки резко уменьшается меха" ническая прочность, а при увеличении тол шины писка не имеет место взаимодействие газа с глубоко режашим от поверх î ности материалом газ5поглотителя и ос- новная часть геттера используется малоэффективно и лишь обеспечивает делось ность формы.

Газопоглотитель, изготовленный данным способом, целесообразно применять лишь в вакуумных приборах малых габаритов, с небольшими газовыми нагрузками.

Uesaь изобретения - увеличение герметической поверхности и повышение механической прочности газопоглотителя при сохранении его сорбционных характеристик.

Эта цель достигается тем, что в способе изготовления нераспыляемого газопоглотителя, включающем свободную за» сыпку порошка газопоглотителя и спекания его в вакууме, свободную засыпку порошка газопоглотителя проводят на подложку из нержавеющей стали, покрытую слоем никеля толщиной 20-25 мкм пористостью не более 100 с последующим его вжиганием в среде водорода, после чего производят спекание порошка газопоглотителя с подложкой в вакууме в течение 20-30 мин при температуре 900о -3

950 С и давлении не выше 5-10 Па.

На чертеже приведены зависимости константы скорости поглощения k f4(b)m вибропрочности, характеризуемой величиной максимального ускорения, при котором происходит разрушение образца 4,,д„, У от толщины слоя газопоглотителя h

Слой никеля толщиной 20-25 мкм и пористостью не более 10, нанесенный о

45, иа подложку:

1. Предотвращает образование различных окислов и шпинельных структур на поверхности подложки в процессе вакуумно-технологической обработки и эксплуатации ЗВП. Как показали исследования поверхности методом оже-электронной спектроскопии при температуре свыше

250 С количество, например, атомов хроо ма на поверхности нержавеющей стали резко возрастает и даже при наличии малых количеств кислорода всегда присут ствующего в объеме прибора в молекулярном виде или в качестве компонента па« ров воды, окиси и двуокиси углерода, происходит окисление хрома и образование шпинельных структур типа FE,0 С Оп, N O L:t <0 или их твердых растворов, которые снижают прочность соединения газопоглотителя с подложкой.

2, Предотвращает образование карбидных и интерметаллидных фаз при взаимодействии газопоглотителя с углеродом и металлами, входящими в состав подложки. Наличие карбидных и интерметаллидных фаз, характеризующихся повышенной хрупкостью, также снижает механическую прочность соединения газопоглотителя с подложкой.

3. Улучшает оцепление газопоглотителя с подложкой за счет того, что взаимодействие никеля и геттеризуюшего по рошка носят диффузионный характер, который отличается повышенной механической прочностью.

При отсутствии никелевого покрытия в период вакуумно-технологической обработки и эксплуатации ЭВП происходит интенсивное окисление подложки, например атомов хрома на поверхности нержавеющей стали, и постоянное увеличение толщины оксидных пленок, что ведет к дальнейшему снижению прочности соединения.

Предварительное нанесение слоя никеля на подложку приводит не только к улучшению адгезии газопоглотителя и подложки, но и, в основном, преотврашает образование в процессе вакуумнотехнологической обработки и эксплуатации приборов структур, снижающих их надежность и долговечность.

Толщина наносимого слоя никеля лежит в пределах 20-25 мкм и является оптимальной, так как при толщине менее

20 мкм не достигается требуемая рав» номерность толщины слоя никеля на подложке, а при толщине покрытия более

25 мкм наблюдается отслоение никеля т поверхности подложки.

Нанесение слоя никеля на подложку может осуществляться. различными способами - гальваническим, плазменным, вакуумным напылением и т.д. Пористость никеля при этом для указанных толшин покрытия не должна превышать 10, так как при пористости выше 10 не обеспечивается надежная зашита поверхности подложки от окисления. Контроль порис тости никелевого покрытия провопится визуально после проведения отжига в водородной печи - при пористости никеля

89252 1

5 свыше 10% на его поверхности появляются темные пятна окислов. Механическая прочность соединения достигается благодаря спеканию гвзопоглотителя при 900-960 С в течение 20-30 мин в 5 о вакууме при 5 ° 10 Па, что приводит к диффузному взаимодействию частиц газопоглотителя между собой и с материалом по цл ожки.

Свободная засыпка предварительно подготовленного геттерируюшего порошка, например титана, на подготовленную подложку, например корпусные детали крупных ЭВП, изготавливаемые из нержа» веющей стали, при толщине слоя менее 15

0,8 мм, уменьшает скорость сорбции и сорбционную емкость. Увеличение толщины слоя более 1,5 мм приводит к снижению механической прочности за счет того, что при этом происходит увеличение ве- 26 са газопоглотителя, а прочность сцепления частиц между собой и материалом подложки остается постоянной и при испытаниях на вибропрочность происходит отслоение газопоглотителя. Так как удельные 35 нагрузки при проведении виброиспытаний особенно значительны в месте контакта газопоглотителя с подложкой и в слоях, лежащих в непосредственной близости от нее, то и,разрушение наиболее вероятно 30 в этих местах.

Механическая сталеструйная обработка подложки увеличивает шероховатость по- верхности, в результате чего возрастает поверхность контакта и уцучшвется сцеп- 35 ление подложки с никелевым покрытием и никелевого покрытия с газопоглотителем.

Подготовка подложки, в качестве кс»торой используются корпусные детали и поверхности внутренней арматуры прибс»ра, заключается в том, что сначала производят механическую сталеструйную об» работку поверхности, далее поверхность химически очищают от загрязнений и окисных пленок путем травления, промывают слоем никеля толщиной 20-25 мкм, вновь промывают в УЗ ванне цеионизованной водой, просушивают в сушильных шкафах при

60-80 С, проводят вжигание никеля в воо дородных печах.

Параллельно с по дгот овк ой подложки подготавливают порошковый газопоглотитель. Порошок газопоглотителя обезгаживают при 650-700оС в течение 1-2 ч в ваку мной печи при давлении не выше

1 -1& I1a. Эвтем порошок просеивают через сита с соответствующим размером ячеек, что обеспечивает оптимальный гранулометрический состав.

Д алее свободно насыпают порошок газопоглотителя на предварительно подготовленную подложку слоем толщиной 0,81,5 мм и проводят синтезирование порошка с подложкой B вакуумной печи при

900-950 С в течение 20-30 мин и давлении не выше 5 ° 10 4Па.

При температуре свыше 950 С или времени спекания более 30 мин происхоцит рост диаметра гранул газопоглотителя и ухудшение вследствие этого его сорбционных характеристик.

Соответственно при температурах менее 900 С и времени спекания не прес вышаюшем 20 мин получается газопоглотитель с недостаточной механической прочностью.

При увеличении давления во время процесса спекания выше 5 ° 10 Па так4 же резко ухудшаются сорбционные характеристики газопоглотителя.

После этого печь охлаждают, готовую деталь вынимают и подают. на окончательную сборку. Активировкв газопоглотителя проводится в процессе вакуумно-технологической обработки прибора при 600650 С в течение 10-15 ч и давлении не о

abtme 5 ° 10"5 Па.

Конкретные примеры изготовления газопоглотителя показаны на графиках, где приведены зависимости скорости поглощения для водорода К и вибропрочности, выраженной величиной максимального ускорения „рри котором происхоцило разрушение покрытия, снятые в зависимости от толщины слоя газопоглотителя 4 .

ВелиАчинв,ц„опрецелялвсь соотношением, „у, где Ап - фиксированная амюцх - То плитуда виброперемещения, равная 0,5 мм, - частота, при которой проводилось испытание, Гц, Константа скорости поглощения К измерялась через 90 мин после проведения активировки газопоглотителя, когда величина K стабилизируется и качи нает определяться процессами .диффузии.

Газопоглотитель обладает хорошими сорбционными характеристиками в широком интервале температур от 20 цо 400 С вслецствие высокой пористости (порядка

70%) .

Использование предлагаемого способа изготовления нераспыляемого газопоглотителя приобретает особое значение для крупногабаритных электровакуумных при боров, например цля мощных электроннолучевых вентилей, обьем которых может превышать кубический метр. В этом случае применение большого количества таблеток малого размера требует создания спе89252 1 циальных конструктивных узлов и становится малоэффек авизным, Геометрическая поверхность гаэопоглотителя в предлагаемом способе изготовления, без потери механической прочности, ограничивается только размерами корпусных деталей прибора, на которые наносится геттер, и может достигать больших размеров.

Кроме того, детали прибора, покрытые слоем газопоглотителя, не выделяют газ в вакуумный объем, за счет чего значительно уменьшается врэмя обработки прибора на . откачном посту н улучшаются вакуумные уславия в период эксплуатации электроннолучевых приборов.

Формула изобретений

Способ изготовления нераспыляемого газопоглотителя для электровакуумных приборов, включающий свободную засыпку порошка гаэопоглотителя и спекания его в вакууме, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью увеличения геометрической поверхности и механической прочности газопоглотителя при сохранении его сорбционных характеристик, свобод5 . ную засыпку порошка газопоглотителя проводят на подложку иэ нержавеющей стали, покрытую слоем никеля толщиной

20М5 мкм пористостью не более 10% с последующим его вжиганием в среде

1Î водорода, после чего производят спекание порошка газопоглотителя с подложкой в вакууме в течение 20-30 мин при температуре 900-950оС и давлении не выше 5 ° 1(Т4 Па.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Попов В. Ф. Нераспыляемые газопоглотители. Л., "Энергия", 1975, с, 75.

zo 2. Скакун А. И., Махонов В. И., Алек. санпров С. И. Магниторазрядные насосы с катодами из пористого титана. Электронная техника, 1971, вып. 1, сер. 1, с. 100 (прототип).

89252 1

Составитель Г. Жукова

Редактор А. Шишкина Техред И. Гайду Корректор Е. Рошко

Закаэ 11268/76 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/8

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4