Способ герметизации электровакуумных приборов

Способ герметизации электровакуумных приборов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

вп993358

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.03.81 (21) 3269176/18-21 с присоединением заявки М (фф}М gw 3

Н Ol J 9/26

Государственный комитет

С С С P по делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53} УДК 621. 3.032 (088. 8) Опубликовано 30.0183. Бюллетень Но 4

Дата опубликования описания 30 ° 01.83

Назаров, C.S. Куклев, A.H..;, " Греков, р.М. Виноградов, И,Н. Зайдель,, Л:.:С. Луферов,, Л Ф Юрков и A П Не стерся :"

{72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано при разработке и изготовлении электровакуумных приборов, таких как рентгеновские электроннооптические преобразователи, кинескопы, фотоумножители.

Известны способы герметизации,— осуществляемые за счет сжатия конуса клапана кромки седла отверстия. Ко-. нус клапана изготавливается из отож, женной меди, а седло — из нержавеющей стали. Чистста обработки уцлотняющих кромок седла должна быть не ниже восьмого класса, а конической поверхности клапана — не ниже седьмого (1).

Недостатками данных способов герметизации является то, что на конической поверхности не допускаются риски, забоины и другие механические дефекты. Удельные давления, необходимые для уплотнения, велики и. составляют для пары медь-сталь 3040 кг/мм, что вызывает использова.ние мощных и -крупногабаритных электромеханических приводов. Например, для герметизации рентгеновского электронно-оптического преобразователя с диаметром 400 мм требуется усилие порядка 50000 кг.

Известен также способ герметизации электровакуумных приборов, включающий вакуумирование и нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение.

Уплотнение анодного и катодного узлов в таком способе осуществляется путем электронно-лучевой или микроплазменной сварки обечайки, имеющейся на рабочих областях прибора, например, рентгеновского электроннооптического преобразователя(РЭОПа)(2) .

Недостатком указанного способа является то, что применение автоматической электронно-лучевой или микроплазменной сварки для финишной герметизации прибора, применяемой после того, как на ретгеновском экране был отдельно изготовлен фотокатод, приводит к усложнению технологического оборудования и.к сущест.венному увеличению габаритов вакуумной технологической камеры. Сильный разогрев свариваемых металлических деталей прибора приводит к повышенному газовыделению и отрыванию сформированного фотокатода. Следует так же отметить, что катодный и анодный .

993358

7— tt где d — диаметр рабочей области катодного узла; 3 — угол ее заточки;

65 узлы в случае другого предусмотренного варианта изготовления фотокатода внутри оболочки РЭОПа после из предварительной вакуумной обработки выносят в атмосферу для их сварки, что также приводит к ухудшению параметров формирующегося в дальнейшем фотокатода ввиду окисления предварительно нанесенного слоя сурьмы. Далее РЭОП откачивается через штенгель, на вакуумном посту производится осаждение щелочного металла на подложку рентгеновского экрана для формирования фоточувствительного слоя, что приводит к загрязнению изолированных токовводов и других деталей внутренней арматуры РЭОПа щелочными металлами. Отрицательным результатом этого является увеличение различных составляющих темново-о тока . Укаэанная технология также требует совместного обезгаживания всех элементов катодного и анодного узлов на вакуумном посту и в этом случае не удается обеспечить оптимальные тепловые режимы этого вакуумно-термического обеэгаживания, так как предельно допустимые температуры составляют для катодного узла

180, а для анодного узла 380 C.

Вышеуказанные недостатки в техно-. . логии изготовления приводят к существенному сокращению выхода годных изделий, к невозможности регенерации элементов РЭОП, а также к снижению некоторых основных его параметров, например, коэффициента пре- 35 образования.

Цель изобретения — обеспечение воэможности многократной регенерации, улучшение параметров и увеличение выхода годных изделий. 40

Указанная цель достигается тем, что в известном способе герметизации электровакуумных приборов, включающем вакуумирование, нагрев рабочих областей анодного и катодного 45 узлов, их уплотнение и охлаждение, осуществляют заточку торца рабочей области катодного узла и его герметичное покрытие металлом-уплотнителем и нагрев до температуры (1-1,2)

T пл., заполняют рабочую область анодногo. узла металлом-уплотнителем и нагревают его до Т пл., где Т пл;— температура плавления металла-уплотнителя, и перемещают рабочую поверии ость к атодн о го узла в мет алл-уплотнитель анодного узла со скоростью, определяемой из соотношения

V ..

Я ,ок

Т высота герметичного покрытия вязкость металла-уплотнителя; скорость перемещения; расстояние между рабочими поверхностями катодного и анодного узлов; площадь окисной пленки на герметичном покрытии в сечении рабочей области; напряжение разрушения окисной пленки герметичного покрытия; коэффициент трения между окисной пленкой термичного покрытия и металлом-уплоткителем, На фиг. 1 изображен электровакуумный прибор — рентгеновский электронно-оптический преобразователь в собранном состоянии, общий вид> на фиг. 2 — узел I на фиг. 1.

Рентгеновский электронно-оптический преобразователь содержит катодный узел, выполненный в виде металлического входного окна 1, герметично соединенного с герметизирующим экраном

2, в верхней части которого установлены изолированные токовводы 3, соединенные с рентгеновским экраном 4, на котором размещен фотокатод 5, а в нижней части герметизирующий экран 2 снабжен острой кромкой с углом заточки, имеющим, как правило, величину меньше 90 С.

Анодный узел рентгеновского электронно-оптического преобразователя выполнен .в виде кольцевой ванны б, герметично соединенной с выходным катодолюминесцентным экраном 7. В кольцевой ванне б размещен металлуплотнитель 8. Следует отметить, что диаметр герметизирующего экрана 2 имеет величину порядка 300-500 мм.

Герметизирующий экран обладает малой массой и жесткостью, что значительно усложняет возможность герметизации прибора с использованием силовых факторов. Внутренняя поверхность кольцевой ванны б и поверхность торца герметизирующего экрана 2 имеют промежуточное покрытие из материала, например, меди, хорошо смачиваемого металлом-уплотнителем и имеющего температуру ялавления выше температуры плавления металла-уплотнителя.

В каЧестве металла-уплотнителя могут использоваться металлы и их сплавы, обладающие низкой температурой плав- ления и упругостью пара, например, олово, индий .

Способ герметизации вакуумно-плотного соединения катодного и анодного узлов рентгеновского электронно-оптического преобразователя осуществляется следующим образом.

993358

Ч с 1 ок

ЧуЧ (сов Т--1 чу -) т . r

Герметизирующий экран катодного узла покрывают металлом, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем, например, серебром. Для обеспечения герметичности соединения применяют лужение этого герметизирующего экрана серебром. В качестве металла-уплотнителя применяют металлы или эвтектики с низкими температурой плавления и упругостью пара при температуре плавления. Такими материалами 0 являются олово, индий, галлий и их эвтектики. При испольэовании в качестве металла-уплотнителя олова.применяют олово марки СВЧ-000. Следующей подготовйтельной операцией явля- 15 ется обслуживание покрытого серебром герметизирующего экрана катодного узла в олове. Наружная поверхность герметизирующего экрана всегда покрыта пленкой окиси олова ЯпО, имеющей 20 температуру диссоциации при атмосфере 2000 С.

Таким образом, при нагревании герметизирующего экрана катодного 25 узла.до температуры на 7-10% выше температуры плавления олова, что составляет около .250 С-, получают олово на герметизирующем экране в жидкой фазе с вязкостью порядка 0,018 П. 30

Эта величииа вязкости сравнима с вязкостью ртути при комнатной температуре. Нагрев до более низких темпе" ретур, .но выше .температуры плавления приводит к резкому увеличению вязкости. С наружной стороны олова, находящегося в жидкой фазе, расположена-пленка олова SnO в твердом состоянии, толщина которой исчисляется в 100 Х. При этом металл-уплот- 40 .нитель в ванне анодного узла нагревают до температуры плавления металлауплотнителя. При изменении фазового состояния происходит изменение вязкости от сотен тысяч пуаз до единиц милли пуаз. Опуская нагретый герметизирующий экран катодного узла в металл-уплотнитель ванны анодного узла в укаэанном интервале температур, обеспечивающем перемещение герметизирующего экрана в среде металлагуплотнителя более вязкой по сравнению. с вязкостью расплавленного олова на самом герметизирующем экране, окисная пленка разрывается и весь гермети. зирующий экран от нее очищается. 55

Таким образом, возникающие напряжения осуществляют разрыв окисной пленки и достаточным условием снятия ее с поверхности экрана является 60 выполнение соотношения 5„ /g)1, где 5 — величина напряжения, дейст.вующего в окисной пленке; (У- напряжение разрушения окисной пленки.

Величина силы в зависимости от вязкости трения может быть представлена в виде где г — угол заточки герметизирующего экрана катодного узла; коэффициент трения для взаимодействующих поверхностей окисной пленки и жидкофаэного слоя полуды;

Б в„-площадь окисной пленки в сечении;.

F — сила сопротивления вязкостного трения.

Сила сопротивления вязкостного трения имеет вид ! где .— вязкостЫ ч — скорость перемещения -гермет из ирующего э кран а у

h — расстояние между наружной поверхностью герметизирующего экрана катодного узла и внутренней поверхностью ванны анодного узлами

S — площадь герметизирующего эк- рана, взаимодействующая с металлом-уплотнителем.

Таким образом, общая зависимость рассмотренных параметров может быть представлена в виде

Работоспособность способа подтверждается полностью выполнением нера" венства при подстановке значения параметров ) = 2 сП; V = 5 10 см/с ;

Вок= 24 см; h = 0 2 см; Бок=, 1 2>

g обеспечивающих,со-6 2. отношение

G (б = 140 ><Таким образом, во внутренних .слоях олова в ванне анадного узла имеем чистую, неокисленную поверхность герметизирующего экрана катодного узла. взаимодействующую с чистым,неокисленным оловом этой ванны. Последующий нагрев соединения до температуры на 8688% выше температуры плавления олова, о

-что составляет около 430 С, необходим для обеспечения максимальной величины смачивания.

Рентгеновский электронно-оптический преобразователь и предлагаемый способ его герметизации позволяет осуществлять многократную регенерацию дорогостоящих элементов рентген овского элект p0HHQ-оптического преобразователя, при этом замене подлежит лишь рентгеновский экран вслед-, ствие окисления сформированного на нем фотокатода при вскрытии прибора

993358 на атмосфере. Герметичность прибора не зависит от числа повторных циклов герметизации. Выход годных приборов увеличивается, так как предлагаемый способ герметизации легКо может быть автоматизирован.

Использование предлагаемого способа позволяет изготовить, например, рен т генов ские электронно-оптические преобразователи большого (свыше

300 мм) диаметра, но при этом тре- 10 буется небольшая величина погружения герметизирующего экрана в металл-уплотнитель порядка единиц миллиметров, что не приводит к большому расходу металла-уплотнителя. 15

Обеспечение откачки рентгеновского электронно-оптического преобразователя в едином объеме вакуумной технологической камеры в разобранном состоянии и раздельного обезгаживания всех его элементов при оптимальных температурных режимах позволяет получить более высокий рабочий вакуум в готовом приборе и тем самым улучшить вакуумно-технические парамет ры п ри его э к сплуат ации .

Применение рентгеновского электрон но-оптиче ского преобраз овател я диаметром свыше 300 мм в массовой медицинской рентгенодиагностике позволяет. в несколько раз повысить информативность рентгеновского изображения, по крайней мере в два раза снизить лучевую нагрузку на пациента. и рентгенолога .и создать условия для работы в незатемненном помещении.

Предлагаемый способ герметизации применительно к электронно-оптическому преобразователю позволяет обеспечить возможность регенерации дорого" стоящих деталей, улучшить его пара- 4О метры и увеличить процент выхода годных изделий.

Формула изобретения

Способ герметизации электровакуумных приборов, включающий вакуумирование, нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение, о т л и ч а ю шийся тем,. что, с целью обеспечения возможности регенерации, улуч шения параметров и увеличения выхода .годных изделий,в нем осуществляют за. точку торца рабочей области катодного узла. и его герметичное покрытие металлом-уплотнителем и нагрев до температуры (1-1, 2) Т пл,, заполняют рабочую область анодного узла металлом-уплотнителем и нагревают его до температуры Т пл., где T пл. температура плавления металла-уплотнителя., и перемещают рабочую поверхность катодного узла в металл-уплотнитель анодного узла со скоростью, определяемой из соотношения где Ч вЂ” скорость перемещения,"

d — диаметр рабочей области катодного узла;

Y - угол ее заточки;

Н - высота герметичного покрытия;

h - расстояние между рабочими поверхностями катодного и анодного узлов;.

S — площадь окисной пленки на герметичном покрытии в сечении рабочей области; б — напряжение разрушения окисной пленки герметичного покрытия

f — коэффициент трения между окисной пленкой герметичного покрытия и металлом-уплотнителем; вязкость. металла-уплотнителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пипко A.È., Плисковский В.Я. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем . М., Энергия, 1970, с. 123.

2. Патент .СИЛ Р 4104516, кл. 250-213, 1977 (прототип).

993358

Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Х-35, Рауыская наб., д. 4/5

Заказ 491/70

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

Составитель В. Александров

Редактор М. Рачкулинец Техред A. Бабинец Корректор М. Демчик.