способ изготовления металлопористого катода

Формула изобретения

Способ изготовления металлопористого катода путем закрепления пропитанной активным веществом губки в охватывающий ее корпус, отличающийся тем, что корпус и пропитанную активным веществом губку изготавливают с конфигурацией боковых поверхностей, обеспечивающей зазор между ними, не доходящий до рабочей поверхности катода, а в зазор запрессовывают при давлении (1^oC10)⁸ Па смесь порошков тугоплавких металлов с добавкой алюминия в количестве 0,01-1 мас. и спекают при температуре 950-1650 K.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления металлопористых катодов для вакуумных приборов.

Известен способ изготовления металлопористого катода (МПК), включающий установку пропитанной активным веществом (AВ) губку в корпус с последующим закреплением губки материалом корпуса [1] Механическое соединение губки с корпусом не ухудшает эмиссионных свойств пропитанной губки, что позволяет изготавливать таким способом катоды для приборов с большим токоотводом.

Недостатком данного способа является отсутствие надежного теплового и механического контакта губки с корпусом при изготовлении катода и ухудшение его во время работы, что значительно ухудшает параметры МПК в приборах. Известен способ-прототип изготовления МПК в котором, для улучшения теплового и механического контакта пропитанная губка в виде смеси порошков тугоплавких металлов и AВ запрессовывается в корпус при давлении более 10⁹ Па с последующим спеканием при температуре не менее 1973 К (2). Недостатком данного способа является высокотемпературное спекание и большое давление запрессовки. Высокая температура приводит к ухудшению эмиссионных свойств катода и снижает механическую прочность корпуса, а большие давления приводят к разрушению корпуса.

Техническим результатом изобретения является повышение эмиссионных и механических параметров катодов в приборах.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления металлопористого катода путем закрепления пропитанной активным веществом губки в охватывающий ее корпус, корпус и пропитанную активным веществом губку изготавливают с конфигурацией боковых поверхностей, обеспечивающих зазор между ними, не доходящий до рабочей поверхности катода, а в зазор запрессовывают при давлении (1-10)⁸Па смесь порошков тугоплавких металлов с добавкой алюминия в количестве 0,01 1% (масс) и спекают при температуре 950 1650 К. Изготовление корпуса и пропитанной АВ губки с конфигурацией боковых поверхностей, обеспечивающих зазор между ними, не доходящий до рабочей поверхности, дает возможность запрессовывать смесь порожков тугоплавких металлов с добавкой алюминия при общих давлениях в десятки раз меньших, чем давления, требуемые для запрессовки губки, т.к. площадь зазора много меньше рабочей площади губки. Выбор материалов смеси обусловлен наилучшей совместимостью с материалами губки и корпуса, что позволяет полностью сохранять исходные эмиссионные свойства пропитанной АВ губки и надежный тепловой и механический контакт при изготовлении и в процессе длительной работы прибора.

Молибден является нейтральным по отношению ко всем материалам губки и является основным материалом корпусов.

Вольфрам является основным компонентом губки катода и обладает высокой формоустойчивостью.

Наличие добавки алюминия в смеси:

во-первых, увеличивает ее пластичность, что обеспечивает металлическую прочность катода до спекания;

во-вторых, снижает температуру спекания, что позволяет совместить спекание с существующими при изготовлении катода тепловыми операциями (ионное травление, обезгаживание, выпаривание), температура которых позволяет осуществить одновременно и спекание;

в-третьих, высокая пластичность смеси позволяет изготавливать катоды с несколькими губками (многолучевые катоды), т.к. высокая пластичность смеси дает возможность наиболее равномерно запрессовать смесь в зазор, имеющий сложную форму (размер зазора в одном катоде может отличаться в несколько раз), а невысокая температура спекания не приводит к деформации такого сложного соединения.

Параметры многолучевых катодов, изготовленных по предлагаемому способу (тепловой контакт, эмиссионные свойства), идентичны параметрам однолучевых.

Величина добавки алюминия в смеси выбирается индивидуально для каждой конструкции и типа катода и находится в пределах 0,01 1% от массы тугоплавкого металла. Добавка алюминия менее 0,01% ограничена техническими возможностями взвешивания, а более 1% не имеет смысла, т.к. избыток алюминия испарится во время тепловых обработок. Температурный диапазон спекания:

нижняя граница температурой плавления алюминия,

верхняя температурой тепловой операции или источником нагрева катода - подогревателя.

На фиг. 1 показан катод с одной губкой (однолучевой). На фиг.2 катод с тремя губками (многолучевой). Здесь корпус катода 1, пропитанная губка 2, зазор, заполненный смесью 3.

Пример.

Рассмотрим пример исполнения восьми лучевого кольцевого катода. Изготавливают кольцевой молибденовый корпус с конфигурацией боковых поверхностей в виде кольцевой проточки шириной 4 мм, глубиной 2 мм с восемью отверстиями 2,4 мм в дне глубиной 1 мм. Изготавливают пропитанные активным веществом рубки диаметром 2,4 мм, высотой 3 мм и размещают их в отверстия корпуса. В зазоры, образованные губками между собой и корпусом, запрессовывают при давлении 510⁸Па смесь порошков W - 49,95%(масс), М_О 49,95%(масс), Al 0,1% (масс). После этого изготовленный узел (рабочую поверхность) травят ионами азота при температуре 1173 1273 К в течение 15-30 мин. Операция ионного отравления является для данного катода и операцией спекания.

Использование предлагаемого способа изготовления металлопористого катода по сравнению с прототипом дозволит улучшить параметры катода в приборе при сохранении исходных свойств катода. И особенно большой эффект получается при изготовлении многолучевых катодов, в которых способ обеспечивает полный равномерный тепловой и механический контакт всех лучей (губок), что обеспечивает получение параметров многолучевых катодов, идентичных параметрам однолучевых.