Катод отпаянного газового лазера и способ его изготовления"(варианты)

Катод отпаянного газового лазера и способ его изготовления"(варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Катод отпаянного 1;аэового лазера, выполненный в виде полого цилиндра из электропроводящего эмитируидего материала, отличаюГ4 и и с я тем, что, с целью повышения срюка службы лазера, полый цилиндр выполнен трехслойным из карбидов металлов V а-группы периодической системы элементов с внешними слоями состава МеСо74. o.q и внутренним слоем состава MeCo,Q2. соответственно или из полукарбида при соотношении толщин слоев от Itlil до 1jO, 25:1. 2. Способ изготовления катода, С включакядий нагрев графитовой заготовни в атмосфере пентахлорида тантала W или ниобия и аргона, о т л и ч а torn и и с я тем,что заготовку с толщиной стенки , составляющей 0,5-0,7 тол--, щины стенки готового катода, нагревают до 2300-2500с и выдерживают ггри § этой температуре в течение 5-8 ч. 3. Способ изготовления катода, включающий нагрев заготовки из тан (У1 тала или ниобия в засыпке из порошкового графита в атмосфере аргона, о т- i личающийся тем,что ЗЗГОТОЕ-. ку с толщиной стенки, составляющей 0,56-0,95 толщины стенки готового ка-, тода, нагревают до 2000-2200 С и выдерживают при этой температуре в те-; чение 5-10 ч.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 0 1 Т 1/ 3 0 ) Н 0 1 У 9 0 2

K списочник изоБЮтьния

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21)- 2982971/18-21 (22) 19 ° 09.80 (46) 30.10.83. Бюл. )) 40 (72) Г.A.Ìà÷óëêà, Н.H.Репников, С.Д.Соболева, Р.,К,Чужко, П.Г.Цыба, М.A.Ôåíèí и Г.И.Демичев (53) 621.385.032.212(088.8) (56) 1. Патент США 9 3500242, .кл. 331-945, 1970.

2. Ракитин С ° П. и др. Некоторые результаты применения карбидов переходных металлов для катодов электронных устройстн. Радиотехника и электроника, т. 1Х, 1964, с. 902904.

3. Струк Л.И.,Основные особенности прессования карбидон. Сб. Тугоплавкие карбиды . Киев, Иаукова думка, 1970, с. 45-51.

4„ Ильина О.К. и др. Серия ОКГ на углекислом газе на осноне базовой конструкции типа ЛГ-17. Сб. Квантовая электроника, 1971, нып. 6, с.,78 (прототип) °

5. Репников Н.Н. и др. Физико-xs"" мические условия осаждения íà графите карбида ниобия, Сб, Температуроустойчивые защитные покрытия . Л,, Наука, 1968, с. 124 (прототип).

6. Самсонов Г.В. и др. Тугоплавкие покрытия, М., Металлургия, 1973, с. 315 (прототип). (54) КАТОД ОТПАЯННОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИAHTbl), (57) 1. Катод отпаянного газового лазера, выполненный н виде полого цилиндра из электропронодящего эмитирующвго материала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения срока службы лазера, полый цилиндр выполнен трехслойным из карбидов металлов )(а-группы периодической системы элементон с внешними слоями состава МеС )7 . ор и внутренним слоем состава МеС д р о„з соответственно или из полукарбнда МеСп при соотношении толщин слоев от 1)1)1 до 1:0 25:1.

2. Способ изготонления катода, включающий нагрев графнтовой заготов- . 9 ки в атмосфере пентахлорида тантала или ниобня и аргона, о т л и ч а юшийся тем,что заготовку с толщиной стенки, составляющей О, 5-0, 7 тол-.; щины стенки готового катода, нагревают до 2300-2500 С и выдерживают при этой температуре в течение 5-8 ч.

3. Способ изготонления катода, включающий нагрен заготовки из тантала или ниобия в засыпке из порошкового графита в атмосфере аргона, о т- л и ч а ю шийся тем чтозаготон-, ку с толщиной стенки, составУЖющей

0,56-0, 95 толщины стенки готового ка. тода, нагревают до 2000-2200 )C и выдерживают при этой температуре в течение 5-10 ч, . 1051611 катода (малая распыляемость, устойчивость в газовой среде и т,д. ) и его механической прочности как конструктивного элемента лазера.

Как установлено экспериментально, требуемые эксплуатационные свойства катода обеспечиваются составом монокарбида МеСр 4

I слоев МеС о > д z> ), имеющего большую вязкость, чем монокарбиды, при втором варианте способа его изготовления.

Соотношения толщин слоев от

1:1:1 до 1:0,5:1 в первом варианте способа изготовления катода н от

1:0,5:1 до 1:0,25:1 во втором как установлено экспериментально, обеспечивают необходимую механическую прочность катода как конструктивного элемента лазера °

Согласно первому варианту способа изготовления катода в качестве основы используют полую графитовую заготовку с толщиной стенки, составляющей определенную долю толщины готового катода в пределах 0,5-0,7. Заготовку нагревают в смеси паров пентахлорида тантала или ннобия и аргона (1,5-2 гр/л аргона) до 2300-2500 С и выдерживают при этой температуре в указанной газовой среде 5-8 ч. Температуру и длительность процесса, ис"40 ходную толщину заготовки и концентрацию пентахлорида выбирают таким образом, чтобы обеспечить протекание процесса карбидизации с образованием трехслойной карбидной структуры требуемого состава и соотношения толщин слоев °

Трехслойная структура катода обеспечивается тем, что при выбранных па- раметрах процесса на всей поверхности графитовой заготовки одновременно

5О образуется плотный карбидный слой (внешний), при этом дальнейший рост карбида может осуществляться только эа счет диффузии углерода иэ внутрен" ней графитовой основы, которая на определенной стадии процесса превращается в разрыхленную структуру, по межзеренным границам которой проникает пентахлорид, превращая ее в к арбид, армирующий внешние слои. При 60 температуре процесса ниже 2300 С фор-, мируются слишком плотные внешние слои, в результате чего процесс карбидизации резко замедляется и достичь нужного результата эа привила-,Я мое в ремя нева эможно ° При температуре, превышающей 2500 С, происходит формирование рыхлых карбидных слова из-эа протекания реакции в объеме, Исходную толщину заготовки выбирают путем вычисления плотности карбида тантала или ниобия и экспериментального уточнения, Меньшие значения толщины 0,5-0,6 относятся к карбиду ниабия, а большие 0,6-0,7 — к карбиду тантала.

Поскольку все условия проведения процесса изготовления катодов с тре" буемыми параметрами взаимно увязаны, время карбидизации устанавливают экспериментально по результатам металлографического, рентгеноструктурного анализа готовых катодов н изменения веса графитовой заготовки после кар" бидизации. Укаэанные пределы (5-8 ч) обеспечивают полный перевод графита в карбидную структуру.

Согласно второму варианту способа изготовления катодов металлическую заготовку (из тантала или ниобия соI ответственно) с толщиной стенки, составляющей 0,,5-0,95 толщины стенки готового катода, нагревают в засыпке из порошкового графита в инертной ,среде до 2000-2200 С и выдерживают при этой температуре 5-10 ч. Режим и толщину заготовки выбирают таким образом, чтобы обеспечить протекание

1 процесса карбидизации с образованием, трехслойной карбидной структуры требуемого состава и соотношения талщин, Трехслойная структура катода в этом случае обеспечивается тем, что карбидизация металлов V а-группы происходит в соответствии с диаграммой состояний Ме-C т.е. в наружных слоях, контактирующих с углеродом, образуется монокарбид МеС, где Х может принимать значения, близкие к верхнему пределу гомогенности карбида,. а внутренний слой превращается в пдлукарбид при больших временах выдержки.

Реальные скорости процесса зависят от многих параметров и не могут быть рассчитаны теоретнчески с требуемой точностью. Поэтому необходима экспериментальная отработка условий проведения процесса и параметров получаемых катодов. При температуре ниже 2000 С процесс карбидизации резко о замедляется, что приводит к значительному увеличению времени карбидизации. При температуре выше 2200 С процесс карбидиэации сопровождается дефектообразованием в растущих кар бидных слоях и изменением формы катода за счет внутренних напряжений и пластической деформации. При получении катодов иэ карбида ниобия температура выдерживается в пределах

2000-2100 С, а из карбида тантала

1051611

Параметры получаемых катодов процесса заготовок

ТеЛЬ" Pat.Hß ПЕН г

1=

И с хоД -«B R толщина, >

)> TeM.—.e р:=

Кратность

Состав слоя оотно ение

М.атери,ьл

> о С (> ность тахлорида увели— чения

ОЛШИ Н лаев внутрен него в нешнеаргона г/л веса го исходной заго" тонки

Вариант I

Тасо, г

Тас о,а>3

-"« С о аа

NbCa 93

l:0,3;l Тасо-«

7.500

О, >5

ГраФит

ТаСоq

7.300

);Q,z:1 WbC74

2g 0Q

0,б

N-С 09л

1:1 1

Варкант II

Ниобий

NbCQ,5 тасо, NbCQ<5

ТаСо,q

1: О, 5: 1 Nb

110,25:1таСОВ

1,0 3rl NbCQ

2000

Тантал

Ниобкй

1,0,5:1

ТаСо, 2100

Тантал

2100--2200оС. Поскольку все усЛбвия проведения процесса изготовления, катодов с требуемыми параметрами взаимно увязаны, время проведения прОцесса RBляется c MMHp èùHM фактором и его значения устанавливаются экспериментально на основании метал-" ,логра4ического анализа, Время проне>дения прОцессе увеличивается с пОни""

;жением температуры и уменьшением тол щины внутреннего слоя МеС<5, Так (О как полукарбкды тантала и ниобия имеют очень узкую область гомогенности к гексагональную решетку, по рентге = конским данным не удалась установить вариации состава полукарбида. 15

Конкретные условия осуШествления первого и нторогo нариантов предлагаемого способа и гареме тры получаемых катодов представлены н табл.

На чертежи представлен-. неэульта- О ты сравнительных испытаний отпаянных

СО2 -лазеров тига ЛГ- 25 с различными катодами, где кривой 1 гокаэано измене нке но времени мошностк излуче-" ния прибора с металлическим (ковараным) катодом, кривой 2 — то же„ для прибора с предлагаемым катоцом из карбида тантала (первый наркант способа изготонления катода) и кривой

3 — то же, для прибора с предлагаемьм катодом из карбида ниобия (второй вариант изготовления катода), Как видно иэ результатов сpавнительных испытаний, r«pHMeненке предлагаемый катодов иэ карбида тантала или ниобия, изготовленных указанными способами, познолило увеличить срок службы отпаянных СОа-лаэерон

ЛГ-25 с 500 до 2000 ч и более. При этом одновременно обеспечинается максимальнО вОЭМОжнОе значение удельнОй мошности излучения на единицу длины и поддержание ее практически неизменной во времени. установлено также, что ограничение по долгонечнасти накладывается «е влиянием катода, а других Факторов,, устранение которых должна обеспечить дальнейшее унеличение срока службы.

Таким Образом, преимущество предлагаемого катода газового лазера r«o сравнению с известными заключается н увеличении н несколько раэ долговечности лазеров, Вто относится не только к CU> но также ко многим другим газовым лазерам, н которых распыление к-. òîäà и.грает принципиальную роль !Hà 0 гелий-неоновьм и т.z-.), Таким образом, использование предлагаемого катода Обеспечивает значительный зкономический зф— факт н народном хозяйстве, 1051611

so

Я

g0

1 и

0 500 (000 /500

И00 7500 ЛОРА (pa службм(час) Составитель Г.Жукова

Техред С.Легеза Корректор Л.Патай

Редактор A.Kypax

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

Заказ 867B/52 Тираж 703 Подпис ное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5