Способ герметизации электровакуумных приборов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 31,03,81 (21) 3269176/18-21 34)М.КЯ.Р с присоединением заявки йо Н 01 У 9/26 Государственный комитет С С С Р по делам изобретений н открытий(088. 8) Опубликовано 30,01,83, Бюллетень Но 4 Дата опубликования описания 3001.83 РЛ.Н. Назаров, С.В. Куклев, А.Н.; Греков,В,М. Виноградов, И,Н. Зайдель, Л:;:С. ЛуферовЛ ф Юрков и А П Нестерся:"(54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано при разработке и из готовлении электровакуумных приборов, таких как рентгеновские электронно- оптические преобразователи, кинескопы, фотоумножители. Известны способы герметизации, - осуществляемые за счет сжатия конуса клапана кромки седла отверстия. Ко-. нус клапана изготавливается из отож,женной меди, а седло - из нержавеющей стали. Чистста обработки УПлотняющих кромок седла должна быть не ниже восьмого класса, а конической поверхности клапана - не ниже седьмого Г 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 30- 40 кг/мм, что вызывает использова.ние мощных и крупногабаритных электромеханических приводов, Например для герметизации рентгеновского электронно-оптического преобразователя 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 путем электронно-лучевой или микро- плазменной сварки обечайки, имеющейся на рабочих областях прибора, например, рентгеновского электронно- оптического преобразователя(РЭОПа)(2 .Недостатком указанного способа является то, что применение автоматической электронно-лучевой или микроплазменной сварки для финишной герметизации прибора, применяемой после того, как на ретгеновском экране был отдельно изготовлен Фотокатод, приводит к усложнению технологического оборудования и.к сущест.венному увеличению габаритов вакуумной технологической камеры. Сильный разогрев свариваемых металлических деталей прибора приводит к повышенному газовыделению и отрыванию сформированного Фотокатода. Следует так же отметить, что катодный и анодный .- диаметр рабочей катодного узла; угол ее заточки т 5 узлы в случае другого предусмотренного варианта изготовления фотокатода внутри оболочки РЭОПа после из предварительной вакуумной обработки выносят в атмосферу для их сварки, что также приводит к ухудшению паРаметров формирующегося в дальнейшем фотокатода ввиду окисления предварительно нанесенного слоя сурьмы. Далее РЭОП откачивается через штенгель, на вакуумном посту производит О ся осаждение щелочного металла на подложку рентгеновского экрана для формирования фоточувствительного слоя, что приводит к загрязнению изолированных токовводов и других деталей внутренней арматуры РЭОПа щелочными металлами. Отрицательным результатом этого является увеличение различныхсоставляющих темнового тока. Укаэанная технология также требует совместного обезгаживания всех элементов катодного и анодного узлов на вакуумном посту и в этом случае не удается обеспечить оптимальные тепловые режимы этого вакуум- но-термического обеэгаживания, так как предельно допустимые температуры составляют для катодного узла 180, а для анодного узла 380 С.Вышеуказанные недостатки в техно- логии изготовления приводят к су- Э 0 щественному сокращению выхода годных изделий, к невозможности регенерации элементов РЭОП, а также к снижению некоторых основных его параметров, например, коэффициента пре образования.Цель изобретения - обеспечение воэможности многократной регенерации, улучшение параметров и увеличение выхода годных изделий, 40Указанная цель достигается тем, что в из в ест ном способе герм ет из а - ции электровакуумных приборов, включающем вакуумирование, нагрев рабочих областей анодного и катодного 45 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 область анодного. узла металлом-уплотнителем и нагревают его до 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,ок Т высота герметичного покрытиявязкость металла-уплотнителя;скорость перемещения; расстояние между рабочими поверхностями катодного и анодного узлов;площадь окисной пленки на герметичном покрытии в сечении рабочей области; напряжение разрушения окисной пленки герметичного покрытия;коэффициент трения между окисной пленкой термичного покрытия и металлом-уплоткителем,На фиг. 1 изображен электровакуумный прибор - рентгеновский электронно-оптический преобразователь в собранном состоянии, общий вид; на фиг. 2 - узел 1 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 90 С.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 б и поверхность торца герметизирующего экрана 2 имеют промежуточное покрытие из материала, например, меди, хорошо смачиваемого металлом-уплотнителем и имеющего температуру ялавления выше температуры плавления металла-уплотнителя. В каЧестве металла-уплотнителя могут использоваться металлы и их сплавы, обладающие низкой температурой плав- ления и упругостью пара, например, олово, индий .Способ герметизации вакуумно-плотного соединения катодного и анодного узлов рентгеновского электронно-оптического преобразователя осуществляется следующим образом.цуч(сов .-1 чу -)т гЪБок 65 Герметизирующий экран катодного узла покрывают металлом, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем, например, серебром. Для обеспечения герметичности 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 0 являются олово, индий, галлий и их эвтектики. При испольэовании в качестве металла-уплотнителя олова,применяют олово марки СВЧ. Следующей подготовйтельной операцией явля ется обслуживание покрытого серебром герметизирующего экрана катодного узла в олове. Наружная поверхность герметизирующего экрана всегда покрыта пленкой окиси олова БпО , имеющей 20 температуру диссоциации при атмосфере 2000 С,Таким образом, при нагревании герметизирующего экрана катодного 25 узла.до температуры на 7-10 выше температуры плавления олова, что составляет около .250 С., получают олово на герметизирующем экране в жидкой фазе с вязкостью порядка 0,018 П. 30 Эта величииа вязкости сравнима с вязкостью ртути при комнатной температуре, Нагрев до более низких темпе" ретур, .но выше .температуры плавления приводит к резкому увеличению З 5 вязкости. С наружной стороны олова, находящегося в жидкой фазе, расположена пленка олова БпО в твердом состоянии, толщина которой исчисляется в 100 Х. При этом металл-уплот.нитель в ванне анодного узла нагревают до температуры плавления металлауплотнителя, При изменении Фазового состояния происходит изменение вязкости от сотен тысяч пуаз до единиц милли пуаз. Опуская нагретый герметизирующий экран катодного узла в металл-уплотнитель ванны анодного узла в укаэанном интервале температур, обеспечивающем перемещение герметизирующего экрана в среде металлагуп лотнителя более вязкой по сравнению. с вязкостью расплавленного олова на самом герметизирующем экране, окисная пленка разрывается и весь гермети. зирующий экран от нее очищается, 55 Таким образом, возникающие напряжения осуществляют разрыв окисной пленки и достаточным условием снятия ее с поверхности экрана является 60 выполнение соотношения б /6)1,где 6( - величина напряжения, дейст.вующего в окисной пленке; (У- напряжение разрушения окисной пленки. Величина силы в зависимости от вязкости трения может быть представлена в виде Гс / 4.4 я сор +(и Х где - - угол заточки герметизирующего экрана катодного узла;т - коэффициент трения для взаимодействующих поверхностейокисной пленки и жидкофаэного слоя полуды;Б -площадь окисной пленки в сечении;.Рс - сила сопротивления вязкостного трения.Сила сопротивления вязкостного трения имеет видгде . - вязкостЫч - скорость перемещения гермет из ирующего э кран а;расстояние между наружной поверхностью герметизирующегоэкрана катодного узла и внутренней поверхностью ванныанодного узла;Б - площадь герметизирующего эк-рана, взаимодействующая сметаллом-уплотнителем.Таким образом, общая зависимость рассмотренных параметров может быть представлена в виде Работоспособность способа подтверждается полностью выполнением нера"венства при подстановке значения пара"метров ) = 2 сП; Ч = 5 10 см/с ;Бок= 24 см; Ь = 0,2 смф Бок=, 1 ф 2"Я,МО см;= 10. обеспечивающих, соЯ.,отношение0( Ф= И,О .Таким образом, во внутренних, слояхолова в ванне анодного узла имеемчистую, неокисленную поверхность герметизирующего экрана катодного узла.взаимодействующую с чистым,неокисленным оловом этой ванны, Последующий нагрев соединения до температура на 8688 выше температуры плавления олова,о-что составляет около 430 С,необходимдля обеспечения максимальной величины смачивания.Рентгеновский электронно-оптичес"кий преобразователь и предлагаемыйспособ его герметизации позволяетосуществлять многократную регенерацию дорогостоящих элементов рентгеновского электронно-оптического преобразователя, при этом замене подлежит лишь рентгеновский экран вслед-,ствие окисления сформированного нанем Фотокатода при вскрытии приборана атмосфере. Герметичность приборане зависит от числа повторных цикловгерметизации. Выход годных приборовувеличивается, так как предлагаемыйспособ герметизации легКо может бытьавтоматизирован.5Использование предлагаемого способа позволяет изготовить, например,рентгеновские электронно-оптическиепреобразователи большого (свыше300 мм) диаметра, но при этом требуется небольшая величина погружениягерметизирующего экрана в металл-уплотнитель порядка единиц миллиметров,что не приводит к большому расходуметалла-уплотнителя. 15Обеспечение откачки рентгеновского электронно-оптического преобразователя в едином объеме вакуумной технологической камеры в разобранномсостоянии и раздельного обезгаживания всех его элементов при оптимальных температурных режимах позволяетполучить более высокий рабочий вакуум в готовом приборе и тем самымулучшить вакуумно-технические параметры при его эксплуатации.Применение рентгеновского электронно-оптического преобразователядиаметром свыше 300 мм в массовоймедицинской рентгенодиагностике позволяет в несколько раз повысить информативность рентгеновского изображения, по крайней мере в два разаснизить лучевую нагрузку на пациента .и рентгенолога,и создать условия дляработы в незатемненном помещении.Предлагаемый способ герметизацииприменительно к электронно-оптическому преобразователю позволяет обеспечить возможность регенерации дорого"стоящих деталей, улучшить его параметры и увеличить процент выхода годных изделий,Ч - скорость перемещЙ - диаметр рабочей ти25 тодного узла;Х -угол ее заточки;Н - высота герметичногоЬ - расстояние между раповерхностями катод30 анодного узлов; .80 К - площадь окисной пленкигерметичном покрытии внии рабочей области;б - напряжение разрушения оной пленки герметичногопокрытияЕ - коэффициент токисной пленкго покрытия илотнителем;О- вязкость металла-уплотИсточники информации,принятые во внимание при эксперт1, Пипко А.М., Плисковский В. и др. Конструирование и расче5 куумных систем. м., энергия1970, с. 123.2. Патент СИЛ Ркл. 250-213, 1977 где ения," облас атия; покрбочимного насеч исрения междуой герметичнометаллом-упнит ел я..Я.т вармула изобретен 4104516,(прототип), Способ герметизации электровакуу ных приборов, включающий вакуумиро вание, нагрев рабочих областей анодного и катодного узлов, их уплотнение и охлаждение, о т л и ч а ющ и й 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 покрытиеметаллом-уплотнителем и нагрев дотемпературы (1-1, 2) Т пл заполняют рабочую область анодного узла металлом-уплотнителем и нагревают егодо температуры Т пл., где Т пл.температураплавления металла-уплотнителя., и перемещают рабочую поверхность катодного узла в металл-уплот.нитель анодного узла со скоростью,определяемой из соотношения993358 Фиг.8 Составитель В. Алексадактор М, Рачкулинец Техред А.Бабинец Корректор М. Демчик. писное За Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 491/70. Тираж 701 ВНИИПИ Государственного по деламизобретений и 113035, Москва, Х, Рауыск