Катодно-подогревательный узел

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19)084 А 1 Н 01 З 1/20 ИЗОБР ЕНИ ИСАН ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ А К опаемых и Всесоий институт им. Н,Ермилов, М.И.РоВ,В.Прокимновнов Б,И., Головченкоалев Б.П., Жолобоворида лантана дляорудования. - ПТЭ,тании М 21477 ГРЕВАТЕЛЬНЫИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Пароль Н,В., ЛазаА.АИофис И А., КовВ,ф, Катод из гексаэлектроннолучевого о1984, М 5, с.146.Патент Великобрикл Н 1 О, 1985.(54) КАТОДНО-ПОДУЗЕЛ 57) Изобретение относится к электров умной технике, Цель изобретения - ум Изобретение относится к электровакуумной технике и может быть использовано в электронных приборах, например в клистронах, лампах бегущей волны.Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности, т,е. повышение экономичности срока службы катодно-подогревательного узла (КПУ), а также увеличение диаметра эмиттера.Сущность изобретения состоит в том, что резистивные элементы (РЭ) выполнены из композиционного углерод-углеродного материала с армирующим каркасом из углеродного волокна и пироуглеродной матрицей с соотнбшением массы волокна и пироуглерода 40 - 60, причем функцию нагревателя выполняет не верхний РЭ (как в шение потребляемои катодом мощности, повышение срока службы КПУ, а также увеличение диаметра эмиттера в КПУ, КПУ состоит из эмиттера 1, верхнего резистивного элемента 2, нижнего резистивного элемента 3, тепловых экранов 4 и токоподводов 5. Резистивные элементы выполнены из композиционного углерод-углеродного материала так, что сопротивление верхнего элемента в 2 - 5 раз меньше сопротивления нижнего, чем обеспечивается эффективный нагрев эмиттера большого диаметра. Экономичность КПУ повышается за счет повышенной жесткости углеродных нагревателей и малого допускаемого зазора между ними, Срок службы КПУ с эмиттером из гексаборида лантана возрастает за счет инертности углерода по отношению к гексабориду. Замена металлических эмиттеров позволяет снизить стоимость КПУ в 4 - 5 раз. 1 ил 2 табл. прототипе), а нижний; верхний же РЭ, на котором крепится эмиттер, является обратным токопроводом, при этом отношение сопротивления верхнего РЭ к сопротивлению нижнего от 1:2 до 1:5, При использовании композиционного углерод-углеродного материала для изготовления РЭ КПУ и соответствующих конструктивных измерений удалось создать экономичный прочный и компактный КПУ с компенсацией магнитного поля и диаметром эмиттера 6-15 мм.Эффективность применения композиционных углерод-углеродных материалов определена следующими их свойствами: удельное сопротивление на два-три порядка превышает сопротивление тугоплавких металлов, вследствие чего удается п(1 низитьнакальный ток и отказаться от громоздких токоподводов; рост механической прочности с повышением температуры определяет возможность создания прочных конструкций с высокой вибропрочностью; минимальная химическая активность в отношении материала эмиттера (гексаборид лантана) определяет повышение ресурса узла; изготовление обоих резистивных элементов из однородного материала гарантирует равенство КТР и отсутствие термодеформаций.Изобретение поясняется чертежом, где показана конструкция КГ 1 У, где 1 - эмиттер, 2- верхний резистивный элементобратный токопровод), 3 - нижний резистивный злелент (нагреватель), 4 - тепловые экраны, 5 - токоподводы.Предлагаемое массовое соотношение углеродного волокна и пироуглерода определяется следующими соображениями: при росте количества пироуглерода более 600 снижается вибростойкость изделия, а при понижении этой величины ниже 40% снижаются механическая прочность и жесткость,Необходимость измерения функций верхнего и нижнего резистивного элемента вызвана следующими обстоятельствами; нагреть. массивный (диаметром более 2 - 3 мм) змиттер из гексаборида лантана, укрепленный на реэистивном элементе из композиционного углерод-углеродного материала, оказывается невозможным при умеренных накальных токах, так как, во-первых, эмиттер шунтирует РЭ и тепловыделение в нем самойл мало, во-втарых, малая теплопроводность компазита не обеспечивает интенсивную передачу тепла ат разистивного элемента к эмиттеру, Поэтому осущесгвлен переход к радиационнвлу нагреву эмиттера излучением нижнего реэистивного злелента, Выбор отношения сопротивления верхнего и нижнего элементов обьясняется так; при отношении более чем 1;2 ухудшается экономичность из-за допалнительнага тепловыделения в экране.При отсутствии дополнительного тепловыделения экран холоднее нагревателя примерно на 200 С и его излучение составляет около 70% излучения нагревателя. При превышении указанного соотношения излучаемая мощность резко возрастает, При отношении сопротивления экрана к сопротивлению нагревателя менее 1:5 сечение экрана настолько возрастает, что из-за теплоотвода от эмиттера по экрану уменьшается температура эмиттера и экономичность КПУ. Снижение потребляемой мощности связано с уменьшением зазора между резистивными элементами, чта возможно из-за высокой формаустойчивасти углерод-углеродного материала и сокращения длины такопадводов, что, в свою очередь, обеспечено в 5-10 раз более низкойтеплоправадностью композитов по сравне 5 нию с металлами,Для испытаний был изготовлен катодноподогревательный узел с резистивнымиэлементами из композиционного углеродуглеродного материала с армирующим кар"О касам из углеродной ткани на основегидратцеллюлаэного или акрилонитрильного волокна и пирауглеродной матрицей, сэмиттером из гексаборида лантана, токоподводами из графита и тепловыми экранами иэ графита, покрытого пленкой иэкарбида лантана.Требуемое соотношение электросопротивлений верхнего и нижнего резистивныхэлементов в пределах от 1:2 да 1:5) достига 20 ют, варьируя количество слоев ткани в верхнем и нижнем резистивном элементе т.е.изменяя толщину резистивных элементов).Для закрепления змиттера по его высоте выполняют кольцевой паз и вставляют25 эмиттер в отверстие, вырезанное в тканойленте, используемой для формированияверхнего резистивного элемента.Заготовки для резистивных элементовпомещают в термохимический реактор и30 осуществляют осаждение пироуглерода изгазовой фазы (например, разложением углеводородсодержащега газа) в поровый объемуглеродной ткани при 950 - 1100 С и скорости осаждения пироуглерода 450 - 1000 А 0/ч.35 Полученные после термообработки заготовки соединяют с графитовыми токоподводами и осуществляют повторнуютермообработку при указанных выше условиях, Общее количество осажденного за две40 стадии пироуглерода от 40 до 60 мас,0 )варьируют временем термаобработки (около ЗО - 120 ч за две стадии).В результате указанных термохимических обработок достигается как упрачнение45 конструкции, так и ее монолитность. Пирауглерод осаждается как в паровом объемеуглеродного волокна, так и в порах графита,монолитно соединяя детали КПУ.После термообработак поверхность50 эмиттера шлифуется для удаления поверхностной пленки из пироуглерода. Затемасуществляют окончательную сборку КПУ -монтируют тепловые экраны и др,П р и м е р. Для изготовления резистив 55 ных элементов КПУ используют углераднуюленту шириной 14 мм типа Урал(толщиной 0,4 мм) и Урал(толщиной 0,2 мм).Верхний реэистивный элемент выполняютнамоткой двух слоев ткани Урал, а нижний выполняют из одного слоя ткани Урал..Т а б л и ч а 1 Объект Ток накала,А Отношение солротивленин верхне" го и нианего реэистивнык элетеиперэтура эмиттера, С Иощ"ность,Вт иентов Вариант 11600 180 60 Вариант % 600 220 , ЗО Прототип (пересчет 300 180на 16 ОО СЭ 1:4 1:2 2:1 205. При этом отношение электросопротивления верхнего резистивного элемента к электросопротивлению нижнего составляет 1;4 ( вариант). Или: верхний резистивный элемент выполняют из одного слоя ткани типа Урал, а нижний - из одного слоя ткани Урал(отношение электросопротивления верхнего резистивного элемента к электросопротивлению нижнего составляет 1;2 ( вариант КПУ).Эмиттер - диск из гексаборида лантана диаметром 10 мм и толщиной 1,5 мм. Расстояние эмиттера до места изгиба резистивного элемента 2 мм. Расстояние от места изгиба резистивного элемента до токоподводов 3 мм. Зазор между резистивными элементами 1 мм.Заготовки резистивных элементов (верхнего - с закрепленным в отверстии в ленте эмиттером) накладывают на оправку из никеля и помещают в термохимический реактор. Осуществляют термообработку в среде метана при 950 С, давлении 20 мм рт,ст, в течение 20 ч. Достигают весового соотношения углеродное волокно: пироуглерод -85:15, Затем полученные резистивные элементы вставляют в прорези, выполненные в токоподводах из графита, и осуществляют повторную термообработку до достижения массового соотношения углеродное волокно; пироуглерод. 50:50. (Термообработку ведут еще 80 ч), После термообработки эмиттер шлифуют для удаления пленки пироуглерода. Осуществляют сборку КПУ и его испытания,Тепловые испытания проводят в циклическом режиме (50 циклов): быстрый выходна режим 1600 С, выдержка 60 мин, охлаждение 60 мин, Результаты тепловых испыта 5 ний сведены в табл,1,8 табл.2 показано влияние массовогосоотношения углеродное волокно:пироуглерод на механические характеристикиКПУ, изготовленного согласно варианту 1,10 Таким образом, достигается повышение ресурса, экономичности и надежностиКПУ. Замена металлических резистивныхэлементов КПУ на композиционные, изугле 15 род-углеродного материала, только за счетисключения дорогостоящих тугоплавкихметаллов позволяет снизить стоимость КПУв 4 - 5 разФормула изобретения20 Катодно-подогревательный узел с компенсацией магнитного поля, состоящий издвух резистивных элементов, расположенных эквидистантно друг над другом, и эмиттера, закрепленного на верхнем резистивном25 элементе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения потребляемой мощностии увеличения эмиссионной поверхностиэмиттера при использовании в качестве материала резистивных элементов из композиционного углерод-углеродного материалас армирующим каркасом из углеродного волокна и пироуглеродной матрицей, резистивные элементы выполнены с отношениемэлектрического сопротивления верхнего ре 30 зистивного элемента к сопротивлению нижнего от 1:2 до 1:5,1544084 Таблица 2 Еегев ее г е Ь Содеркание компонеи"тов композиционного Показатели . натериала для резистивного элемента вибростойпироуглерод,мас Д,углерод"ное во"локно,нас,3 кость,цд 4в гсвг геее вее еевгвеее гесге еееегггфПриведеиа мех. прочность в кг на ленту шириной 1 сн;ффИспытаиия иа вибростойкость про водят на вибростенде, обеспециввюь 1 ем амплитуду колебаний з 0,5 нм при частоте 10 Гц. 1 спытания заканчиваютпри изменении злектросопротивления образца Я от номинальной величины.Составитель Н.ЧубунТехред М.Моргентал Реда кт,Ливринц оррек аказ 1972 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 ввее3510506065 еее6560,50035 Неханивческаяпрочность,кг/си ф 38,1 16 "7 3 21 52,2 25 70,1 22 63 11,