ПРИПОЙ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНОГО УЗЛА Российский патент 2006 года по МПК B23K35/30 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к катодно-подогревательным узлам (КПУ) для электровакуумных приборов.

Одной из основных задач при конструировании катодно-подогревательных узлов является обеспечение надежного соединения отдельных его элементов (эмиттер, катододержатель, экраны, тепловая развязка, подогреватель и пр.) в единый узел.

Существуют различные способы соединения: сварка контактная, лазерная или электронно-лучевая, а также пайка.

В тех случаях, когда применяются металлопористые эмиттеры, например вольфрамовая губка, пропитанная алюминатом бария-кальция, основными материалами, используемыми в конструкциях катодно-подогревательных узлов, являются тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий или сплавы на основе вольфрама или молибдена с рением.

Соединение этих материалов посредством сварки возможно, хотя и не обеспечивает необходимую надежность, особенно в режимах термомеханических нагрузок. Трещины - основной вид брака.

Как правило, вариант соединения тугоплавких материалов - пайка, которая обеспечивает стабильность температуры, что особенно важно при изготовлении многоэмиттерных катодов.

При этом пайка при низкой температуре обладает рядом преимуществ:

во-первых, уменьшение охрупчивания паяемого материала,

во-вторых, уменьшение влияния припоя на эмиссионное тело,

в-третьих, появляется возможность паять эмиссионное тело в вакууме, а не только в защитной среде водорода, азота.

Известен припой для пайки элементов катодно-подогревательного узла, изготовленный на основе порошка родия либо иридия с добавкой 4-6 масс.% бора [1].

Данный припой - низкотемпературный 1200-1300°С, устойчив в вакууме и обеспечивает надежную пайку при указанной температуре.

Однако использование данного припоя затруднено из-за дефицитности применяемых материалов.

Известен припой для пайки элементов катодно-подогревательного узла, изготовленный на основе порошка никеля также с добавкой бора 4-6 либо 12 масс.% [2].

Данный припой позволяет проводить процесс пайки при еще более низкой температуре 1100-1200°С. Его целесообразно использовать для пайки элементов катодно-подогревательных узлов с низкой рабочей температурой - не выше 1050°С.

Однако высокое давление паров никеля не позволяет его использовать для пайки элементов катодно-подогревательного узла с рабочей температурой выше 1150°С.

Известна пайка элементов катодно-подогревательного узла чистой платиной - прототип [3].

Платина в качестве припоя обладает рядом преимуществ, свойственных только материалам платиновой группы, а именно:

- хорошей смачиваемостью паяемых тугоплавких металлов,

- химической инертностью - не взаимодействует с материалом эмиттеров и не отравляет их,

- обладает низкой скоростью испарения в процессе работы катодно-подогревательного узла в приборе, что является актуальным для любого катодно-подогревательного узла.

Однако, платина - это высокотемпературный припой, температура пайки 1800-1850°С.

При этих температурах происходит охрупчивание паяемых материалов.

Техническим результатом изобретения является снижение температуры пайки при сохранении низкой скорости испарения припоя в вакууме в процессе работы катодно-подогревательного узла.

Технический результат достигается тем, что известный припой для пайки элементов катодно-подогревательного узла на основе платины дополнительно содержит бор в количестве 2-3 вес.% при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Платина97-98Бор3-2

Предложенный припой позволил снизить температуру пайки до 1050-1100°С и обеспечивает надежную пайку тугоплавких металлов и сплавов при этой температуре.

Указанные пределы соотношений компонентов припоя обусловлены технологическим разбросом.

Рентгеновский микроанализ состава паяных соединений элементов, катодно-подогревательных узлов, выполненных из тугоплавких металлов, например молибдена и вольфрама, показал, что в процессе пайки состав предложенного припоя меняется: бор уходит из припоя, образуя соединения с молибденом и вольфрамом Мо₂В₅ и W₂B₅, а молибден и вольфрам растворяются в платине, что обеспечивает повышение температуры распая до 1700-1800°С.

Зона взаимодействия припоя с паяными материалами минимальна и составляет 5-10 мкм.

Пример.

Припой для пайки приготавливают следующим образом.

Берут навески порошка платины в количестве 97-98 вес.% и смешивают в вибромельнице с 3-2 вес.% порошка бора.

Приготовленный припой используют либо в сухом виде, либо в виде пасты (разводят глицерином) для удобства и в зависимости от расположения места пайки.

Данный припой был использован для пайки элементов катодно-подогревательных узлов электронных приборов типа ЛБВ, клистронов и пр.

Изготовленные катодно-подогревательные узлы были переданы на испытания стабильности температуры при циклических включениях накала.

Таким образом, предлагаемый припой для пайки элементов катодно-подогревательного узла на основе платины по сравнению с прототипом обеспечит:

во-первых, снижение температуры пайки до 1050-1100°С при сохранении низкой скорости испарения припоя в вакууме в процессе работы катодно-подогревательного узла, сохранении хорошей смачиваемости и высокой химической инертности;

во-вторых, повышение температуры распая до 1700-1800°С.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №39223 на полезную модель, приоритет 20.11.2002 г., МПК7 H 01 J 1/20, В 23 К 35/30.

2. Свидетельство на полезную модель №24320 приоритет 29.12.2001 г. МПК7 H 01 J 1/20, В 23 К 35/30.

3. Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды, Изд. Энергия, 1966 г., стр.174.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катодно-подогревательных узлов электровакуумных приборов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, вес.%: платина 97-98, бор 2-3. Припой обеспечивает снижение температуры пайки при сохранении низкой скорости его испарения в вакууме в процессе работы катодно-подогревательного узла.

Припой для пайки элементов катодно-подогревательного узла на основе платины, отличающийся тем, что припой дополнительно содержит бор в количестве 2-3 вес.% при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Платина97-98Бор2-3