×
18.05.2019
219.017.54a6

СПОСОБ РЕСТАВРАЦИИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ С ОКСИДНЫМ КАТОДОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
02243611
Дата охранного документа
27.12.2004
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к реставрации электровакуумных приборов с оксидными катодами, предпочтительно крупногабаритных СВЧ-приборов большой и средней мощности. Сущность изобретения: реставрация включает операции вскрытия прибора, замены отказавших узлов и деталей, в том числе катодного узла, и термовакуумной обработки с дооткачкой. В качестве эмиттера заменяемого катодного узла используется губчатое покрытие, заполненное карбонатом щелочноземельных металлов с запасом его более 30 мг/см. Губчатое покрытие спрессовывают внешним давлением до значения толщины не менее 50% толщины исходной губки. В качестве средства дооткачки используют встроенный магниторазрядный насос, обеспечивающий поглощение газов, выделяемых из арматуры и оболочки во время дооткачки. Дооткачку проводят с отбором тока с катода при температуре оболочки, соответствующей ее температуре в заданном режиме эксплуатации, в течение времени, определяемого улучшением вакуума в приборе до заданной величины. Технический результат: достижение реставрируемым прибором долговечности, по крайней мере, не худшей, чем предусмотренная техническими условиями на этот тип прибора. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к реставрации электровакуумных приборов с оксидными катодами, предпочтительно крупногабаритных СВЧ-приборов большой и средней мощности. Такие приборы являются дорогостоящими и проблема их ремонта или реставрации после выхода из строя была и остается актуальной.

Известны способы реставрации электровакуумных приборов с оксидным катодом, заключающиеся в том, что вскрывают отказавший прибор, заменяют катод и снова проводят всю термовакуумную обработку прибора [1]. Приборы, реставрированные по такому способу, если и достигают уровня требуемых параметров, практически всегда имеют меньшую долговечность, чем приборы, изготовленные по стандартной технологии.

Известен способ реставрации электровакуумных приборов с оксидным катодом, включающий операции анализа отказавшего прибора, очистки его от наружных загрязнений, вскрытия оболочки, замены отказавших узлов и деталей, а также катодного узла и встроенных средств дооткачки, очистки внутренних поверхностей прибора, сборки, проведения термовакуумной обработки, герметизации и тренировки, осуществляемой одновременно с дооткачкой [2, прототип]. Известный способ широко применяется к электронно-лучевым трубкам (ЭЛТ), в частности к телевизионным кинескопам, где оболочка стеклянная, а встроенные средства дооткачки представляют собой геттерные узлы (распыляемые - на основе бария или нераспыляемые - на основе титана или циркония).

Недостатком известного [2] способа является всегда более низкая долговечность реставрированного прибора по сравнению с новым прибором, выпускаемым заводом-изготовителем по техническим условиям. Это обусловлено невозможностью полностью очистить внутренние поверхности вскрытого прибора от загрязнений, возникших как при эксплуатации прибора до его отказа, так и при взаимодействии с атмосферой во время нахождения прибора во вскрытом состоянии и новой сборки вплоть до новой откачки. Эти загрязнения не всегда могут быть удалены при термовакуумной обработке реставрируемого прибора, так что во время его последующей эксплуатации (после реставрации) эти неудаленные загрязнения неизбежно будут попадать на катод, отравляя его. (Ввиду этих трудностей задача очистки при реставрации порой вообще не ставится, как в аналоге [1].) Для реставрируемых кинескопов проблема очистки внутренних поверхностей прибора усугубляется еще и наличием экрана с люминофором.

У электровакуумных приборов большой и средней мощности, в частности, рассматриваемых в настоящем изобретении приборов СВЧ, оболочка, как правило, металлокерамическая, в технологии откачки часто используется напуск водорода, отпай с вакуумного поста производится методом деформирования и перекусывания медного штенгеля, а в конструкции прибора в качестве средства дооткачки часто предусмотрен специальный малогабаритный магниторазрядный насос, по значению ионного тока которого можно судить о величине вакуума в отпаянном приборе. Сразу отметим, что при анализе технической литературы, в том числе патентной, нам не встретилось прямых упоминаний о реставрации СВЧ-приборов (кроме нашей статьи в журнале “Электроника: наука, технология, бизнес” №5, 2001 г., имеющей характер постановки проблемы). Поэтому даже просто в применении способа реставрации именно к СВЧ-приборам наше предложение представляется новым.

Техническим результатом настоящего изобретения является достижение реставрированным прибором долговечности, по крайней мере, не худшей, чем предусмотренная техническими условиями на этот прибор.

Технический результат достигается за счет того, что в способе реставрации, включающем операции вскрытия оболочки, замены отказавших узлов и деталей, а также катодного узла и встроенных средств дооткачки, очистки внутренних поверхностей прибора, сборки, проведения термовакуумной обработки, герметизации и тренировки, осуществляемой одновременно с дооткачкой, оксидный катод обычного типа заменяется на оксидный же катод, но с заведомо повышенным запасом активного вещества в эмиттере и этот запас предназначен для расходования исключительно в период дооткачки с целью очистки внутренних поверхностей прибора и обеспечения в нем высокого вакуума.

Конкретно, предлагается:

- в качестве эмиттера заменяемого катодного узла использовать губчатое покрытие, заполненное карбонатом щелочноземельных металлов с запасом его более 30 мг/см2, спрессованное внешним давлением до значения толщины не менее 50% толщины исходной губки,

- в качестве средства дооткачки использовать встроенный магниторазрядный насос, обеспечивающий поглощение газов, выделяемых из арматуры и оболочки во время дооткачки, а

- саму дооткачку проводить с отбором тока с катода при температуре последнего, повышенной до 1050-1100°С, и температуре оболочки, соответствующей температуре ее в заданном режиме эксплуатации, в течение времени, определяемого улучшением вакуума в приборе до заданной величины.

Таким образом, суть предложенного решения заключается в преднамеренном и сознательном использовании части запаса активного вещества катода для очистки внутренних поверхностей откачанного реставрированного прибора. В технологии, не рассчитанной на реставрацию, подобного использования материала катода не предусмотрено; наоборот, всегда стараются сохранить запас для обеспечения высокой долговечности прибора, для чего время выдержки при повышенных температурах оксидного катода (во время активирования и тренировки) ограничивают, предпочитая проблемы очистки решить на других этапах изготовления прибора. В частности, при подготовке прибора к сборке широко используют методы химической очистки и отжига деталей и узлов, хранение в чистых условиях, сборку проводят в условиях строжайшей вакуумной гигиены, при откачке используют такие операции, как длительный прогрев под печью, напуск водорода, плазменную очистку и др. Но решая задачу реставрации прибора СВЧ, особенно прибора мощного, т.е. крупногабаритного, имеющего к тому же сложную архитектуру объемов внутри прибора, очистить внутренние поверхности от загрязнений, возникших как во время предыдущей работы прибора и на этапах вскрытия и подготовки к реставрации, не всегда представляется возможным. Применение известных методов очистки, и прежде всего химических, если и возможно, то весьма затруднительно и трудоемко. Более того, если и удастся удалить загрязнения из “карманов” внутреннего строения прибора, то останется проблема - удалить из них отработанный очищающий раствор (травитель).

Понятно, что использование части запаса активного вещества катода не для целей долговечности логически приводит к тому, что для сохранения заданной долговечности запас активного вещества в катоде реставрируемого прибора должен быть повышен. Значит катоды прибора до реставрации и после нее принципиально не должны быть одинаковыми. Различие проходит не по габаритам узла, а именно по запасу активного вещества на катоде. Технологии повышения запаса известны (см., например, А.Б. Киселев Металлооксидные катоды электронных приборов. М.: изд. МФТИ. - 2002 г.), но обязательность применения их в реставрируемых приборах является одним из требований (отличительных признаков) заявленного технического решения.

Требование повышения запаса активного, т.е. полупроводникового по характеру вещества на поверхности катода неизбежно приводит к возрастанию электрического сопротивления слоя эмиттера, что нежелательно с точки зрения отбора эмиссионного тока. А чтобы снизить появившееся вредное следствие и понизить величину сопротивления, необходимо уменьшить пористость заполненного слоя, т.е. отпрессовать заполненное карбонатом покрытие. К тому же, опрессованные губчатые покрытия являются более стойкими к режиму обратной электронной бомбардировки, чем неопрессованные.

Опыт показывает, что в зависимости от технологии формирования губчатых структур оксидных катодов (гранулометрия порошков металла, чаще всего на основе никеля, режим спекания, режим внесения карбоната в образованный пористый губчатый слой) запас может быть достигнут в несколько десятков мг/см2. В традиционных губчатых оксидных катодах крупногабаритных приборов СВЧ применяются эмиттеры с запасом активного вещества не более 15...20 мг/см2; больший запас обычно пытаются избегать, т.к. он приводит к увеличению времени откачки. Мы, однако, с таким недостатком вынуждены мириться, поскольку нам запас нужен, как было выше сказано, для целей не только обеспечения катодной долговечности, а для иной цели - очистки внутренних поверхностей прибора, которую мы не можем осуществить иными способами.

Как показывает опыт, даже небольшое по сравнению с традиционной величиной повышение запаса уже приводит к повышению долговечности. Но чтобы ощутить заметный эффект, запас активного вещества в эмиттере надо создать на уровне свыше 30 мг/см2. На чертеже приведены обобщенные данные наших исследований долговечности оксидных катодов при рабочих температурах 850 и 900°С. Начиная с запаса 30 мг/см2 и выше, долговечность катода практически в два раза превышает долговечность традиционного губчатого оксидного катода (запас 10-20 мг/см2), обычно используемого в мощных электровакуумных приборах и обеспечивающего заданную по техническим условиям на прибор (ТУ) долговечность. А это значит, что используя для “посторонних” целей практически весь запас традиционного катода, мы останемся на уровне долговечности, требуемой по ТУ исходного прибора.

Но при запасах активного вещества свыше 30 мг/см2, толщина слоя губки становится сравнительно большой, часть пор в ней (особенно в прикерновой области) остается незаполненной, сопротивление слоя возрастает, так что прессование слоя эмиттера с повышенным запасом становится необходимостью, обеспечивая “обволакивание” кристаллов активного вещества металлом губки и “раздавливание” ненужных закрытых пор. Повышая давление прессования, можно дойти до предела текучести материала керна, т.е. до наинизшего значения сопротивления. Однако это будет связано с очень большими сложностями в изготовлении инструмента для прессования. Особой необходимости в этой минимальной величине нет; в принципе, вполне можно ограничиться величиной, контролируемой по заметному уменьшению толщины спрессованного слоя. При установлении сдавливания больше, чем вполовину, начинают сказываться трудности с пресс-формами. Исходя из соображений оптимальной эффективности технологии, этой величиной уменьшения толщины слоя при прессовании целесообразно ограничиться.

Традиционный режим обработки прибора на откачном посту с заданным уровнем максимально допустимого давления в период разложения карбонатов можно особо и не корректировать, хотя для ускорения можно установить и несколько менее жесткий уровень этого максимально допустимого давления. Практически это означает уровень до 10-3 Па в приборе. (В таких режимах откачки желательно применять технологию с напуском водорода в откачиваемый прибор). Но согласно предложенному изобретению основное внимание следует уделить режиму дооткачки, т.е. после отпайки прибора с поста. Согласно предлагаемому техническому решению при включенном магниторазрядном насосе необходимо повысить температуру катода до значений 1050-1100°С и выдержать не 1-2 минуты, как это имеет место при традиционном режиме обработки на откачном посту, а 10-30 минут, да еще с отбором электронного тока с катода на токоприемные электроды. При этом температура оболочки прибора конечно повысится, однако режим токоотбора следует выбрать таким, чтобы это повышение температуры оболочки было близким к значению, допустимому в нормальном эксплуатационном режиме прибора. Таким образом, проводя дооткачку в отпаяном приборе и соблюдая описанный температурно-токовый режим, мы осуществляем финишную очистку и электродов, и оболочки. Заметим, что значения максимальной температуры в 1050-1100°С находятся на уровне температур, граничных для условий конгруэнтного испарения компонентов из оксидного катода на основе двойного и тройного растворов окислов щелочноземельных металлов. Прогрев при температурах свыше указанных значений приведет к существенной потере окиси бария из твердого раствора окислов ЩЗМ, составляющих активное покрытие катода, и, соответственно, к ухудшению эмиссионных покрытий к эмиттера.

Подчеркнем, что поскольку на реставрируемом приборе обязательно предусмотрен магнитный электроразрядный насос, то его ионный ток является параметром вакуума в дооткачиваемом приборе. Время выдержки катода в режиме перекала при дооткачке определяется временем, когда выделившиеся газы будут откачаны магниторазрядным насосом. Указанные выше 10-30 минут перекала являются ориентировочными. Точное значение времени перекала определяется именно откачкой магнитным электроразрядным насосом. Понятно, что поскольку длительное время перекала нежелательно, целесообразно устанавливать на реставрируемый прибор магниторазрядный насос достаточной мощности, способный справиться с выделяющимися газами. Таким образом, при реставрации предлагается использовать не только более мощный по запасу катод, но и решать вопрос о необходимости замены магниторазрядным насосом на возможно более мощный по скорости откачки.

Предложенный способ прошел испытания на ряде мощных приборов СВЧ. Наибольшее число реставраций пришлось на приборы магнетронного типа.

Рассмотрим один из конкретных примеров. Реставрировались магнетроны с выходной мощностью 5 кВт, рассчитанные по ТУ на долговечность в 3000 час. Главной чертой реставрации была замена двух узлов: губчатый оксидный катод, предусмотренный ТУ на прибор, был заменен на катод с запасом карбонатов в 40-50 мг/см2; был сменен и магниторазрядный насос.

При откачке приборы обрабатывались согласно традиционному для них режиму при поддержании максимально допустимого давления водорода в приборе 2-10-3 Па. Дооткачка производилась при температуре катода 1050-1070°С магниторазрядным насосом, имеющим скорость откачки 0,5 л/сек, в течение времени тренировки 8 часов, за которые вакуум улучшился до значения, выше 10-5 Па. Четыре таких прибора, отреставрированных по предложенному способу, были поставлены в радиолокационную аппаратуру и проработали в ней более 20 тыс. часов.

Таким же образом были отреставрированы ряд мощных генераторных ламп с плоскими катодами и импульсных усилительных клистронов с катодами сферической формы. Во всех случаях получено превышение долговечности реставрированных приборов над приборами того же типа, выпускавшихся по своим ТУ.

Таким образом, предложенный способ осуществим, работоспособен и обеспечивает безусловный положительный эффект.

Источники информации

1. Shmitz W. Патент Великобритании №1213420.

2. М.В. Герасимович. Довiдник з електронно-променевих приладiв. Киiв: Технiка. - 1991, стр. 73-85.

Способреставрацииэлектровакуумныхприборовсоксиднымкатодом,включающийоперациивскрытияоболочки,заменыотказавшихузловидеталей,атакжекатодногоузлаивстроенныхсредствдооткачки,очисткивнутреннихповерхностейприбора,сборки,проведениитермовакуумнойобработки,герметизацииитренировки,осуществляемойодновременносдооткачкой,отличающийсятем,чтовкачествеэмиттеразаменяемогокатодногоузлаиспользуютгубчатоепокрытие,заполненноекарбонатомщелочноземельныхметалловсзапасомегоболее30мг/смиспрессованноевнешнимдавлениемдотолщинынеболее50%отисходнойтолщиныгубки,вкачествесредствадооткачкииспользуютвстроенныймагниторазрядныйнасос,обеспечивающийпоглощениегазов,выделяемыхизарматурыиоболочкивовремядооткачки,асамудооткачкупроводятсотборомтокаскатодапритемпературепоследнего,повышеннойдо1050-1100°С,итемпературеоболочки,соответствующейтемпературееевзаданномрежимеэксплуатации,втечениевремени,определяемогоулучшениемвакуумавприборедозаданнойвеличины.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 10.
23.02.2019
№219.016.c746

Мощная импульсная модуляторная лампа

Изобретение относится к области электронной техники. Технический результат заключается в повышении мощности, электрической и механической прочности, в уменьшении массы и габаритов, а также в упрощении технологии изготовления. Корпус лампы выполнен из двух коаксиальных металлических труб и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02236720
Дата охранного документа: 20.09.2004
01.03.2019
№219.016.c975

Токопроводящая клеевая композиция

Настоящее изобретение раскрывает клеевые композиции, в частности теплостойкий высокотехнологичный токопроводящий клей без растворителей для низкоомного контактного монтажа элементов приборных конструкций. Клей особенно пригоден в производстве полупроводниковых приборов, СВЧ-микросхем, гибридных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002246519
Дата охранного документа: 20.02.2005
01.03.2019
№219.016.c9b1

Мягкий припой

Изобретение может быть использовано для пайки изделий различного назначения, в частности для герметизации корпусов модулей в микроэлектронике. Мягкий припой может быть выполнен в виде проволоки, полосы или фольги и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: индий 48-52, олово 46-50,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02241584
Дата охранного документа: 10.12.2004
29.03.2019
№219.016.f89e

Способ изготовления коллектора из меди для мощного свч-прибора о-типа

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке и изготовлении мощных СВЧ-приборов О-типа, например клистронов. Техническим результатом предложенного способа является повышение качества изготовления коллектора за счет обеспечения плотного контакта между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02196371
Дата охранного документа: 10.01.2003
18.05.2019
№219.017.5541

Болометрический резистивный элемент

Изобретение относится к технике измерений. Термочувствительный слой элемента выполнен из нитрида титана толщиной 0,003-0,015 мкм. Внутри мембраны над термочувствительным слоем и отделенным от него диэлектрическим слоем мембраны выполнен слой, поглощающий инфракрасное излучение. На лицевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002258207
Дата охранного документа: 10.08.2005
18.05.2019
№219.017.5543

Диодный ограничитель мощности свч сигнала

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к диодным ограничителям мощности, служащим для защиты входа приемного устройства от воздействия СВЧ сигнала собственного передатчика и мощного стороннего СВЧ сигнала. Диодный ограничитель СВЧ мощности содержит входную и выходную линии передачи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002258278
Дата охранного документа: 10.08.2005
09.06.2019
№219.017.785b

Гибридная интегральная схема свч-диапазона

Использование: в электронной технике. Технический результат - улучшение массогабаритных характеристик, повышение технологичности и снижение стоимости. Сущность изобретения: в конструкции гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, содержащей диэлектрическую подложку с топологическим рисунком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02235390
Дата охранного документа: 27.08.2004
29.06.2019
№219.017.9a6a

Волноводно-щелевая антенная решетка

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а именно к волноводно-щелевым антенным решеткам, используемым в радиолокационных системах летательных аппаратов. Техническим результатом является создание технологичной низкопрофильной конструкции волноводно-щелевой антенной решетки (ВЩАР),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002246156
Дата охранного документа: 10.02.2005
29.06.2019
№219.017.9a7c

Многолучевой прибор о-типа

Изобретение относится к электронной СВЧ-технике, а именно к мощным широкополосным многолучевым приборам О-типа, например к многолучевым клистронам. Для увеличения выходной мощности многолучевого СВЧ-прибора О-типа в каждом активном резонаторе с рабочим видом колебаний H размещены по две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002244980
Дата охранного документа: 20.01.2005
29.06.2019
№219.017.a230

Устройство для монтажа кристалла

Использование: в электронной технике. Сущность изобретения: инструмент выполнен в виде шаровой пары цилиндр-полусфера, что позволяет автоматически совмещать плоскости стола и инструмента с высокой точностью. Наличие прозрачной шайбы с отверстием, присоединенной к нижней части полусферы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02194337
Дата охранного документа: 10.12.2002
Показаны записи 1-2 из 2.
23.02.2019
№219.016.c746

Мощная импульсная модуляторная лампа

Изобретение относится к области электронной техники. Технический результат заключается в повышении мощности, электрической и механической прочности, в уменьшении массы и габаритов, а также в упрощении технологии изготовления. Корпус лампы выполнен из двух коаксиальных металлических труб и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02236720
Дата охранного документа: 20.09.2004
19.06.2019
№219.017.8460

Катодный узел

Изобретение относится к электронной технике. Изобретение обеспечит повышение надежности катодного узла с подогревным катодом. Это достигается тем, что в катодном узле цилиндрической формы, внутрь которого вставлен подогреватель в виде спирали с выводами в разные стороны цилиндра, изменена форма...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002260223
Дата охранного документа: 10.09.2005
+ добавить свой РИД