СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОРИСТОГО КАТОДА Российский патент 2021 года по МПК H01J9/04 H01J29/04 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к металлопористым катодам (МПК) электронных приборов СВЧ.

Известен способ изготовления металлопористого катода, включающий несколько последовательных операций. Вначале подготавливается смесь вольфрамовых порошков, перемешанных с парафином. Затем осуществляется прессование подготовленной смеси в виде штабиков и удаление парафина нагреванием смеси в водороде до 300°С. Далее осуществляется спекание штабиков до определенной пористости, пропитывание спеченных штабиков медью, токарная механическая обработка до получения катодной губки заданных формы и размеров, химическое и термическое удаление меди из катодной губки. Далее осуществляется пропитка катодной губки расплавом активного вещества, удаление избытков активного вещества с поверхности катодной губки, установка и закрепление катодной губки в корпусе катода с образованием тепловых контактов по сопрягаемым поверхностям катодной губки и корпуса катода [Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды // М.-Л. Изд-во «Энергия». 1966. С. 214, 215].

Недостатком этого способа является отсутствие процессов, обеспечивающих равномерность распределения плотности смеси вольфрамовых порошков перед прессованием, что приводит к неравномерности пористости в объеме прессованной катодной губки, соответствующей неравномерности электронной эмиссии и скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки, а также снижению эмиссионной долговечности катода.

Известен также способ изготовления металлопористого катода, включающий запрессовку порошка тугоплавкого металла в стакан из молибдена и пропитку сформированной пористой губки активным веществом в виде порошка из алюмината или алюмосиликата бария-кальция при температуре 1700-1800°С в среде водорода, с последующим удалением активного вещества с поверхности стакана и губки многократным смыванием струей воды и формированием таким образом эмитирующей поверхности катода [Резнев В.А., Резнева Т.Г. Способ изготовления металлопористого катода // Патент РФ на изобретение RU 2333565 С1. Опубл. 10.09.2008]. Достоинством данной конструкции является простота изготовления металлопористого катода. В этом способе, однако, также не обеспечивается равномерность пористости в объеме металлопористого катода, что приводит к соответствующей неравномерности электронной эмиссии, неравномерности скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и снижению эмиссионной долговечности катода.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа изготовления металлопористого катода является способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла, например вольфрама, при котором создают пористую губку путем прессования порошка металла, спекания в среде водорода прессованной губки и пропитывание ее эмиссионным веществом на основе соединения щелочноземельных металлов. Причем при изготовлении прессованной губки сферический порошок тугоплавкого металла дисперсностью 0,2-20 мкм осаждают на тугоплавкую подложку в растворе с вязкостью (1÷1000)⋅10^-3 кг/м⋅с, например, в 5-15%-ном растворе поливинилового спирта, затем раствор удаляют и выполняют термоподпрессовку в атмосфере водорода при давлении 1-10 т/см² и температуре 1100-1400°С в течение 5-30 мин [Аристова И.Я. и др. Способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла // Авторское свидетельство СССР 654981 на изобретение RU 2333565 С1. Опубликовано 30.03.1979. бюллетень №12].

В этом способе, за счет разности скорости оседания частиц сферического порошка тугоплавкого металла дисперсностью 0,2-20 мкм на тугоплавкую подложку в растворе с вязкостью (1÷1000)⋅10^-3 кг/м⋅с, например, в 5-15%-ном растворе поливинилового спирта, создается переменная по высоте губки структура распределения размеров частиц порошка.

Однако для осуществления процесса осаждения сферического порошка тугоплавкого металла в растворе, обладающем вязкостью, необходимо подготовить порошок, распределив его фракции возможно более равномерно по объему изготавливаемой детали, при необходимости с припуском, или с другим распределением фракций, после этого подготовленный порошок необходимо либо смешать с раствором и залить в форму для изготовления губки, либо сначала залить в форму для изготовления губки раствор, а затем сверху на него засыпать подготовленный порошок. При этом не может быть обеспечена равномерность распределения плотности порошка и его фракций по объему губки из-за наличия неравномерности в подготовленном порошке, неравномерности при смешивании с раствором и нарушения равномерности вязкости раствора после смешивания с порошком. Поэтому изготовленная прессованная губка будет иметь неравномерное распределение плотности и пористости по ее объему, что приведет к преждевременному истощению запасов эмитирующего вещества в отдельных участках губки катода и, соответственно, к снижению эмиссионной долговечности катода по сравнению с катодами с равномерным распределением плотности и пористости. Неравномерность распределения плотности и пористости по объему изготовленной губки может также увеличиваться при удалении раствора, обладающего вязкостью. Неравномерность распределения плотности и пористости по объему изготовленной губки приводит к соответствующей неравномерности электронной эмиссии, скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и снижению эмиссионной долговечности катода.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности пористости в объеме металлопористого катода.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение равномерности электронной эмиссии, уменьшение скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и увеличение эмиссионной долговечности катода.

Технический результат достигается тем, что при изготовлении металлопористого катода осуществляется подготовка смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования, выравнивание плотности подготовленной смеси из порошков в камере для прессования воздействием вибрации, прессование до образования пористой детали из смеси порошков с высокой равномерностью плотности, полученной при воздействии вибрации.

В частном случае осуществления заявленного изобретения предпочтительны следующие параметры:

- частота вибрации должна быть задана в пределах от 20 Гц до 1 000 Гц;

- ускорение вибрации должно быть задано в пределах от 0,5g (4,9 м/с) до 5g (49 м/с²);

- время вибрации должно быть задано в пределах от 5 с до 300 с.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена последовательность выполнения операций изготовления пористой детали металлопористого катода с высокой равномерностью распределения плотности и пористости по объему изготовленной детали:

1 - подготовка смеси порошков содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла;

2 - размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования;

3 - осуществление равномерного распределения смеси порошков по объему камеры для прессования при помощи вибрации;

4 - прессование смеси из порошков до образования из нее пористой детали;

5.1 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 1;

5.2 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 2;

5.3 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 3;

5.4 - пористая деталь из смеси порошков содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, после выполнения операции 4.

Способ изготовления металлопористого катода осуществляется следующим образом. Выполняется последовательно 4 операции. При выполнении операции 1 проводится подготовка смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла (5.1). Затем выполняется операция 2 - подготовленная смесь порошков (5.2) размещается в камере для прессования. При выполнении операции 3 выравнивается плотность подготовленной смеси из порошков (5.3) в камере для прессования под воздействием вибрации. При выполнении операции 4 прессуется смесь порошков (5.4) до образования пористой детали из смеси из порошков с высокой равномерностью плотности (5.4), полученной при воздействии вибрации.

В частном варианте осуществления изобретения:

- частоту вибрации задают в пределах от 20 Гц до 1000 Гц;

- ускорение вибрации задают в пределах от 0,5g (4,9 м/с²) до 5g (49 м/с²);

- время вибрации задают в пределах от 5 с до 300 с.

Источники информации

1. Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды // М-Л. Изд-во «Энергия». 1966. С. 214, 215.

2. Резнев В.А., Резнева Т.Г. Способ изготовления металлопористого катода // Патент РФ на изобретение RU 2333565 С1. Опубликован 10.09.2008. Публикация патента №25.

3. Аристова И.Я. и др. Способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла // Авторское свидетельство СССР 654981 на изобретение RU 2333565 С1. Опубликовано 30.03.1979. бюллетень №12.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к металлопористым катодам (МПК) электронных приборов СВЧ. При изготовлении металлопористого катода осуществляется подготовка смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования, выравнивание плотности подготовленной смеси из порошков в камере для прессования воздействием вибрации, прессование до образования пористой детали из смеси порошков с высокой равномерностью плотности, полученной при воздействии вибрации. Частота вибрации должна быть задана в пределах от 20 Гц до 1000 Гц. Ускорение вибрации должно быть задано в пределах от 0,5g (4,9 м/с²) до 5g (49 м/с²). Время вибрации должно быть задано в пределах от 5 с до 300 с. Изобретение позволяет увеличить равномерность электронной эмиссии, уменьшить скорость испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и увеличить эмиссионную долговечность катода. 1 ил.

Способ изготовления металлопористого катода, включающий подготовку смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования, которая подвергается вибрации до получения равномерного распределения смеси порошков по объему камеры для прессования, прессование подготовленной смеси из порошков до образования из нее пористой детали, отличающийся тем, что частоту вибрации задают в пределах от 20 Гц до 1 000 Гц, ускорение вибрации задают в пределах от 0,5g (4,9 м/с²) до 5g (49 м/с²), время вибрации задают в пределах от 5 с до 300 с.