Способ герметизации электровакуумных приборов Советский патент 1983 года по МПК H01J9/26 

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано при разработке и изготовлении электровакуумных приборов/ таких как рентгеновские электроннооптические преобразователи, кинескопы, фотоумножители.

Известны способы герметизации,: осуществляемые за счет сжатия конуса клапана кромки седла отверстия. Конус клапана изготавливается из отрж,жённой меди, а седло - из нержаве-; ющей стали. Чистота обработки уцлотняющих кромок седла должна быть не ниже восьмого класса, а конической поверхности клапана - не ниже седьмого 1 .

Недостатками данных способов герметизации является то, что на конической поверхности не допускаются риски, забоины И другие механические дефекты. Удельные давления, необходимые для уплотнения, велики и составляют для пары медь-сталь 3040 кг/мм, что вызывает использова.ние мощных и крупногабаритных электромеханических приводов. Например, для герметизации рентгеновского электронно-оптического преобразова-.

теля с диаметром 400 мм требуется усилие порядка 50000 кг.

Известен также способ герметизации электровакуумных приборов, включающий вакуумирование и нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение. Уплотнение анодного и катодного узлов в таком способе осуществляется пу10тем электронно-лучевой или микроплазменной сварки обечайки, имеющейся на рабочих областях прибора, например, рентгеновского электроннооптического преобразователя(РЭОПа)(2.

15

Недостатком указанного способа является то, что применение автоматической электронно-лучевой или микроплазменной сварки для финишной герметизации прибора, применяемой

20 после того, как на ретгеновском экране был отдельно изготовлен фотокатод, приводит к усложнению технологического оборудования и к сущест-.венному увеличению габаритов вакуум25ной технологической камеры. Сильный разогрев свариваемых металлических деталей прибора приводит к повышенному газовыделению и отрыванию сформированного фотокат.ода. Следует так

30 же отметить, что катодный и анодный. узлы в случае другого предусмотренного варианта изготовления фоГокато да внутри оболочки РЭОПа после из предварительной вакуумной обработки выносят в атмосферу дли их сварки, что также приводит к ухудшению параметров формирующегося в дальнейше фотокатода вйиду o иcлeния предвари тельно нанесённого слоя сурьмы. Далее РЭОП откачивается через штенгель, на вакуумном посту производит ся осаждение щелочного металла на подложку рентгеновского экрана для формирования фоточувствительного слоя, что приводит к загрязнению из лированных токовводов и других деталей внутренней арматуры РЭОПа щелочными металлами. Отрицательным ре зультатом этого является увеличение различных составляющих темновоiro тока. Указанная технология так требует совместного обезгаживания всех элементов катодного и анодного узлов на вакуумном посту и в этом случае не удаётся обеспечить оптимальные тепловые режимы этого вакуу но-термического обеэгаживания, так как предельно допустимые температу ы составляют для катодного узла 180, а для анодного узла 380°С. Вышеуказанные недостатки в техно логии изготовления приводят к существенному сокращению выхода годных изделий, к невозможности регене рации элементов РЭОП, а также к сни жению некоторых основных его параметров, например, коэффициента преобразования. Цель изобретения - обеспечение 13ОЗМОЖНОСТИ многократной регенерации, улучшение параметров и увеличение выхода годных изделий. Указанная цель достигается тем, что в известном способе герметизации электровакуумных приборов, вклю чающем вакуумирование, нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение, осуществляют заточку торца рабочей области катодного узла и его герметичное покрытие металлом-уплотнителем и нагрев до температуры (1-1,2) Т пл. , заполняют рабочую анодного, узла металлом-уплотнителем и нагревают его до Т пл., где Т пл-, температура плавления металла-уплот нителя, и перемещают рабочую повера ность катодного узла в металл-уплотнитель анодного узла .со скорость определяемой из соотнесения .Vd-H() JL : SOKG- где d - диаметр рабочей области катодного узла; Т - угол ее заточки; Н - высота герметичного покрытия ) - вязкость мет алла-уплотнителя ; V - скорость перемещения; h - расстояние между рабочими поверхностями катодного и анодного узлов; S - площадь окисной пленки на герметичном покрытии в сечении рабочей области; (У - напряжение разрушения окисной пленки герметичного покрытия;f - коэффициент трения между окисной пленкой термичного покрытия и металлом-уплотнителем. На фиг. 1 изображен электровакуумный прибор - рентгеновский электронно-оптический преобразователь в собранном состоянии, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1. Рентгеновский электронно-оптический преобразователь содержит катодный узел, выполненный в виде металличесКого входного окна 1, герметично соединенного с герметизирующим экраном 2, в верхней части которого установлены изолированные токовводы 3, соединенные с рентгеновским экраном 4, на котором размещен фотокатод 5, а в нижней части герметизирующий экран 2 снабжен острой кромкой с углом заточки, имеющим, как правило, величину меньше . Анодный узел рентгеновского электронно-оптического преобразователя выполнен .в виде кольцевой ванны б, герметично соединенной с выходным катодолюминесцентным экраном 7. В кольцевой ванне б размещен металлуплотнитель 8. Следует отметить, что диаметр герметизирующего экрана 2 имеет величину порядка 300-500 мм. Герметизирующий экран обладает малой массой и жесткостью, что значительно усложняет возможность герметизации прибора с использованием силовых факторов. Внутренняя поверхность кольцевой ванны 6 и поверхность торца герметизирующего экрана 2 имеют промежуточное покрытие из материала, например, меди, хорошо смачиваемого металлом-уплотнителем и имеющего температуру плавления выше температуры плавления металла-уплотнителя. В ка 1ёстве металла-уплотнителя могут использс1ваться металлы и их сплавы, обладающие низкой температурой плавления и упругостью пара, например, олово, индий i Способ герметизации вакуумно-плотного соединения катодного и анодного узлов рентгеновского электронно-оптического преобразователя осуществляется следующим образом. Герметизирующий экран катодного узла покрывают металлом, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем, например, серебром. Для обеспечения гер«1етичности соединения применяют лужение этого герметизирующего экрана серебром. В качестве металла-уплотнителя применяют металлы или эвтектики с низкими температурой плавления и упругостью пара при температуре плавления. Такими материалами являются олово, индий, галлий и их эвтектики. При использований в качестве металла-уплотнителя олова, при меняют олово марки СВЧ-О00. Следующей подготовительной операцией является обслуживание покрытого серебром герметизирующего экрана катодного уз олове. Наружная поверхность гер метизирующего экрана всегда покрыта пленкой окиси олова SnO,, имеющей температуру диссоциации при атмосфе ре 2000 С. Таким образом, при нагревании герметизирующего экрана катодного узла.до температуры на 7-10% выше , температуры плавления олова, что составляет около ., получают олово на герметизирующем экране в жидкой фазе с вязкостью порядка 0,018 П./ Эта величи{1а вязкости сравнима с вяз костью ртути при комнатной температуре. Нагрев до более низких температур, .но выше температуры плавления приводит к резкому увеличению .вязкости. С наружной стороны олова, находящегося в жидкой фазе, расположена- пленка олова SnOg в твердом состоянии, толщина крторой исчисляется в 100 А, При этом металл-уплбт.нитель в ванне анодного узла нагрева ют до температуре плавления металлауплотнителя. При изменении фазового состояния происходит изменение вязкости от сотен тысяч пуаз до единиц МИЛЛИ пуаэ. Опуская нагретый гермет зирующий экран катодного узла в металл-уплотнитель -ванны анодного узла в указанном интервале температур, обеспечивающем перемещение герметизирующего экрана в среде металлагуплотнителя более вязкой по сравнению с вязкостью расп-лавленного олова на самом герметизирующем экране, окисная пленка разрывается и весь гермет зирующий экран от .нее очищается. Таким образом, возникающие напря жения осуществляют разрыв окисной пленки и достаточным условием снятия ее с поверхности экрана являетс выполнение соотношения (5 , где СЗх - величина напряжения, дейст .вующего в окисной пленка; G- напряжение разрушения окисной пленки. Величина силы в зависимости от язкости трения может быть представена в виде соъ где fy - угол заточки герметизирующего экрана катодного узла; f - коэффициент трения для вза- имодействующих поверхностей окисной пленки и жидкофазного слоя полудл; Бц площадь окисной пленки в сечении;. FQ - сила сопротивления вязкостного трения. Сила сопротивления вязкостного трения имеет вид , где вязкость; V - скорость перемещения герметизирующего экрана; h - расстояние между наружной поверхностью герметизирующего экрана катодного узла и внутренней поверхностью ванны анодного узла; S - площадь герметизирунлцего рана, взаимодействующая с металлом-уплотнителем. Таки;м образом, ойдая зависимость рассмотренных параметров- может быть представлена в виде Jd.WlCcosT T iv : Работоспособность способа подтверждается полностью выполнением нерэ- венства при подстановке значения параметров 1 - 2 .сП; V 5 10 ; SOK 24 h 0,2 см; So 1,2 laO CMS 10, обеспечива1эддих. coотнсшение , . . 0;/бН4,0 1Таким образом, во внутренних .слоях олова в ванне анодного узла имеем чистую, неокисленную поверхность герметизирующего экрана катодного узла, взаимодействующую с чистым,неокисленным оловом этой ванны.Последующий нагрев соединения до тёмперату зы на 8688% выше температуры плавления олова, что составляет около 430с,необходим для обеспечения максимальной .величины смачивания. Рентгеновский электронно-оптический преобразователь и предлагае1 ий способ его герметизации позволяет осуществлять многократную регенерацию дорогостоящих элементов рентгеновского электронно-оптического преобразователя, при этом замене подлежит лишь рентгеновский экран вслед-, ствие окисления сформированного на нем фотокатода при вскрытии прибора на атмосфере. Герметичность прибора не зависит от числа повторных циклов герметизации. Выход годных приборов увеличивается, так как предлагаемый способ герметизации легКо можетйлть автоматизирован. Использование предлагаемого способа позволяет изготовить, например рентгеновские электронно-оптические преобразователи большого (свыше 300 мм) диаметра, но при этом требуется небольшая величина погружения герметизирующего экрана в металл-уплотнитель порядка единиц миллиметров что не приводит к большому расходу металла-уплотнителя. Обеспечение откачки рентгеновского электронно-оптического преобразователя в едином объеме вакуумной тех нологической камеры в разобранном состоянии и раздельного обезгаживания всех его элементов при оптимальных температурных режимах позволяет получить более высокий рабочий вакуум в готовом приборе и тем самым улучшить вакуумно-технические параметры при его эксплуатации. Применение рентгеновского электронно-оптического преобразователя Диаметром,свыше 300 мм в массовой . медицинской рентгенодиагностике позволяет в несколько раз повысить информативность рентгеновского изображения, по крайней мере в два раза снизить лучевую нагрузку на пациента и рентгенолога .и создать условия для работы в незатемненном помещении. Предлагаемый способ герметизации применительно к электронно-оптическому преобра вателю позволяет обесп чить возможность регенерации дорогостоящих деталей, улучшить его параметры и увеличить процент выхода год ных изделий.. Формула изобретения Способ герметизации электровакуум ных приборов, включающий вакуумирование, нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение, отличающий с я тем, что, с целью обеспечения возможности регенерации, улучшения параметров и увеличения выхода годных изделий,в нем осуществляют заточку торца рабочей области катодного узла и его герметичное покрытие металлом-уплотнителем и нагрев до температуры (1-1,2) Т пл,, заполняют рабочую область анодного узла металлом-уплотнителем и нагревают его до температуры Т пл.% где Т пл. температура плавления металла-уплотнителя,, и перемещают рабочую поверхность катодного узла в металл-уплотнитель анодного узла со скоростью, определяемой из соотношения .lUo -bqivi) -h-SoiCr де V - скорость перемещения; d - диаметр рабочей области катодного узла; Т - угол ее заточки; Н - высота герметичного покрытия; h - расстояние между рабочими поверхностями катодного и анодного узлов;. SQ. - площадь окисной пленки на герметичном покрытии в сечении рабочей области; Cf - напряжение разрушения окисной пленки герметичного покрытия; f - коэффициент трения между окисной пленкой герметичного покрытия и металлом-уплотнителем;Ц - вязкость металла-уплотнителя. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Пипко A.M., Плисковский В.Я. др. Конструирование и расчет вауумных систем. М., Энергия, 970, с. 123. 2.Патент аЧА 4104516, л. 250-213, 1977 (прототип).