Способ изготовления нераспыляемого газопоглотителя

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ 892521ИЗОБРЕТЕНИЯк ьвтовскому саидвтвльствм(51)М. Кл. Н 01 7/18 с присоединением заявкиГосударственный квинтет СССР(23)приоритет по делан изобретений и открытий(53) УДК 621.3. .032. 14 (088.8) Дата опубликования описания 25, 12.8 1 В. Е, Вислоух, Л. Н. Зыченко, Л, Б. КузнещвВ. И. Разгуляева,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕРАСПЫЛЯЕМОГОГАЗОПОГЛОТИТЕЛ Я Изобретение относится к вакуумной технике и предназначено для использования в алектровакуумном приборостроении и в вакуумных системах для обеспечения высокого разрежения.Известны способы изготовления нерас 5 пыляемого газопоглотителя, заключающиеся в нанесении геттерирующего покрытия путем окунания, намазывания или к атафореза.10При таких способах предварительно приготавливают пасты, представляющие собой раствор коллоксилина в бутилацетате различной концентрации, иногда в качестве связки используется коллоиднаятб кремниевая кислота, Порошок геттерирующего материала перемешивают с бинаером и обмазывают или окунают в пасту детали, нанося тонкие слои геттера на поверхности. Затем детали просущиваются в сушильном шкафу с водяной завесой, Катафорез более экономичен и обеспечивает лучшую равномерность геттерного покрытия по толщине Г 1 . 2Однако способы не обеспечивают равномерности поглощающего слоя по толщине. Наплывы и утолщения слоя вызывают появление трещин и отслоение огдельных слоев при сушке, сорбционные свойства имеют неудовлетворительную воспроизво. димость. При откачке наблюдается большое газовыделение, Кроме того, такие 1"азопоглотители имеют высокую рабочую .температуру порядка 200-300 С, и малую механическую прочность.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся в свободной засыпке порошка геттерирующего материала в спе циальные формы и его последующем высокотемпературном спекании.Порошок титана или другого активного металла засыпают в цилиндрические ка меры и спекают его в течение одногоча са в вакуумной печи при 860-900 С при давлении не выше 5 1 СГ Па. Затем спеЭченные цилиндрики газ опоглотителя извлек каются из формы и из них вытачивают диски, которые крепятся в электровакуумномприборе путем точечной сварки при помощи полос из фольги титана, никеля иликовара Г 23Недостатки известного способа заклкгчаются в том, что при увеличении диаметра заготовки резко уменьшается меха.ническая прочность, а при увеличении толшины диска не имеет место взаимодействие газа с глубоко режащим от поверхности материалом газбпоглотителя и ос-новная часть геттера используется малоэффективно и лишь обеспечивает делосьность формы.Газопоглотитель, изготовленный данным способом, целесообразно применятьлишь в вакуумных приборах малых габаритов, с небольшими газовыми нагрузками.Цель изобретения - увеличение герметической поверхности и повышение механической прочности газопоглотителя присохранении его сорбционных характеристик,Эта цель достигается тем, что в способе изготовления нераспыляемого газопоглотителя, включающем свободную засыпку порошка газопоглотителя и спекания его в вакууме, свободную засыпкупорошка газопоглотителя проводят на подложку из нержавеющей стали, покрытуюслоем никеля толщиной 20-25 мкм пористостью не более 100 с последующимего вжиганием в среде водорода, послечего производят спекание порошка газопоглотителя с подложкой в вакууме в течение 20-30 мин при температуре 900 о -Ь950 С и давлении не выше 5 10 Па.На чертеже приведены зависимостиконстанты скорости поглощения К 14 Яивибропрочности, характеризуемой величиной максимального ускорения, при котоРом пРоисхопит РазРУшение обРазца 4 и,)от толщины слоя газопоглотителяЪСлой никеля толщиной 20-25 мкм ипористостью не более 10 , нанесенныйо45, иа подложку:1. Предотвращает образование различных окислов и шпинельных структурна поверхности подложки в процессе вакуумно-технологической обработки и эксплуатации ЗВП. Как показали исследования поверхности метопом оже-электронной спектроскопии при температуре свыше250 С количество, например, атомов хроома на поверхности нержавеющей сталирезко возрастает и даже при наличии малых количеств кислорода) всегда присутствующего в объеме прибора в молекулярном виде или в качестве компонента па ров воды, окиси и двуокиси углерода, происходит окисление хрома и образование шпинельных структур типа РЕО СО, М 0 СО или их твердых растворов, которые снижают прочность соепинения газопоглотителя с попложкой.2, Предотвращает образование карбидных и интерметаллидных фаз при взаимодействии газопоглотителя с углеродом и металлами, входящими в состав подложки. Наличие карбидных и интерметаллидных фаз, характеризующихся повышенной хрупкостью, также снижает механическую прочность соединения газопоглотителя с подложкой.3. Улучшает оцепление газопоглотителя с подложкой за счет того, что взаимодействие никеля и геттеризуюшего по рошка носят диффузионный характер, который отличается повышенной механической прочностью.При отсутствии никелевого покрытия в период вакуумно-технологической обработки и эксплуатации ЭВП происходит интенсивное окисление подложки, например атомов хрома на поверхности нержавеющей стали, и постоянное увеличение толщины оксипных пленок, что ведет к дальнейшему снижению прочности соединения.Предварительное нанесение слоя никеля на подложку приводит не только к улучшению адгезии газопоглотителя и подложки, но и, в основном, преотврашает образование в процессе вакуумнотехнологической обработки и эксплуатации приборов структур, снижающих их надежность и долговечность.Толщина наносимого слоя никеля лежит в пределах 20-25 мкм и является оптимальной, так как при толщине менее 20 мкм не достигается требуемая рав номерность толщины слоя никеля на подложке, а при толщине покрытия более 25 мкм наблюдается отслоение никеля т поверхности подложки.Нанесение слоя никеля на подложку может осуществляться. различными способами - гальваническйм, плазменным, вакуумным напылением и т,д. Пористость никеля при этом пля указанных толшин покрытия не должна превышать 10 о , так как при пористости выше 10 оне обеспечивается надежная защита поверхности подложки от окисления. Контроль порис. тости никелевого покрытия проводится визуально после проведения отжига в водородной печи - при пористости никеля89252 1 5свыше 10% на его поверхности появляются темные пятна окислов. Механическая прочность соеаинения достигаетсяблагодаря спеканию гвзопоглотителя при900-960 С в течение 20-30 мин в 5овакууме при 510 Па, что приводит каиффузному взаимодействию частиц газопоглотителя между собой и с материаломпо ал ожки,Свободная засыпка предварительно йподготовленного геттерируюшего порошка, например титана, на подготовленнуюподложку, например корпусные деталикрупных ЭВП, изготавливаемые из нержавеющей стали, при толщине слоя менее 10,8 мм, уменьшает скорость сорбции исорбционную емкость, Увеличение толщины слоя более 1,5 мм приводит к снижению механической прочности за счет того,что при этом происходит увеличение веса газопоглотителя, а прочность сцеплениячастиц между собой и материалом подложки остается постоянной и при испытаниях на вибропрочность происходит отслоение газопоглотителя. Так как удельные Ннагрузки при проведении виброиспытанийособенно значительны в месте контактагазопоглотителя с подложкой и в слоях,лежащих в непосредственной близости отнее, то и,разрушение наиболее вероятно зов этих местах.Механическая сталеструйная обработкаподложки увеличивает шероховатость по-верхности, в результате чего возрастаетповерхность контакта и улучшается сцеп- Зуление подложки с никелевым покрытием иникелевого покрытия с газопоглотителем.Подготовка подложки, в качестве ксторой используются корпусные детали иповерхности внутренней арматуры прибсра, заключается в том, что сначала производят механическую сталеструйную об"работку поверхности, далее поверхностьхимически очищают от загрязнений и окисных пленок путем травления, промываютслоем никеля толщиной 20-25 мкм, вновьпромывают в УЗ ванне деионизованной водой, просушивают в сушильных шкафах при60-80 С, проводят вжигание никеля в воодородных печах,0Параллельно с по агот овк ой поаложкиподготавливают порошковый газопоглотитель, Порошок газопоглотителя обезгаживают при 650-700 оС в течение 1-2 чв ваку мной печи при давлении не вышеИ1 .1 Па. Эвтем порошок просеивают через сита с соответствующим размеромячеек, что обеспечивает оптимальный гранулометрический состав. бД алее свободно насыпают порошок газопоглотителя на преавврительно подготовленную подложку слоем толщиной 0,8- 1,5 мм и проводят синтезирование порошка с подложкой в вакуумной печи при 900-950 С в течение 20-30 мин и давлении не выше 510 4 Па,0При температуре свыше 950 С или времени спекания более 30 мин происхоцит рост диаметра гранул газопоглотителя и ухуащение вследствие этого его сорбционных характеристик.Соответственно при температурах менее 900 С и времени спекания не пресвышаюшем 20 мин получается газопоглотитель с недостаточной механической прочностью,При увеличении давления во времяпроцесса спекания выше 510 Па так 4.же резко ухуашаются сорбционные характеристики газопоглотителя.После этого печь охлаждают, готовуюдеталь вынимают и подают. на окончательную сборку, Активировка газопоглотителя проводится в процессе вакуумно-технологической обработки прибора при 600650 С в течение 10-15 ч и давлении неовыше 510 Па.Конкретные примеры изготовления газопоглотителя показаны на графиках, гдеприведены зависимости скорости поглощения для водорода К и вибропрочности,выраженной величиной максимального ускорения рри котором происхоцило разрушение покрытия, снятые в зависимостиот толщины слоя газопоглотителя 4 .Величина, опреаелялась соотношением,у, где Ап- фиксированная амюохк Тплитуда виброперемещения, равная 0,5 мм,- частота, при которой проводилось испытание, Гц, Константа скорости поглощения К измерялась через 90 мин послепроведения активировки газопоглотителя,когда величина К стабилизируется и качинает определяться процессами диффузии,Гвзопоглотитель обладает хорошимисорбционными характеристиками в шибвокоминтервале температур от 20 цо 400 Свслеаствие высокой пористости (порядка70 о),Использование предлагаемого способаизготовления нераспыляемого газопоглотителя приобретает особое значение длякрупногабаритных электровакуумных приборов, например цля мощных электроннолучевых вентилей, обьем которых можетпревышать кубический метр. В этом случае применение большого количества таблеток малого размера требует создания спе 89252 1циальных конструктивных узлов и становится малоэффек авизным, Геометрическаяповерхность гаэопоглотителя в предлагаемом способе изготовления, без потеримеханической прочности, ограничиваетсятолько размерами корпусных деталей прибора, на которые наносится геттер, иможет достигать больших размеров,Кроме того, детали прибора, покрытыеслоем газопоглотителяне выделяют газ ввакуумный обьем, за счет чего значительноуменьшается врэмя обработки прибора наоткачном посту н улучшаются вакуумныеуславия в период эксплуатации электроннолучевых приборов,формула изобретенийСпособ изготовления нераспыляемого газопоглотителя рля электровакуумных приборов, включающий свободную засыпку порошка гаэопоглотителя и спекания его в вакууме, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью увеличения геометрической поверхности и механической прочности газопоглотителя при сохраненииего сорбционных характеристик, свобод ную засыпку порошка газопоглотителяпроводят на подложку иэ нержавеющейстали, покрытую слоем никеля толщиной20 25 мкм пористостью не более 10%с последующим его вжиганием в среде 1 О водорода, после чего производят спекание порошка газопоглотителя с подложкой в вакууме в течение 20-30 мин притемпературе 900-950 оС и давлении невыше 5 ф 1 СГ 4 Па,15Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Попов В. Ф. Нераспыляемые газопоглотители. Л., "Энергия", 1975, с, 75.20 2. Скакун А. И., Махонов В. ИАлек. санпров С, И. Магниторазрядные насосыс катодами из пористого титана. Электронная техника, 1971, вып. 1, сер, 1,с. 100 (прототип).892521 л ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,едактор А. каэ 1126 Составитель Г. Жуковаищкина Техред И, Гайду Корректор Е. Рошк 8/76 Тираж 787 ВНИИПИ Государстве по делам иэобре 35, Москва, Ж, РаПодписнного комитета ССений и открытийщская наб., д. 4/