Катодно-подогревательный узел

Катодно-подогревательный узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н О1 J 1/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4416711/21 (22) 02.03.88 (46) 07,05.93. Бюл. N 17 (71) Институт горючих ископаемых и Всесоюзный электротехнический институт им.

В.И.Ленина (72) Л.А.Ашкинази, А.Н.Ермилов, M.È.Ðîгайлин, M,Å.Êàçàêîâ и В,В.Прокимнов (56) Пароль Н,В., Лазанов Б.И., Головченко

А.А„Иофис И.А., Ковалев Б.П., Жолобов

В.Ф, Катод из гексаборида лантана для электроннолучевого оборудования. — ПТЭ, 1984, N5,,с.146.

Патент Великобритании N 2147732, кл. Н 1 D, 1985. (54) КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫЙ

УЗЕЛ (57) Изобретение относится к электровакуумной технике. Цель изобретения — уменьИзобретение относится к электровакуумной технике и может быть использовано в электронных приборах, например в клистронах, лампах бегущей волны.

Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности, т.е. повышение экономичности срока службы катодно-подогревательного узла (КПУ), а также увеличение диаметра эмиттера.

Сущность изобретения состоит в том, что резистивные элементы (РЭ) выполнены из композиционного углерод-углеродного материала с армирующим каркасом из углеродного волокна и пироуглеродной матрицей с соотношением массы волокна и пироуглерода 40 — 607, причем функцию нагревателя выполняет не верхний РЭ (как в Ы,, 1544084 А1 шение потребляемой катодом мощности, повышение срока службы КПУ, а также увеличение диаметра эмиттера в КПУ. КПУ состоит из эмиттера I, верхнего резистивного элемента 2, нижнего резистивного элемента

3, тепловых экранов 4 и токоподводов 5.

Резистивные элементы выполнены из композиционного углерод-углеродного материала так, что сопротивление верхнего элемента в 2 — 5 раз меньше сопротивления нижнего, чем обеспечивается эффективный нагрев эмиттера большого диаметра. Экономичность КПУ повышается за счет повышенной жесткости углеродных нагревателей и малого допускаемого зазора между ними.

Срок службы КПУ с эмиттером из гексаборида лантана возрастает за счет инертности углерода по отношению к гексабориду. Замена металлических эмиттеров позволяет снизить стоимость КПУ в 4 — 5 раз. 1 ил„2 табл. прототипе), а нижний; верхний же РЭ, íà Ql котором крепится эмиттер, является обрат- ф „ ным токопроводом, при этом отношение со- ф противления верхнего РЭ к сопротивлению «) нижнего от 1:2 до 1:5. При использовании р композиционного углерод-углеродного материала для изготовления РЭ КПУ и соответствующих конструктивных измерений удалось создать экономичный прочный и компактный КПУ с компенсацией магнитного поля и диаметром эмиттера 6-15 мм.

Эффективность применения композиционных углерод-углеродных материалов определена следующими их свойствами: удельное сопротивление на два-три порядка превышает сопротивление тугоплавких металлов, вследствие чего удается г снизить

1544084 накальный ток и отказаться от громоздких токоподводов; рост механической прочности с повышением температуры определяет возможность создания прочных конструкций с высокой вибропрочностью; минимальная химическая активность в отношении материала эмиттера (гексаборид лантана) определяет повышение ресурса узла; изготовление обоих резистивных элементов из однородного материала гарантирует равенство КТР и отсутствие термодеформаций.

Изобретение поясняется чертежом, где показана конструкция КПУ, где 1 — эмиттер, 2 — верхний резистивный элемент(обратный токопровод), 3 — нижний резистивный зле лент (нагреватель), 4 — тепловые экраны, 5 — токоподводы.

Предлагаемое массовое соотношение углеродного волокна и пироуглерода определяется следующими соображениями: при росте количества пироуглерода более 60 снижается вибростойкость изделия, а при понижении этой величины ниже 40 снижаются механическая прочность и жесткость, Необходимость измерения функций верхнего и нижнего резистивного элемента вызвана следующими обстоятельствами; нагреть массивный (диаметром более

2 — 3 мм) змиттер из гексаборида лантана, укрепленный на резистивном элементе из композиционного углерод-углеродного материала, оказывается невозможным при умеренных накальных токах, так как, во-первых, эмиттер шунтирует РЭ и тепловыделение в нем самойл мало, во-вторых, малая теплоправодность композита не обеспечивает интенсивную передачу тепла ат разистивного элемента к эмиттеру. Поэтому осуществлен переход к радиационному HB" греву эмиттера излучением нижнего реэистивного зле лента. Выбор отношения сопротивления BepxHåãî l1 нижнего элементов обьясняется так; при отношении более чем 1:2 ухудшается экономичность «3-за дополнительного тепловыделения в экране.

При отсутствии дополнительного тепловыделения экран холоднее нагревателя примерно на 200 С и его излучение составляет около 70 излучения нагревателя. При превышении указанного соотношения излучаемая мощность резко возрастает, При отношении сопротивления экрана к сопротивлению нагревателя менее 1:5 сечение экрана настолько возрастает, что из-за теплоотвода от эмиттера по экрану уменьшается температура эмиттера и экономичность КПУ. Снижение потребляемой мощности связано с уменьшением зазора между резистивными элементами, чта возможно из-за высокой формоустойчивасти углерод-углеродного материала и сокращения длины такопадводов, что, в сваю очередь, обеспечено в 5-10 раз более низкой теплоправадностью кампозитов по сравнению с металлами.

Для испытаний был изготовлен катодноподогревательный узел с резистивными элементами из композиционного углеродуглеродного материала с армирующим каркасам из углероднай ткани на основе гидратцеллюлазнога или акрилонитрильного волокна и пирауглеродной матрицей, с эмиттером из гексаборида лантана, токоподводами из графита и тепловыми экранами иэ графита, покрытого пленкой иэ карбида лантана.

Требуемое соотношение электросопротивлений верхнего и нижнего резистивных элементов (в пределах от 1:2 до 1:5) достигают, варьируя количество слоев ткани в верхнем и нижнем резистивном элементе (т.е. изменяя толщину резистивных элементов).

Для закрепления змиттера по его высоте выполняют кольцевой паз и вставляют

25 эмиттер в отверстие, вырезанное в тканой ленте, используемой для формирования верхнего резистивного элемента.

Заготовки для резистивных элементов помещают в термохимический реактор и

30 осуществляют асаждение пироуглерода из газовой фазы (например, разложением углеводородсодержащега газа) в поравый объем углероднай ткани при 950 — 1100 С и скорости осаждения пироуглерода 450 - 1000АО/ч, 35 Полученные после термаабработки заготовки соединяют с графитовыми токоподводами и осуществляют повторную термообрабатку при указанных выше условиях. Общее количество осажденного за две

40 стадии пироуглерода (ат 40 до 60 мас, ) варьируют временем термаобработки (около 30 — 120 ч за две стадии).

В результате указанных термохимических обработок достигается как упрачнение конструкции, так и ее монолитность. ПираГ углерод осаждается как в паровом объеме углеродного волокна, так и в порах графита, монолитно соединяя детали КПУ.

После термообработак поверхность

50 эмиттера шлифуется для удаления поверхностной пленки из пироуглерода. Затемосуществляют окончательную сборку КПУ— монтируют тепловые экраны и др, Пример. Для изготовления резистив55 ных элементов КПУ используют углеродную ленту шириной 14 мм типа Урал-205 (толщиной 0,4 мм) и Урал-100 (толщиной 0,2 мм).

Верхний реэистивный элемент выполняют намоткой двух слоев ткани Урал-205, а нижний выполняют из одного слоя ткани Урал.- .

1544084

Таблича1

Объект

Ток иаKB AB ° . А

Отношение солротивления верхнего и нижнего ре эистивнык эле» теипература эмиттера, С

Мощностьь

Вт иентов

Вариант J 1600 180 60

Вариант 5 1600 220 . 30

Прототип (пересчет 300 180 на 1600 С) 1:4

1:2

2:1

205. При этом отношение электросопротивления верхнего резистивного элемента к электросопротивлению нижнего составляет

1;4 (I вариант). Или: верхний резистивный элемент выполняют из одного слоя ткани типа Урал-205, а нижний — из одного слоя ткани Урал-100 (отношение электросопротивления верхнего резистивного элемента к электросопротивлению нижнего составляет

1:2 (II вариант КПУ).

Эмиттер — диск из гексаборида лантана диаметром 10 мм и толщиной 1,5 мм. Расстояние эмиттера до места изгиба резистивного элемента 2 мм. Расстояние от места изгиба резистивного элемента до токоподводов 3 мм. Зазор между резистивными элементами 1 мм.

Заготовки резистивных элементов (верхнего — с закрепленным в отверстии в ленте эмиттером) накладывают на оправку из никеля и помещают в термохимический реактор. Осуществляют термообработку в среде метана при 950 С, давлении 20 мм рт,ст. в течение 20 ч. Достигают весового соотношения углеродное волокно: пироуглерод

-85: 15. Затем полученные резистивные элементы вставляют в прорези, выполненные в токоподводах из графита, и осуществляют повторную термообработку до достижения массового соотношения углеродное волокно: пироуглерод 50:50. (Термообработку ведут еще 80 ч). После термообработки эмиттер шлифуют для удаления пленки пироуглерода. Осуществляют сборку КПУ и его испытания, Тепловые испытания проводят в циклическом режиме (50 циклов): быстрый выход на режим 1600 С, выдержка 60 мин, охлаждение 60 мин. Результаты тепловых испыта5 ний сведены в табл,1, 8 табл.2 показано влияние массового соотношения углеродное волокно:пироуглерод на механические характеристики

КПУ, изготовленного согласно варианту 1.

10 Таким образом, достигается повышение ресурса, экономичности и надежности

КПУ. Замена металлических резистивных элементов КПУ на композиционные, изугле15 род-углеродного материала, только за счет исключения дорогостоящих тугоплавких металлов позволяет снизить стоимость КПУ в 4 — 5 раз.

Формула изобретения

20 Катодно-подогревательный узел с компенсацией магнитного поля, состоящий из двух резистивных элементов, расположенных эквидистантно друг над другом, и эмиттера, закрепленного на верхнем резистивном

25 элементе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности и увеличения эмиссионной поверхности эмиттера при использовании в качестве материала резистивных элементов из композиционного углерод-углеродного материала с армирующим каркасом из углеродного волокна и пироуглеродной матрицей, резистивные элементы выполнены с отношением электрического сопротивления верхнего ре30 зистивного элемента к сопротивлению нижнего от 1:2 до 7:5, 1544084

Таблица2

»р» Ь

Содериание компонеи" . тов композиционного Показатели . натериала для резистивного элемента вибростойпнроуглерод, мас Д, углеродное во" локио, нас,Ф кость

i44 4

«»«»«» »«» е Приведена мех. прочность s кг иа ленту шириной 1 сн; Испытания иа вибростойкость flpQ водят на вибростенде, обеспечивающем амплитуду колебаний 40,5 нм при частоте 10 Гц. Испытания заканчивают при изменении злектросопротивления образца Я от номинальной величины.

Составитель Н.Чубун

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор Л,Ливринц

Редактор

Заказ 1972 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

«»»

60 .

50 40 .35

Неханическая прочность, кг/си"

38,1 16

"7,3 21

52,2 25

70,1 22

63 14