Сетка электронного прибора

Сетка электронного прибора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ -СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 24.07,79 (21) 28013! О/18-25 с присоединением заявки М ()824337

Союз Советских

Сопиалистических

Республик (51)М. Кл.

Н 01 J 1/48

РЬаударставины11 квинтет ссср но далаи нзааретеннй и отхрытнй

Опубликовано 23.04.81, Бюллетень М 15

Дата опубликования описания,25. 04 .81 (53) УДК 621.385, . 032 (088. 8) (72) Авторы изобретения

M. М. Зильберман и В. Н. Николаев (71) Заявитель (54) СЕТКА ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА (23)Приоритет 02.09.75

Изобретение относится к электронной технике, а конкретнее к конструкции сетки электронных приборов, и может быть использовано при разработке или модернизации преимущест5 венно мощных электронных приборов с катодами на основе бария или его сое- динений.

Известны сетки для электронных приборов, выполненные из меди или ее

16 сплавов. При этом охлаждение сетки осуществляется у ее основания(воздухом или водой а отвод тепла от верхней части сетки к ее основанию проис-ходит за счет теплопроводности витков 16 сетки, так как медь обладает хорошей теплопроводностью (1).

Однако при работе такой сетки в электронном приборе, например>с оксидным или импрегнированным катодом мощ- щ ность, рассеиваемая медной сеткой,ограничивается тем, что при температуре сетки выше 300-400оС начинается заметная термоэлектронная эмиссия,например, бария напыляемого на сетку с катода, что не позволяет повышать удельные тепловые нагрузки сетки.

Кроме того, указанная температура является предельной для сетки, так как выше этой температуры начинается заметное испарение меди, оказывающее отрицательное влияние на работу электронного прибора вследствие отравляющего действия паров меди на эмиссионные свойства катода.

Известна сетка для электронных приборов, изготовленная из проволоки тугоплавкого металла, например молибдена, вольфрама, и имеющего антиэмиссионное покрытие из сплавов золота, серебра или платины и никеля, меди, железа или кобальта f 2)Недостатком такой сетки является отсутствие возможности ее охлаждения за счет теплопроводности, как самого эффективного способа охлаждения (теплопроводность тугоплавких металлов втрое меньше, чем у меди), 824337 4.

Цель изобретения — увеличение удельных тепловых нагрузок сетки электронных приборов, улучшение ее объемно-весовых характеристик.

Указанная цель достигается тем, 4> что в сетке электронного прибора, включающей слой основы, слой антиэмиссионного металла из золота, между которыми расположен промежуточный слой металла для предотвращения взаимодействия между ними, слой оснсЬы выполнен из меди, толщина этого слоя составляет. 0,9-0,995 толщины всей сетки, антиэмиссионный слой выпол нен из золота, а слой промежуточного металла выполнен из металлов У1 В группы периодической системы элементов. что не позволяет рассеивать тепло на сетке при больших удельных тепловых нагрузках. Такие сетки охлаждаются, главным образом, только за счет теплового излучения, при этом допустимые средние удельные тепловые

- нагрузки на сетку сравнительно невелики и не превышают 2-3 Вт/см, а это практически исключает возможность их применения в электронных приборах с высокотемпературными, например, импрегнированными катодами.

Известна также сетка для электронного прибора, содержащая слой основы из тугоплавкого металла, слой антиэмиссионного материала из платины и промежуточный слой родия для предотвращения взаимодействия между ниии 1.3).

Однако при использовании такой сетки в электронных приборах с термокатодами на основе щелочноземельных металлов (ЩЗМ)невозможно увеличить удельные тепловые нагрузки сетки и улучшить ее объемно-весовые характеристики. Это является следствием недостатков, вызванных применяемым комплексом материалов. Замена в отдельности какого-либо из материалов слоев другим, более эффективным, не позволяет решить поставленную задачу.

Так, например, замена слоя платины более эффективным для подавления термо эмиссии ЩЗМ материалом принциПиально не позволяет повысить удельные нагрузки, так как при этом должен быть увеличен и отвод тепла с сетки, что не может быть достигнуто при малой теплопроводности материала основы.

Кроме того, между слоем основы и слоем промежуточного металла при необходимости располагается слой, выполненный из металлов YIJ В группы периодической системы элементов (Fe, Со, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt), Слой основы сетки может быть выполнен из сплава меди, причем коэффициент. теплопроводности сплава должен быть не менее 0 5 от коэффициента теплопроводности меди.

В некоторых случаях также слои металлов из У1 В и УШ В групп периодической системы элементов выполнены в виде одного слоя из сплава металлов указанных групп {кроме иридия и осмия в УШ В группе периодической системы элементов), Выполнение основы сетки из меди позволяет осуществлять охлаждение ее за счет теплопроводности, что ведет к существенному увеличению удельных тепловых нагрузок сетки по сравнению с сеткой на основе из тугоплавкого металла, так как теплопроводность меди втрое выше, чем теплопроводность тугоплавких металлов.

Слой основы сетки из меди выполняется с добавками других металлов, т.е. из сплавов меди, что требуется в случае необходимости повышения механической прочности сетки. Однако коэффициент теплопроводности такого сплава должен быть не ниже 0,5 от коэффициента теплопроводности меди, так как в противном случае следует применять молибден, имеющий коэффициент теплопроводности ниже указанного значения.

При этом надо отметить, что в данном случае происходит резкое ухудшение удельных тепловых нагрузок сетки по сравнению с сеткой, выполненной из чистой меди.

Толщина слоя основы составляет 0,90,995 толщины всей сетки, при этом величина нижнего предела объясняется тем, что выполнение сетки с толщиной слоя основы менее 0,9 приведет к резкому уменьшению теплопроводности сетки и ухудшению тепловых нагрузок, так как уменьшается доля меди в общей системе теплоотвода. Кроме того, вследствие увеличения толщины промежуточного слоя в такой сетке произошло бы нежелательное снижение эластичности и формоустойчивости этого слоя сетки при циклических тепловых нагруз824337 6 ках на сетку вследствие разницы в коэффициентах термического расширения между этим слоем и граничными с ним слоями. Наибольшая толщина медной основы или ее верхний предел, равный

0,995 от толщины всей сетки, определяется минимально- допустимой толщиной всех остальных слоев для обеспечения ,отсутствия пористости покрытий, для обеспечения эффективного подавления 10 термоэмиссии сетки слоем антиэмиссионного металла и т.д.

Требуемая толщина всех остальных слоев сетки выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от комп- 15 лекса требований, предъявляемых к электронной лампе в целом и к сетке в частности. Указанная толщина слоя основы определяется экспериментальным путем. .20

Для предотвращения диффузии меди в слой антиэмиссионного металла и на. оборот при высоких рабочих температурах, т.е. для нормального функционирования указанных слоев в течение 25 срока службы электронного прибора, между ними расположен промежуточный слой металла, который не образует соединений с основой из меди и антиэмиттером в диапазоне рабочих темпе- . 30 ратур, препятствует их взаимной диф фузии, т.е. является двусторонним диффузионным барьером. Этот слой выполнен также более.тугоплавким, чем медь, что как раз обеспечивает предотвращение испарения меди при повышенных температурах сетки. Естественно, аналогичные свойства промежуточного слоя должны соблюдаться и нри выполнении основы из сплавов меди. 40

Указанным требованиям удовлетворяют металлы У1 В группы периодической системы элементов, что установлено, в частности, экспериментальным путем.

Те металлы, которые наиболее полно 45 удотвлетворяют требованиям, предъявляемым к диффузионному двустороннему барьеру, как правило.,сильно отличаются от граничных металлов, в данном случае от меди и золота коэффициентом 50 термического расшйрения. Вследствие этого, при напряженных циклических режимах работы сетки возможно нарушение целостности промежуточного слоя метал- ла, помещенного между основой и анти- 55 эмиттером, и как следствие, ухудшение антиэмиссионных свойств последнего.

Для устранения этого явления между основой и промежуточнйм слоем металла помещен слой металла УИ В группы периодической системы элементов, кроме иридия и осмия. Основное требование к этому слою — промежуточное по сравнению с граничными слоями значение KTP.

Помимо этого, металлы указанной группы более тугоплавки, чем медь, не образуют соединений с металлами граничных слоев, препятствуя испарению меди(так как являются более тугоплавкими, не диффундируют в граничные слои и препятствуют их взаимной диффузии.

При менее напряженных тепловых нагрузках на сетку и менее напряженных циклических режимах работы ее слой металла из У1 В группы и слой металла из УШ В группы заменены одним слоем из сплава металлов также У1 В и УШ В групп, например сплав никеля с хромом, никеля с вольфрамом и т. д. Другими словами, промежуточный слой металла можно представить, как выполненный из сплава У1 B и УШ В групп, кроме иридия и осмия. При этом происходит упрощение конструкции сетки и технологии ее изготовления.

Слой антиэмиссиониого металла предотвращает нежелательную термоэлектронную эмиссию сетки при ее высоких температурах, так как связывает вещества, напыляемые с катода, например, на основе бария, причем этот слой должен быть с очень высокой собственной работой выхода электронов.

Вследствие этого в качестве антиэмиссионного слоя может быть выбрано только золото, как антиэмиттер, подавляющий термоэлектронную эмиссию при напылении на сетку с катода бария.

Применение золота в качестве антиэмиттера способствует увеличению температуры сетки до 700, С, что

О приводит к существенному увеличению удельных тепловых нагрузок(золото работоспособно при такой температуре, а промежуточный слой металла препятствует испарению меди и взаимодействию его с золотом), На чертеже изображена сетка предлагаемой конструкции, разрез.

На сетку, выполненную в виде беличьего колеса из металлического стакана с фрезерованными продольными пазами, имеющую слой 1 медной основы толщиной в 300 мк осаждением из газо824337!

О вой фазы наносят слой 2 вольфрама толщиной 10 мк, Поверх этого слоя гальваническим способом наносят слой

3 из золота толщиной 10 мк.Слой 2 сетки является промежуточным слоем и относится к Уl В группе периодической системы элементов, является более тугоплавким, чем медь, удовлетворяет другим требованиям, предъявляемым к данному слою.

Слой 1 основы сетки выполняется также, например, из сплава меди с,никелем.

Промежуточный слой 2 металла вы- полняется при необходимости из спла- 15 ва, например, никеля с вольфрамом.

При необходимости между слоем 1 основы сетки и промежуточным слоем 2 гальваническим методом наносят слой никеля, который имеет промежуточное 20 значение КТР по сравнению с метал„пами граничных слоев.

Значение удельных тепловыми нагрузок сетки при использовании предлагаемого изобретения возрастет примерно на порядок, объемно-весовые характеристики улучшатся примерно в три раза.

Медная основа сетки позволяет. производить охлаждение за счет наи- ЗО более эффективного способа — теплопроводности, антиэмиттирующие свойства покрытия сетки обеспечиваются золотом, введение же между ними промежуточного слоя металла У1 В группы пе- ЗБ риодической системы элементов позволяет обеспечить нормальное функционирование указанных слоев, в частности, препятствует испарению меди при повышенных температурах сетки. 4О Все это позволяет использовать сетку в повышенных тепловых режимах, что ведет к увеличению удельных тепловых нагрузок, и, соответственно, к повышению объемно-весовых характерис- 4 тик.

По результатам испытаний опытных образцов ламп на наработку в течение

2 тыс. ч при удельной тепловой нагрузке на сетку 15 Вт/см был обеспеЯ чен сравнительно низкий и стабильный уровень термоэмиссии сетки, не более 20-50 мкА/см

Внедрение такой сетки позволит создавать малогабаритные импульсные модуляторные лампы.

Формула изобретения

1. Сетка электронного прибора, содержащая слой основы и слой антиэмиссионного металла, между которыми расположен промежуточный слой металла для предотвращения взаимодействия между ними, отличающаяся тем, что, с целью увеличения удельных тепловых нагрузок сетки электронных приборов с термокатодами на основе щелочноземельных металлов, улучшения ее объемно-весовых характеристик, слой основы выполнен из меди, толщина его составляет 0,9-0,995 толщины, всей сетки, антиэмиссионный слой выполнен из золота, а промежуточ- . ный слой сетки выполнен из металла

Уl В группы периодической системы элементов.

2. Сетка по п. 1, отличающ а я с я тем, что между основой сетки и промежуточным слоем расположен дополнительный слой, выполненный из металла УШ В группы периодической системы элементов (Fe, Со, Ni, Ru, Rh, Rd, Pt).

3. Сетка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что слой основы выполнен из сплавов меди, причем коэффициент теплопроводности такого сплава не менее 0,.5 коэффициента теплопроводности меди.

4. Сетка по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что промежуточный слой выполнен из сплава металлов Уl В и УШ В (Fe, Со, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt) групп периодической системы элементов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Царев Б. М. Расчет и конструирование электронных ламп, M., "Энергия", 1967, с. 572.

2. Патент ЧССР ¹ 97394, кл. 21 g 13/06, опублик. 1960 .

3. Патент США № 3164740, кл. 313-348, опублик. 1965 (прототип).

824337

Составитель Б. Зверев

Редактор Н. Альппина Техред С.Мигунова Корректор Н. Стец

Заказ 5039 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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