Способ изготовления вакуумплотного бериллиевого выпускного окна Российский патент 2021 года по МПК H01J35/02 H01J35/18 

Изобретение относится к области получения паяных соединений разнородных металлов с бериллием серебряными припоями при изготовлении выпускных окон рентгеновского излучения, применяемых в рентгеновских трубках.

Бериллиевые выпускные окна широко применяются в рентгеновской технике при производстве рентгеновских трубок, поскольку высокая радиационная прозрачность бериллия (в 17 раз выше, чем у алюминия) позволяет обеспечить прохождение рентгеновского излучения с незначительным поглощением.

В известном способе бериллиевый диск припаивают к оправе из железа чистой медью в высокочастотной водородной печи (В.Эспе, Технология электровакуумных материалов, т.1, стр.232, Государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1962). Однако при металлографическом анализе на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) в области спая отмечено формирование хрупкой Cu-Be фазы, что приводит к образованию микротрещин и резкому снижению вакуумной плотности выпускного окна, что в свою очередь приводит к сокращению срока работы рентгеновской трубки и выходу ее из строя.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ пайки бериллия со сплавом монель при изготовлении вакуумплотных рентгеновских окон (Электронный научный журнал «Труды ВИАМ», А. Н. Фоканов, В.С.Каськов, В.Ф.Подуражная. Пайка бериллия со сплавом монель при изготовлении рентгеновских окон. 2014). Известный способ включает изготовление бериллиевого диска и оправы из монеля, химическую подготовку к пайке в виде протравливания в кислотах оправы из монеля, бериллиевого диска и серебросодержащего припоя, сборку бериллиевого окна и его пайку в вакуумной печи. Для пайки используются серебряные припои с содержанием 72-92% Ag, а именно: ПСр72 (72Ag - 28Cu) и ПСр92 (92,5Ag - 7,5Cu). Недостаток известного способа в том, что медь, входящая в состав припоев, формирует на поверхности бериллиевого диска хрупкую Cu-Be интерметаллидную фазу, которая способствует образованию микротрещин и, соответственно, снижает вакуумную плотность. Кроме этого, происходит диффузия серебра в монель, что порождает поверхностную межкристаллитную эрозию монеля, что также приводит к снижению вакуумной плотности рентгеновского окна. В результате, при определении вакуумной плотности рентгеновского окна, поток гелия при испытании на гелиевом масс-спектрометрическом течеискателе через неплотности паяного узла находится в диапазоне 1,8÷3,0 ×10^-11 Па м³/c, что недостаточно для длительного (не менее 5 лет) сохранения необходимого вакуума в рентгеновской трубке, что также приводит к сокращению срока работы рентгеновской трубки и выходу ее из строя. Следует отметить, что максимальная термостойкость выпускного окна определяется температурой плавления применяемого для изготовления выпускного окна припоя и соответствует 790°С для ПСр72 и 880°С для ПСр92, что ограничивает технологические возможности при герметичной приварке или пайке выпускного окна к корпусу (металлокерамической) рентгеновской трубки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является:

- повышение вакуумной плотности выпускного окна рентгеновской трубки;

- повышение ресурса рентгеновской трубки;

- повышение термостойкости выпускного окна рентгеновской трубки.

1. Указанная задача решается тем, что предложен способ изготовления вакуумплотного выпускного бериллиевого окна, включающий изготовление бериллиевого диска и оправы из монеля, химическую подготовку к пайке оправы из монеля, бериллиевого диска и серебросодержащего припоя, сборку бериллиевого окна и его пайку в технологической среде, отличающийся тем, что на оправу из монеля перед пайкой наносят технологический слой в виде тонкой пленки из никеля, в качестве серебросодержащего припоя используют серебро с содержанием примесей не более 0,2%, а в качестве технологической среды используют водород.

2. Способ изготовления вакуумплотного выпускного бериллиевого окна по п.1, отличающийся тем, что на оправу из монеля наносят технологический слой из тонкой пленки никеля в виде кольца в зоне пайки бериллиевого диска.

На фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 представлены чертежи, иллюстрирующие представленное техническое решение, где:

- фиг.1 - схематически представлен бериллиевый диск;

- фиг.2 - схематически представлено выпускное бериллиевое окно;

- фиг.3 и фиг.4 - схематически показан увеличенный Вид-А с различными вариантами размещения технологических слоёв из никеля на оправе из монеля.

Выпускное бериллиевое окно состоит из бериллиевого диска 1, припаянного к оправке из монеля 2 при помощи серебросодержащего припоя 3. На оправку 2 нанесен тонкий технологический слой 4 из никеля (см. фиг.3). Если выпускное бериллиевое окно не припаивается, а приваривается к медному корпусу рентгеновской трубки, то для технологического процесса, предусматривающего вакуумплотную сварку выпускного бериллиевого окна с медным корпусом рентгеновской трубки, предусмотрена оправка 2 из монеля, имеющая тонкий технологический слой 4 из никеля, который нанесен в зоне пайки бериллиевого диска 1 с оправкой из монеля 2 посредством серебросодержащего припоя 3 (см. фиг.4). Этот технологический слой имеет форму кольца.

Пример. Разработано и изготовлено выпускное бериллиевое окно для металлокерамической рентгеновской трубки. Оправа выпускного окна изготавливалась из прутка сплава монель НМжМц28-2,5-1,5 ГОСТ 1525-91. На оправу выпускного окна электролитическим методом наносился сплошной слой никеля толщиной 8÷15 мкм. Для пайки использовался припой ПСр 99,9В ТУ 1868-329-05785324-2011 «Полосы и фольга из вакуумплавленных припоев» Московского завода спецсплавов в виде фольги толщиной 0,1 мм. Бериллиевые диски изготавливались из бериллия марки ТГП. Все детали выпускного бериллиевого окна и применяемый для пайки припой перед сборкой и последующей пайкой подвергались химической обработке кислотами по техпроцессу, описанному в прототипе. Припой перед пайкой размещался в собранном выпускном окне между монелевой оправой и бериллиевым диском, причем технологическое покрытие контактировало с припоем. Пайка выпускного бериллиевого окна проводилась в водородной печи модели КБ152. Для размещения собранного бериллиевого окна в камере печи применялась керамическая подставка. После пайки диффузии серебра в поверхностный слой монеля не обнаружено. Проверка герметичности выпускного бериллиевого окна на масс-спектрометрическом течеискателе модели HELIOT 900 показало натекание по гелию не более 1,3 ×10^-12 Па м³/c, что говорит о высокой вакуумной плотности полученного изделия и, соответственно, повышении времени сохраняемости вакуума в металлокерамической рентгеновской трубке. Впоследствии выпускное бериллиевое окно было припаяно к медному аноду припоем ПСр72, имеющего температуру плавления почти на 170°С ниже, чем у припоя ПСр99,9.

Таким образом, термостойкость полученного изделия была повышена, что позволяет при монтаже выпускного окна к корпусу анода применять не только пайку, но и сварку.

Предлагаемое изобретение позволит повысить вакуумную плотность, термостойкость и ресурс выпускного окна рентгеновской трубки.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления вакуумплотного бериллиевого выпускного окна рентгеновского излучения при использовании паяных соединений разнородных металлов с бериллием, и может быть использовано при изготовлении рентгеновских трубок. Повышение вакуумной плотности выпускного окна рентгеновской трубки и его термостойкости является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что предложенный способ включает изготовление бериллиевого диска и оправы из монеля и их пайку, при этом проводят химическую подготовку к пайке с использованием серебросодержащего припоя, для чего перед пайкой на оправу из монеля наносят тонкий слой пленки из никеля, а в качестве серебросодержащего припоя используют серебро с содержанием примесей не более 0,2%, кроме того, пайку проводят в технологической среде водорода. Слой из тонкой пленки никеля может быть выполнен в виде кольца, расположенного в зоне пайки бериллиевого диска. Предложенный способ обеспечивает увеличение ресурса рентгеновской трубки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Способ изготовления вакуумплотного выпускного бериллиевого окна, включающий изготовление бериллиевого диска и оправы из монеля, химическую подготовку к пайке оправы из монеля, бериллиевого диска и серебросодержащего припоя, сборку бериллиевого окна и его пайку в защитной технологической среде, отличающийся тем, что на оправу из монеля перед пайкой наносят технологический слой в виде тонкой пленки из никеля, в качестве серебросодержащего припоя используют серебро с содержанием примесей не более 0,2%, а в качестве технологической среды используют водород.

2. Способ изготовления вакуумплотного выпускного бериллиевого окна по п.1, отличающийся тем, что на оправу из монеля наносят технологический слой из тонкой пленки никеля в виде кольца в зоне пайки бериллиевого диска.