ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ПРИБОР Российский патент 1997 года по МПК H01J21/00 H01J31/00 H01J7/18 

Изобретение относится к электронной технике, а точнее, к конструкции электровакуумных приборов. Более конкретно, предложение относится к конструкции электровакуумного прибора, содержащего нераспыляемый газопоглотитель (геттер).

Широко известны нераспыляемые газопоглотители, располагаемые внутри откачанной оболочки электровакуумного прибора. Такие газопоглотители изготавливаются обычно на основе металла, обладающего сорбирующими свойствами (титан, цирконий) и способствующего поддержанию высокого вакуума в рабочем объеме прибора на протяжении всего его срока службы.

Известны также электровакуумные приборы с подогревным газопоглотителем. Такие приборы содержат внутри оболочки нераспыляемый газопоглотитель на основе титана, в состав которого входят две основные детали: собственно газопоглотитель (в виде, например, штабика или пористого тела) и омический нагревательный элемент в виде проволочной спирали (соединенной с подогревателем прибора последовательно или параллельно). Нагрев последнего приводит к нагреву собственного газопоглотителя до сравнительно невысокой температуры (200-350^oC). При этом существенно возрастут сорбционные свойства и возможности нераспыляемого газопоглотителя, что в результате приводит к повышению надежности прибора (снижается вероятность межэлектродных пробоев при ухудшении вакуума) и удлинению срока службы. Подогреваемый титановый газопоглотитель был успешно применен в конструкции электровакуумного прибора СВЧ-диапазона. Такой прибор содержит откачанную оболочку, расположенные внутри нее электроды формирования и управления электронным потоком подогревный источник электронов, коллекторный электрод и подогревный титановый газопоглотитель [1]
Недостатком описанных в [1] подогревных нераспыляемых газопоглотителей является узость области их применения. Они пригодны для тех приборов, у которых внутри оболочки в непосредственной близости от подогревного источника (катода) достаточно места для размещения узла газопоглотителя (включая его нагревательный элемент). Газопоглотитель (в частности, непрерывно работающий нераспыляемый газопоглотитель) целесообразно размещать вблизи от катода, так как при этом обеспечивается в первую очередь сорбция молекул остаточных газов (в том числе и выделяющихся в объем деталей) именно внутри от катода и газопоглотитель защищает катод от воздействия этих газов. В ряде электродных приборов их конструкция не позволяет разместить относительно крупный по объему узел подогреваемого газопоглотителя вместе с нагревательным элементом (спиралью). Достаточно места как исключение лишь в мощных генераторных СВЧ-приборах, в которых и была использована конструкция [1]
Весьма актуальна задача улучшения вакуума в ряде электронно-лучевых приборов, в частности, в современных кинескопах с высокой плотностью тока в электронном потоке. К сожалению, катодный узел электронно-лучевых трубок и примыкающая к нему многоэлектродная система формирования электронного потока и управления им располагается в узкой горловине и при этом междуэлектродные расстояния весьма малы. Таким образом, вблизи от катода нет места для расположения узла подогреваемого газопоглотителя.

Целью изобретения является существенное расширение области применения подогреваемых нераспыляемых газопоглотителей, их использование в таких приборах, в которых ранее они не могли быть использованы по указанной выше причине. К числу таких приборов относятся относительно малогабаритные приборы (приемно усилительные лампы) и электронно-лучевые приборы (электродная система которых заключена в узкую горловину). В частности, возможность использовать подогреваемый титановый газопоглотитель в кинескопах для цветного телевидения позволит, во-первых, значительно продлить срок службы этого дорогостоящего прибора и, во-вторых, создать кинескопы для телевидения высокой четкости (для которых особенно высоки требования к высоте и чистоте вакуума).

В кинескопах (и в других крупногабаритных приборах) уровень вакуума зависит от большой массы стекла оболочки и металла электродной системы, являющихся источником значительного газовыделения. Самое тщательное обезгаживание кинескопа в процессе его откачки не может устранить непрерывную десорбцию газов с поверхностей стекла и электродов во время хранения кинескопа и его эксплуатации. Практика показала, что даже совместное действие распыляемого (бариевого) и нераспыляемого (титанового) газопоглотителей не обеспечивает эффективного поглощения десорбируемых газов. Существенное повышение сорбирующих возможностей нераспыляемого газопоглотителя в кинескопе возможно лишь при изыскании возможности нагрева газопоглотителя в процессе его эксплуатации.

Указанная выше цель достигается тем, что в электровакуумном приборе, содержащем откачанную оболочку, внутри которой расположены подогревный источник электронов (катод), по крайней мере один электрод формирования и управления электронным потоком, коллекторный электрод (например, анод) и подогревный титановый газопоглотитель, последний выполнен в виде плоской детали из листового материала. Эта деталь по крайней мере частично изготовлена из газопоглощающего материала (титана или его сплавов) и имеет по крайней мере одно сквозное отверстие. Деталь расположена между одним из указанных электродов и коллекторным электродом. При этом плоскость указанной детали перпендикулярна направлению движения электронного потока в приборе. На указанную плоскую деталь подают потенциал, имеющий по отношению к катоду положительное значение.

Как уже сказано, плоская деталь выполнена из газопоглощающего металла, по крайней мере частично. Она может быть выполнена в виде металлической подложки с пленочным титановым покрытием такого металла, как нержавеющая сталь, никель, молибден или ниобий. Титановое пленочное покрытие может быть нанесено одним из известных способов пленочной технологии с обеспечением при этом прочного сцепления покрытия с подложкой. Плоская деталь может быть изготовлена также из сплава титана с ниобием при содержании последнего в пределах 15-45 мас. Как показала практика, указанный сплав позволяет получить детали механически более жесткие и формоустойчивые при нагреве по сравнению с чистым титаном. Если содержание ниобия ниже 15 мас. повышение формоустойчивости перестает быть заметным. Если ниобия больше 45 мас. газопоглощающие свойства сплава (скорость сорбции, сорбционная емкость) снижаются. Оптимальный состав сплава содержание в нем ниобия 27-33 мас.

Указание на то, что плоская деталь изготовлена из листового материала не следует понимать в том смысле, что этот материал обязательно должен быть компактным. Материал детали может иметь также пористую структуру (и при этом иметь плоскую форму).

В частном случае использования предложенного подогреваемого газопоглотителя в многолучевом электронно-лучевом приборе, например, в трехлучевом кинескопе для цветного телевидения, газопоглотитель может быть выполнен общим для трех электронно-лучевых систем. В этом случае плоская деталь имеет три отверстия. В приборе плоская деталь установлена таким образом, что центр каждого отверстия совмещен с электронно-оптической осью одной из электронных систем кинескопа. Плоская деталь (газопоглотитель) установлен между модуляторами кинескопа и его фокусирующим электродом.

Целесообразно при этом подавать на указанную плоскую деталь потенциал, равный потенциалу ускоряющего электрода кинескопа. В этом случае газопоглотитель фактически выполняет также и функцию ускоряющего электрода, и, следовательно, отпадает необходимость в собственно ускоряющем электроде. Естественно, что при этом плоская деталь должна соответствовать конструкции ускоряющего электрода кинескопа данного типа.

Для каждого типа электровакуумного прибора экспериментально подбирают такие размеры плоской детали (в частности, диаметра отверстия) и подаваемого на нее положительного потенциала, чтобы при прохождении электронного потока (или электронного луча) сквозь отверстие в детале газопоглотителе часть ускоренных электронов попадала на газопоглотитель.

Прошедшая сквозь отверстие часть электронов должна быть достаточной для обеспечения работы электровакуумного прибора. Та часть электронов, которая бомбардирует газопоглотитель, нагревает его до температуры 200-400^oC, что соответствует оптимальному температурному диапазону работы титанового газопоглотителя.

Таким образом, предложенный подогреваемый газопоглотитель не имеет нагревательной спирали и поэтому его габариты невелики. Благодаря этому и своей плоской форме газопоглотитель легко встраивается в электродную систему вблизи катода и обеспечивает эффективное газопоглощение в первую очередь в этом районе без использования отдельного источника тепла (нагревательной спирали).

На фиг.1 схематически представлен общий случай конструкции электровакуумного прибора; на фиг. 2 один из частных случаев предложенного устройства электронно-лучевой прибор; на фиг.3 одна из возможных конструкций собственно газопоглотителя; на фиг.4 газопоглотитель для трехлучевого кинескопа.

Предложенный электровакуумный прибор на фиг.1 имеет оболочку (колбу) 1, внутри которой расположены катодный узел с катодом 2 и подогревателем 3, а также коллекторный электрод (например, анод) 4. Между катодом и анодом расположены электроды прибора. Такими электродами (в зависимости от типа прибора, его назначения и принципа работы) могут быть сетки, элементы электронно-оптической системы или другие электроды, имеющие своим назначением формирование электронного потока и управления им. На фиг.1 приведен случай, когда таких электродов два, но может быть и лишь один такой электрод или их может быть более чем два. На фиг.1 эти электроды обозначены через 5 и 6. Потенциалы на электродах 5 и 6 зависят от конкретного типа прибора. Между одним из электродов и анодом расположен подогреваемый титановый газопоглотитель 7. На фиг. 1 этот газопоглотитель помещен между электродом 5 и электродом 6. В зависимости от конкретной конструкции прибора и его особенностей газопоглотитель, в принципе может быть расположен и между электродом 6 и анодом 4, что не меняет сущности предложения. Газопоглотитель 7 представляет собой плоскую деталь, в которой имеется по крайней мере одно сквозное отверстие. На фиг.3 показан пример выполнения газопоглотителя в виде плоской детали, имеющей форму шайбы. На газопоглотитель 7 подается положительный относительно катода потенциал. Величина этого потенциала подбирается исходя из указанных выше соображений: в результате подачи положительного потенциала на газопоглотитель 7 токораспределение в приборе не должно нарушать работу прибора и выводить его параметры за пределы нормы. При этом часть электронов, бомбардирующих газопоглотитель 7, и их энергия должны разогревать его до температуры 200-400^oC.

На фиг.2 приведен пример использования предложения в одном из электровакуумных приборов электронно-лучевом приборе. Такой прибор может быть однолучевым или многолучевым, например, трехлучевым. На фиг.2 для простоты показана лишь одна электродная система, но в принципе, таких систем может быть, например, три, как это имеет место в трехлучевом кинескопе для цветного телевидения. Здесь так же, как и в общем случае, показанном на фиг.1, прибор имеет оболочку (колбу) 1, внутри нее находятся катод 2 с подогревателем 3 и коллектор электронов 4. В данном случае роль коллекторного электрода выполняет экран кинескопа, его алюминиевое покрытие и электроприводный слой на конической части колбы. В непосредственной близости к катоду расположен модулятор 8 и другие электроды, образующие фокусирующую систему (не показаны). Имеется также фокусирующий электрод 9, показанный на фиг. 2 обобщенно и упрощенно. Газопоглотитель 7 расположен между модулятором 8 и фокусирующим электродом 9 и на него подают положительный потенциал. Если прибор имеет трехлучевую систему, то используемый при этом газопоглотитель показан на фиг. 4. Газопоглотитель выполнен в виде прямоугольной плоской детали 10 с тремя отверстиями. Газопоглотитель устанавливается в электронной системе кинескопа таким образом, что через каждое отверстие по его центру проходит один из лучей кинескопа. Выступы и служат для крепления газопоглотителя.

Предлагаемый электровакуумный прибор работает следующим образом. На все электроды прибора подаются предусмотренные для него потенциалы. При этом в рабочем объеме прибора образуется электронный поток, ускоряемый от катода в сторону коллекторного электрода (анода). Как уже было сказано, на газопоглотитель 7 подают положительный потенциал. Электроны, сформированные в поток, в основном проходят сквозь отверстие в газопоглотителе 7, но под воздействием положительного потенциала на нем часть их попадает на поверхность газопоглотителя 7 и бомбардируют его. Электронная бомбардировка газопоглотителя 7 (или газопоглотителя 10 в случае трехлучевого прибора) приводит к его нагреву.

Через некоторое время после начала работы на всех деталях и электродах прибора устанавливается тепловой режим. Этот режим характеризуется умеренным повышением температуры газопоглотителя до 200-400^oC.

Использование: в электронных приборах, а точнее в электровакуумных приборах с подогревным нераспыляемым газопоглотителем. Сущность изобретения: газопоглотитель выполнен в виде плоской детали из титана (или его сплавов), имеющей по крайней мере одно сквозное отверстие. Такая деталь (газопоглотитель) расположена между одним из электродов прибора и его коллекторным электродом (анодом) перпендикулярно направлению рабочего электронного потока прибора. Часть электронов потока бомбардирует газопоглотитель и он нагревается до 200-400^oC. При этом значительно повышаются его сорбирующие свойства. При использовании предложения в многолучевых электронно-лучевых приборах плоская деталь имеет отверстие по числу лучей и расположена за модулятором таким образом, что через каждое отверстие проходит один из лучей. На указанную деталь-газопоглотитель подают потенциал ускоряющего электрода, и в этом случае газопоглотитель одновременно выполняет функции указанного электрода. Предложенная конструкция позволяет использовать подогреваемый нераспыляемый газопоглотитель в тех приборах, внутри оболочки которых нет места для размещения отдельного узла нагреваемого газопоглотителя со своим источником нагрева - нагревательной спиралью. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электровакуумный прибор, содержащий откачанную оболочку, расположенные внутри нее подогревный источник электронов, систему формирования и управления электронным потоком, содержащую по крайней мере один электрод из группы, включающей модулирующий, ускоряющий и фокусирующий электроды, коллекторный электрод и подогревный титановый газопоглотитель, отличающийся тем, что подогревный титановый газопоглотитель выполнен в виде плоской детали из листового металла, которая имеет по крайней мере одно сквозное отверстие, расположена между одним из электродов и коллекторным электродом в плоскости, перпендикулярной направлению электронного потока и по крайней мере частично изготовлена из титана или его сплавов, при этом на указанную плоскую деталь подают потенциал, положительный по отношению к катоду. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что указанная плоская деталь изготовлена из металла, взятого из ряда, содержащего нержавеющую сталь, никель, молибден, и по крайней мере на одну из сторон указанной детали нанесена прочно сцепленная с ней пленка титана. 3. Прибор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанная плоская деталь изготовлена из сплава с ниобием при содержании последнего в пределах 15 45 мас. 4. Прибор по пп. 1 3, отличающийся тем, что при использовании подогревного титанового газопоглотителя в электронно-лучевом приборе, например кинескопе, указанная плоская деталь совмещена с ускоряющим электродом.