Отпаячная печь Советский патент 1981 года по МПК H01J9/40 

(54) ОТПАЯЧНАЯ ПЕЧЬ

I

Изобретение относится к электронной технике, в частности к изготовлению элементов оборудования для автоматического процесса обезгаживания, активировки катода и перепайки штенгеля кинескопов, а именно к отпаячным печам.

Известна конструкция отпаячной печи, которая состоит из корпуса, несущего и -вспомогательных изоляторов, одного или двух нагревателей и контактного узла с крепежными деталями 1 .

Однако известная конструкция характеризуется большей потребляемой мощностью недостаточной температурной стабилизацией и малым сроком службы нагревателя, что ведет к повьппенному браку кинескопов, сложности и трудоемкости конструкции.

Известны также отпаячная печь, состоящая из несущего изолятора с контактной системой и спирального нагревателя с экраном, установленного с

зазором в осевой полости изолятора. Высокое качество отпая штенгеля кинескопа достигается применением нагревателя больщого диаметра, установленного ниже контактных штырьков кинескопа с большим воздушным зазором между нагревателем и щтенгелем. Большой зазор позволяет сгладить на поверхности штенгеля т1енпературную неравномерность поверхности нагревателя из-за не10равномерного нагрева отдельных участков спирали. Для устранения межвитковых замыканий витки спирали уложены в винтовые канавки керамических полувтулок с шагом, превышающим диа15метр проволоки спирали. Эти керамические элементы должны плотно облегать витки спирали чтобы обеспечить одинаковый уровень теплоотвода со всей поверхности спирали, что принци20пиально важно в конструкции печи, так как обеспечить высокое качество отпайки штенгеля и снизить брак кинескопов в состоянии только те печи. 3-8 которые имеют постоянный уровень теплоотвода от спирали нагревателя в про цессе его эксплуатации. Только при соблюдении этого условия можно добиться постоянства температуры нагре вателя у сотен отпаячных печей, установленных на конвейерных.печах обеэгаживания кинескопов. Постоянство-общего теплоотвода у этих нагревателей при соблюдении постоянства их электрического сопротивления и постоянства их питания по току или напряжению является условием необходимым, но недостаточным для получения высокого качества отпайки штенгеля l . Однако высокое качество отпайки штенгеля возможно при соблюдении постоянства не средней температуры нагре вателя, а при соблюдении постоянства температуры, каждого отдельно взятого, участка спирали нагревателя, т.е недопустимо, чтобы отдельные участки спирали были нагреты сильнее, чем соседние. Постоянства температуры у существующих печей по всей поверхкости нагревателя добиться очень слож но, так как если между спиралью и под держиваю1дим ее элементом есть зазор, то температура спирали в этом месте повысится и форма температурного поля нагревателя, исказится, соответственно исказится и форма стеклянного штенгеля при его перепайке, а это может привести к браку вакуумного прибора. Практически в этой конструкции печи невозможно добиться полного прилега.ния витков спирали, нагревателя и поддерживаю цим элементам, так как и спираль нагревателя и керамические полувтулки изготовляются с конечной точностью. Поэтому в реальных нагревателях форма температурного поля искажена в той или иной мере. Для компенсации этого недостатка необходим большой воздушный зазор между нагревателем и штенгелем. Поддерживающие , элементы вьшолнены из термостсзйкой и механически прочной керамики, а такая керамика обладает высокой теплопроводностью, поэтому высокая потреб ляемая электроотпаем мощность является его вторым принципиальным недостатком. Следующий недостаток конструкции заключается в малом сроке службы нагревателя. Это вызвано тем, что спираль закреплена в полувтулках с зазором между витками, поэтому излучающая поверхность нагревателя уменьшается на величину площади межйитковых зазоров и становится намного меньше теоретически возможной. В результате по законам термодинамики его температуру необходимо увеличить для получения необходимой температуры перепаиваемого штенгеля, а увеличение температуры нагревателя уменьшает его срок службы. Так, например, нихромовый нагреватель 1 мм из сплава Х20Н80 при имеет срок службы около 500 ч, а если снизить его температуору всего на 50 С, его срок службы увеличится вдвое. В связи с возросшими требованиями все больше выпускается кинескопов с узкой горловиной и малой длиной отпаянного штенгеля. По современным требованиям длина отпаянного .штенгеля должна быть на одном уровне с длиной контактных штырьков кинескопа или длиннее их не более, чем на 2- 3 мм. Ранее эта величина допускалась 6-10 мм. Для того, чтобы отпаять на уровне штырьков, стало необходимо часть нагревателя ввести в полость ножки кинескопа, ограниченной внутри штенгелем, а снаружи контактными штырьками. Это условие особенно трудно выполнить для кинескопов с узкой горловиной, так как у них контактные штырьки расположены на окружности меньшего диаметра, поэтому полость, в которой должен разместиться нагреватель имеет зазор между штенгелем и контактным штырьком всего 2,5 мм. Целью данного изобретения является уменьшение габаритов осевой полости изолятора и нагревателя и увеличение . срока службы отпаячной печи. Поставленная цель достигается тем, что в отпаячной печи, состоящей из несущего изолятора с контактной системой и спирального нагревателя с экраном, установленного с зазором в осевой полости изолятора, нагреватель с экраном установлен на выступах, имеющихся в осевой полости изолятора, а экран выполнен из жаростойкого волокна с малым коэффициентом черноты. Кроме .того экран выполнен в виде ленты из кварцевого волокна, При этом отношение высоты Н нагревателя к его диаметру D, равно 1,0-1,5 (Г) BbicoTa выступа определена из соотношения. Ь(0,2-0,8)а, (2) где 61 - диаметр проволоки нагревателя. При этом площадь 6 вершины выст па и площадь S между соседними высту пами находятся между собой в соотношении . 5 (50 - 100)5, (3) Размеры осевой полости изолятора определены из соотношений ; D(1,03-1,OA)- (D +2Ь (У) U) Н, (1,05-1,2)Н,. где D - диаметр полости; Н - высота полости; сА - толщина стенки экрана. На фиг. 1 .представлена отпаячная печь, в плане; на фиг. 2 - то же, ра рез; на фиг. 3 ,- выступы осевой полости. Отпаячная йечь состоит из несущег изолятора 1, внутри которого на выст пах 2 расположен диэлектрический экран 3 с нагревателем 4. Б верхней ча ти несущего изолятора расположена контактная система 5 и крепежные дет ли 6. Отпаячная печь установлена на ножкукинескопа 7 . Собирают отпаячную печь следующим образом. В осевое отверстие несущего изоля тора 1 (фиг. 1) , изготовленного известными методами, на выступы 2 ус. танавливается отрезок кварцевой ленты, равный длине окружности нагревателя, который служит экраном 3. Внут экрана устанавливается нагреватель 4 на свои места устанавливаются детали контактной системы 5 (фиг. 2) и все это крепится к несущему изолятору крепежными деталями 6. Грани выступов параллельны образующим отверстиям, а между этими выступами и нагревателем установлен экран, выполненный из диэлектрического материала в виде тканиили бумаги, обладающего одновременно свойствами: жаропрочность, низкая теплопроводность, достаточная гибкость и механическая проч ность, исключающая разрушение экрана в случае смещения нагревателя штенгелем при небрежной установке электроотпая на ножку кинескопа. Для обес печения высоты отпайки лтенгеля на уровне высоты контактных штырьков кинескопа нагреватель совместно с сис темой термостабилизации заходит частично внутрь полости, ограниченной внутри штенгелем, аснаружи штырьками ножки кинескопа, Числовые коэффициенты в формулах вытекают .из следующих соображений. Если в формуле (1) коэффициент при D меньше единицы 1, то за счет уменьшения излучающей поверхности нагревателя для перепайки штенгеля потребуется увеличить его температуру.Увеличение температуры ведет к увеличению уровня теплоотвода. Возросшие потери можно компенсировать только путем подвода энергии из вне, т.е. увеличивая напряжение на нагревателе. В результате межвитковое напряжение превышает допустимый предел, произойдет межвитковое замыкание и отпаячная печь выйдет- из строя. Если коэффициент больше 1,5 то это благоприятно сказывается на работе нагревателя, но из-за увеличения высоты HarpeBa-feля увеличивается-зона перепайки и в результате из расплавленного штенгеля в кинескоп поступает большее количество паров воды и газа, растворенного в стекле. Количество газов и воды превышает установленные норг-сы и в результате увеличивается брак кинескопов . Чтобы лучше понять смысл числовых коэффициентов в формулах (4) и Сз) учитывается, что для создания нагревателей необходимо обеспечить межвитковую изоляцию нагревателя, что решается путем создания и фиксации каким-либо способом межвиткового зазора. Уменьшение излучающей поверхности в этом случае компенсируется увеличением температуры нагревателя, а вызванное увеличением температуры снижение его срока службы компенсируется увеличением сечения нагревателя, что приводит к увеличению габаритов всего нагревателя. Современные требования к кинескопу накладывают ограничение на габариты нагревателя. Поэтому традиционный подход к проблеме делает ее практически неразрешимой. В то же время известно, что окисная пленка, которая защищает металл нагревателя при рабочей -температуре от окисления и разрушения кислородом воздуха является изолятором, но ввиду своей ничтожной толщины, десятые доли микрона, она вьвдерживает напряжение между соседними витками не более 1 В. При температуре свьш1е 1100°С диэлектрические свойства защитной пленки сильно снижаются. Эти свойства защитной пленки в существующих печах не удается реализовать из-за высокой, температуры нагревателя и высокого межвиткового напряжения. В предлагаемом изобретении температура нагревателя снижена за счет изготовления спирали без межвитковых зазоров, а межвитковое напряжение сни жено за счет высокоэффективной термоизоляции нагревателя в виде воздушного зазора и экрана из кварцевой ленты. Высокоэффективная термоизоляция позволяет в несколько раз снизить уровень теплоотвода со спирали и соответственно во столько же раз снизить подводимую мощность электроэнергии, а за счет снижения температуры нагревателя она снижается еще больше Конечный результат - снижение межвиткового напряжения. Для надежной работ межвитковой изоляции из собственной окисной пленки нагревателя эти два ус ловия необходимы, но не достаточны. Нужно принять специальные меры, что . бы изоляция не разрушалась во время работы От механических условий. При рабочей температуре надо учитывать только две силы, действующие на нагре вате-пь. Это сила тяжести и термомеханические напряжения в нагревателе изза его расширения. Вторая сила настол ко велика, что если не принять специальных мер, она разрушит не только тонкую изоляционную пленку, но даже изолятор отпаячной печи. Примененный в предлагаемой печи принцип термостабилизации температуры нагревателя не требует плотного его прилегания к под держивающим элементам, т.е. к экрану и керамическим выступам, поэтому путем введения зазора можно полностью разгрузить спираль от воздействия тер момеханических, нагрузок. В этом и заключается физический смысл числовых коэффициентов в формулах (4) и (5). При рабочих температурах размеры нагревателя увеличиваются на 2%, поэтому в формуле (4 минимальный коэффициент равен 1,03, увеличение этого коэффициента свьш1е 1,04 приводит к тому, что из-за потери формы нагревателя в радиальном направлении изменяется форма его температурного поля, а так как расстояние между нагревателем и штенгелем очень мало из-за габаритных ограничений, то это изменение формы температурного по ля воспринимается штенгелем. Его форма искажается, а это может привест к браку кинескопа. Смысл коэ.ффициентов в формуле (5)аналогичный. Больший интервал между коэффициентами объясняется меньшим влиянием потери формы нагревателя в осевом направлений на качество перепайки штенге88 ля. Таким образом, при рабочих температурах и заданных коэффициентах витки спирали могут свободно перемещаться относительно друг друга. Под действием силы тяжести витки ложатся друг на друга, но так как вес спирали очень мал, то зто усилие не может разрушить изоляционную пленку. Коэффициенты в формуле СЗ) показывают во сколько раз площадь вершины поддерживающего экран и нагреватель выступа меньше площади между выступами, которая отражает часть падающей на неё от нагревателя энергии. Поэтому, если числовой коэффициент в формуле СЗ) меньше пятидесяти, то нарушается эффективная работа системы термостабилизации, так как спираль нагревателя под широким выступом сильнее охлаждается, а это ведет к искажению формы температурного поля и соответственно к искажению формы перепаиваемого штенгеля. Если коэффициент больше ста, то выступ становится настолько тонким, что разрушает экран или разрушается сам.Формула С2) показывает как зависит вы- i сота выступает от диаметра проволоки нагревателя. Если коэффициент меньше 0,2, то нар.ушается эффективная работа системы термостабилизации, а это ведёт к браку кинескопов. Если коэффициент больше 0,8, то это практически не сказывается на работе системы термостабилизации, а лишь увеличивает ее габариты. При остром дефиците пространства, в котором должен размещаться нагреватель с системой термостабилизации, этот коэффициент практически не может быть реализован. Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить потребляемую мощность в 2-3 раза, изготовлять кинескопы с коротким штенгелем и при этом еще на 1-2% снизить их брак, не менее чем на 50Z увеличить срок службы отпаячной печи и упростить ее конструкцию. Формула изобретения 1. Отпаячная печь, состоящая из несущего изолятора с контактной системой и спирального нагревателя с эк55раком, установленного с зазором.в осевой полости изолятора, о т л ичающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов осевой полости