СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ С АНОДНЫМ БЛОКОМ СВЧ ЛАМПЫ О-ТИПА Российский патент 1997 года по МПК H01J23/06 H01J9/18 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления электронных пушек приборов СВЧ "О"-типа, и представляет интерес для специалистов, занимающихся разработкой и изготовлением электровакуумных приборов (ЭВП).

Известные способы изготовления электронных пушек для ЭВП, формирующих сильноточные электронные пучки, и методы их соединения с анодным блоком СВЧ-ламп направлены, в основном, на обеспечение формоустойчивости конструкции и достижение наилучшей соосности катода (катодов) с пролетным каналом, начиная с анода, расположенного в плоскости "выстрела" электронов в электродинамическую систему (ЭДС).

Например, фирмой "Siemens" была предложена конструкция повышенной механической прочности и способ усовершенствования центровки электродов электронной пушки [1] Отличительной особенностью изобретения является применение изоляторов, обеспечивающих соосное расположение катода, фокусирующего электрода анода, относительно друг друга и оси пролетного канала лампы за счет "штекерной" системы соединения перечисленных электродов с изоляторами, а изоляторов с корпусом. При этом линейные размеры элементов конструкции подобраны так, что позволяют выдерживать требуемые соосность электродов и расстояния между ними. Требуемое положение электродов и изоляторов фиксируется по центру лампы механически с помощью пластины, закрепленной болтами на корпусе пушки.

Недостатком данной конструкции и способа является низкая электрическая прочность, так как с внутренних поверхностей изолятора из-за их "закрытости" нельзя удалить известными способами проводящие пленки, которые образуются на них в результате испарения и катода металлов, входящих в состав эмиссионного вещества.

Кроме того, принятая система крепления электродов и изоляторов требует ужесточения допусков посадочных диаметров "штекерных" соединений для устранения люфтов. Однако при этом чрезвычайно сложно избежать необратимой деформации электродов, вызываемой напряжениями, возникающими в них из-за разницы коэффициентов термического расширения (КТР) материалов электродов и изоляторов. Последнее обстоятельство неизбежно приводит к потере сооности, особенно при циклическом характере нагрева, который часто имеет место в условиях эксплуатации ЭВП О-типа.

Рекомендуемые пути снижения остаточных напряжений из-за термоуходов за счет материалов для электродов, расположенных в наиболее "горячих" местах, значения КТР которых близки к значениям КТР изоляторов, чаще всего реализовать не удается, так как трудно в условиях эксплуатации ЭВП на протяжении всего периода работы обеспечить расчетные значения температур соответствующих деталей такой "жесткой" конструкции.

Другие известные решения по уменьшению вредного влияния термоуходов электродов на параметры электронных пушек заключаются в том, чтобы обеспечить высокую точность сборки электродов с учетом их свободного перемещения при нагрева в условиях эксплуатации с получением требуемых расстояний между электродами в продольном направлении и перпендикулярно оси после выхода на номинальный тепловой режим [2] При этом бязательным является отсутствие остаточных напряжений, например, в местах соединения электродов с содержанием изолятора пушки, в также сведение до минимуму пружинящего эффекта при фиксации положения электродов относительно друг друга в процессе сборки пушки. Однако известные способы предусматривают жесткий контакт собираемых деталей с элементами оправки (пластинами, втулками, кольцами и т.п.), обеспечивающими требуемое взаимное положение деталей в конструкции электронных пушек. При этом естественно не удается избежать после соединения деталей друг с другом известными неразъемными и разъемными способами (сварка, пайка, клепка, завальцовка, свинчивание и т.п.) напряжений в конструкции, которые при величинах, не превышающих предела упругости материала деталей, приводят после демонтажа к уходу их от требуемого положения из-за пружинящего эффекта. Если же напряжения выше предела упругости, то материалы соединяемых деталей при сборке подвергаются деформации, которая, как правило (при отсутствии разрушения), приводит к возникновению остаточных напряжений в конструкции. Эти напряжения, в свою очередь, при нагреве деталей в процессе работы электронной пушки в приборе (особенно при циклическом нагреве) приводят к потере устойчивости и непрогнозируемому смещению деталей относительно друг друга. В результате рабочие параметры электронной пушки ухудшаются, что отрицательно сказывается на параметрах прибора в целом.

Наиболее близким к изобретению является способ сборки электронных пушек [2] в соответствии с которым электродные элементы, состоящие из полуцилиндрических стенок и полукруглых фланцев, расположенных на торцах этих стенок, размещают вдоль центра оси пушки с определенным расстоянием друг от друга.

При этом зазор между соседними электродами в процессе сборки устанавливают с помощью прокладок, на которых имеются выступы, фиксирующие положение катода (азимутальное) относительно отверстий фокуса и полетного канала (для прохождения электронного луча).

Недостатки предложенного способа заключаются в том, что расположение по оси в требуемом положении и центровка электродных элементов, в том числе катодов, относительно друг друга и отверстий для прохождения луча и его фокусировки осуществляют с помощью специальных прокладок, которые контактируют непосредственно с электродами и катодами ("заневоливания"), фиксируя их в требуемом положении. При этом из-за наличия зазоров между прокладками и посадочными поверхностями полуцилиндрических стенок и полукруглых фланцев, определяемых допусками на обработку поверхностей этих элементов, в процессе их соединения между собой, например, с помощью сварки, возникает натяг, который после демонтажа приспособления приводит к изменению положения элементов конструкции относительно друг друга по сравнению с требуемым.

Это обстоятельство, как отмечалось выше, не позволяет гарантировать сохранение параметров электронной пушки в процессе эксплуатации и ухудшает надежность и качестве СВЧ-ламп.

Задача изобретения повышение надежности и долговечности СВЧ-ламп за счет обеспечения стабильной работы электронно-оптической системы, в результате снижения остаточных напряжений в конструкции электронной пушки, повышения точности сборки и формоустойчивости электродов, сведения до минимуму необратимых изменений положения элементов электронной пушки при многократных включениях канала во время эксплуатации.

Задача решается тем, что в способе изготовления и сборки электронной пушки с анодным блоком СВЧ лампы О-типа, включающей сборку катода, управляющего электрода и анода пушки с соответствующими держателями металлокерамического узла и присоединение электронной пушки к анодному блоку лампы, вначале производят механическую обработку базовой поверхности держателя анода, затем обрабатывают установочные поверхности остальных держателей параллельно по отношению к ней, после чего на базовую поверхность держателя анода устанавливают и фиксируют оправку, являющуюся имитатором анода, последовательно устанавливают и приваривают к соответствующим держателям катод и управляющий электрод, центрируя их под микроскопом относительно имитатора анода, снимают имитатор анода, устанавливают на его место анод, на торце которого выполнены технологические отверстия, соосные оси электронной пушки, после чего электронную пушку соединяют с анодным блоком СВЧ-лампы с помощью ориентирующих стержней, вставленных в технологические отверстия анода.

Изобретение поясняется фиг. 1 4, на которых представлены схемы конструкции электронной пушки и приспособления, поясняющие реализацию предлагаемого способа, который состоит из следующих операций и переходов.

Металлокерамический узел 1 (фиг. 1) электронной пушки после его пайки подвергают механической обработке, причем сначала обрабатывают базовую поверхность держателя 2 анода 3, затем обрабатывают установочные поверхности держателя 4 катода (катодов) и держателя 5 управляющего электрода, строго параллельно по отношению к базовой поверхности , например, с точностью , выдерживая требуемые расстояния до нее (а, в). Затем производят сборку электронной пушки, используя приспособление (фиг. 2), которую начинают с установки на базовую поверхность имитатора 6 анода, фиксируют с помощью винтов 7 приспособления и отмечают его положение на установочной поверхности рисками. Затем производят сборку катода 8 (катодов), устанавливая его под микроскопом относительно имитатора анода, например, с точностью ± 0,01 мм, фиксируют, поджимают с помощью приспособления к поверхности держателя, и соединяют с ней при помощи лазерной сварки по режиму: энерг. луча E 4 ^oC6 Дж. Вслед за этим, аналогичным образом производят сборку и сварку управляющего электрода 9 (электродов) с его держателем (держателями) [фиг. 3] после чего демонтируют имитатор анода, устанавливают на его место и фиксируют винтами оправки в том же положении анод электронной пушки, контролируя точность сборки под микроскопом, и приваривают вакуум-плотно анод к его держателю с помощью сварки по режиму: 1 св. 75 ± 5 A, U_св. 3^oC5 об/мин, расход аргона 8 9 л/мин. Собранную электронную пушку после окончательного демонтажа оправки, проверки вакуумной плотности сварного шва в месте соединения анода с держателем и контроля точности сборки присоединяют к анодному блоку СВЧ-лампы, устанавливая ее соосно с пролетными каналами при помощи стержней 10, входящих в ориентирующие (технологические) отверстия анода и пушки анодного блока (фиг. 4).

Вакуумно-плотное соединение электронной пушки с блоком резонаторов осуществляют одним из известных способов, в частности аргоно-дуговой сваркой.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать и собрать электронную пушку с блоком резонаторов СВЧ-лампы, во-первых, с требуемой точностью, как правило, более высокой, чем с помощью известных способов, и, во-вторых, практически устранить остаточные напряжения и упругую деформацию электронных элементов электронной пушки, так как в этом случае не применяются жесткие пластины и центрирующие втулки, которые, как отмечалось выше, являются косвенной причиной возникновения указанных отрицательных факторов. В результате повышается надежность и качество СВЧ-ламп, в частности, клистронов и ЛБВ.

Данное утверждение подтверждено экспериментально, так как изготовление и сборка электронной пушки с блоком резонаторов СВЧ-ламп известными способами, в том числе, с использованием прототипа обеспечивает более низкие качественные показатели, чем при использовании для тех же целей предлагаемого способа. Более того, в электронных пушках, изготавливаемых известными способами, часто наблюдается разрушением сварных соединений в местах крепления электродных элементов с держателями МК узла. В то же время эксплуатация изделий с электронными пушками, собранными по предлагаемому способу, показала, что такой, дефект отсутствует.

Ограничением в применении предлагаемого способа является конструктивное исполнение электронной пушки, например, не позволяющее проводить механическую обработку поверхностей держателей МК узла из-за малых размеров изолятора, тонкостенности держателей и т.п.

Использование: электронная техника, в частности технология изготовления электронных пушек приборов СВЧ О-типа. Сущность изобретения: способ включает сборку катода, управляющего электрода и анода с их держателями в металлокерамическом узле и присоединение электронной пушки к лампе через ориентирующие стержни. Вначале производят механическую обработку базовой поверхности держателя анода, затем обрабатывают установочные поверхности остальных держателей строго параллельно по отношению к базовой поверхности держателя анода; сборку проводят с установки на эту базовую поверхность имитатора анода, который фиксируют на базовой поверхности держателя анода и производят последовательную сборку и сварку катода и управляющего электрода с их держателями металлокерамического узла. 4 ил.

Способ изготовления и сборки электронной пушки с анодным блоком СВЧ лампы О-типа, включающий сборку катода, управляющего электрода и анода пушки с соответствующими держателями металлокерамического узла и присоединение электронной душки к анодному блоку лампы, отличающийся тем, что вначале производят механическую обработку базовой поверхности держателя анода, затем обрабатывают установочные поверхности остальных держателей параллельно по отношению к ней, после чего на базовую поверхность держателя анода устанавливают и фиксируют оправку, являющуюся имитатором анода, последовательно устанавливают и приваривают к соответствующим держателям катод и управляющий электрод, центрируя их под микроскопом относительно имитатора анода, снимают имитатор анода, устанавливают на его место анод, на торце которого выполнены технологические отверстия, соосные оси электронной пушки, после чего электронную пушку соединяют с анодным блоком СВЧ лампы с помощью ориентирующих стержней, вставленных в технологические отверстия анода.