Введение к работе
Актуальность темы. Среди изделий электронной техники особое место занимают электровакуумные и газоразрядные приборы большой мощности. Несмотря на интенсивное развитие полупроводниковой и лазерной электроники, мощные электровакуумные приборы (ЭВП) не потеряли своей актуальности и широко применяются в радио- и телепередатчиках, РЛС, объектах дальней связи и многих других сферах деятельности.
При производстве электровакуумных приборов самыми важными, ответственными и трудоемкими процессами являются откачка и герметизация, т. к. здесь окончательно закладываются основные характеристики СВЧ ЭВП. Способ откачки и метод герметизации оказывают существенное влияние на газовую среду в приборе и на его герметичность. Недостатками обычных технологий откачки приборов через штенгель являются значительная длительность процессов (иногда десятки часов) и трудности по их автоматизации, поэтому каждый прибор необходимо индивидуально обрабатывать, и все же брак составляет высокий процент. К тому же откачное оборудование требует больших производственных площадей, размеры которых увеличиваются соответственно программе выпуска приборов. В связи с этим возникает задача по разработке и внедрению новых прогрессивных способов откачки, обезгаживания, герметизации, позволяющих интенсифицировать процессы откачки и существенно сократить их длительность при одновременном повышении качества.
На сегодняшний деіп> мало изучены физико-химические процессы удаления газов при откачке ЭВП, скорости удаления адсорбированных и растворённых газов, взаимное распределение примесей, разложения таких основных газосодержащих соединений, как поверхностные оксиды металлов, карбонаты и карбиды. Недостаточно изучено влияние газовой фазы на процессы, происходящие при откачке в электродах ЭВП, влияние газовой
; -г - '- .* ....
фазы на нестехиометрию активного вещества катода. Вопрос влияния чистоты рабочих газов на качество и долговечность ЭВП также является открытым. Не изучены достаточно вопросы о предпочтительности того или "иного метода герметизации и его влияния на остаточный вакуум и эмиссионные характеристики прибора.
В связи с изложенным целью настоящей работы является повышение
качества и уменьшение трудоемкости изготовления приборов за счет ин
тенсификации процессов очистки, совершенствование процессов- обезгажи-
вания, формирования эмиссионных характеристик катодовчг герметизации.
-'" Для достижения этой Дели-необходимо решить и исследовать следую
щие задачи: '-'-' -,. „.-. .ч .>>:;;"...-.; -<;
"! -: 'разработать обобщенную технологическую 'Схему- -физико-- химических процессов, происходящих в материалах прибора при «го откачке; '>-.'v -'S-:- исследовать влияние'степени очистки водорода на качество обез- 'таживания электродов и распределение примесей; "" ч- " << "-'"" ''- исследовать влияние быстроты откачки из прибора и диффузии примесей кислорода и углерода на интенсивность газовыделения в процессе откачки ЭВП;
исследовать динамику парциального состава газовой среды в
приборе при его откачке; <
- исследовать влияние парциального состава газовой фазы на фор
мирование эмиссионных характеристик катодов;
'"'- .исследовать влияние экранирования катодов на характеристики
^приборов; " '
- исследовать влияние способов герметизации на электровакуум
ные характеристики приборов.
Методы исследований. В работе использованы методы вакуумной техники, масс-спектрометрические методы, металлография, методы компьютерного моделирования, методы химической термодинамики и кинетики.
r I
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Газовыделение при откачке прибора с обработкой в водороде со степенью очистки не хуже Рп,о/Рн2 = 10" и при давлении водорода менее 10"2Па определяется диффузией кислорода с глубины 5-10 мкм, а при давлении водорода более 10"2 Па лимитируется быстротой откачки из прибора и поверхностными процессами.
-
Условием активировки оксидосодержащих катодов является уменьшение давления кислорода ниже его давления, соответствующего минимуму общего давления над оксидом; активировка ВТК-катодов с то-коотбором при температурах'на 10-15% больше рабочих, времени порядка 4-х часов и давлении ІІ2 не более 10" Па не влияет на толщину слоя карбида вольфрама в пределах допуска, а также запас тория в катоде, и не уменьшает долговечности прибора по эмиссии.
-
При раздельной обработке оксидных катодов при камерной откачке их экранирование уменьшает напыление активного вещества на электроды и изоляторы, а также улучшает электрические характеристики приборов..
-
Герметизация приборов диффузионной сваркой по клиновой схеме позволяет уменьшить силовое воздействие и улучшить термовакуумные и электрические характеристики приборов.
Научная новизна:
- разработаны модели процессов газовыделения кислорода и углерода, в том числе при обработке в водороде, учитывающие схему напуска водорода, степень его очистки, а также диффузионные процессы примесей в электродах. Полученные модели позволяют определить парциальный состав газовой среды, парциальные потоки, степень очистки электродов, концентрации растворенных примесей, а также определить время достижения заданной степени обезгаженности прибора;
построены модели обработки ВТК- и оксидных катодов, поззо-
ляющис определять влияние парциального состава газовой фазы на динамику формирования эмиссионных характеристик катодов;
установлено, что экранирование оксидного катода при камерной откачке позволяет улучшить электрические параметры приборов;
-' установлено/что диффузионная сварка по клиновой схеме (там,
где -это "позволяет конструкция прибора) позволяет получать вакуумплот-
ные, термостойкие соединения и способствует стабилизации электроваку
умных характеристик ЭВП. .*-
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Результаты работы могут быть использованы при откачке и разработке технологии обработки современных газоразрядных и электровакуумных приборов, обработки катодов и герметизации. Разработаны технологии откачки приборов типа ТПт-2000 с обработкой' в водороде; технология откачки МГЛ типа ГУ-23А с использованием форсированных режимов обработки катода, что позволило улучшить качество приборов и снизить энергозатраты. Технологии прошли апробацию на ГНГШ «Контакт Разработана методика и Технология экранирования катода, которая позволяет добиться улучшения эмиссионных'характеристик прибора. ТІредложенньїіі метод герметизации обеспечивает высокое качество и надёжность соединения, обеспечивает сохранение высокого вакуума в приборах, позволяет исключить применение дорогостоящих промежуточных материалов (припоев и флюсов) и уменьшить термосиловые воздействия на прибор во время его герметизации. Разработан механизм пережима штенгеля прибора в горячем состоянии для камерной откачки ЭВП.
-" : Апробация работы'. По теме диссертации опубликовано 13 научных раЗот, материалы диссертации докладывались на научных конференциях и семинарах. Основные положения работы докладывались на научно-практической конференции «Вакуумная электроника сегодня и завтра. Прогнозы и реальность» (Саратов, 1998); па международных научно-
технических конференциях: «Актуальные проблемы электронного машиностроения» (Саратов, 1998), «Вакуумная электроника сегодня и завтра» (Саратов. 1999); «Вакуумная наука и техника» (Гурзуф, 2000); «Проблемы управления и связи» (Саратов, 2000); «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2000). Личное участие автора в этих работах выразилось в постановке задачи, определении цели и методов исследований, проведении экспериментов, анализе и обобщении полученных результатов и формировании научных выводов.
Структура диссертации. Диссертация общим объемом 209 стрениц состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 102 рисунки, 3 таблицы, список литературы из 103 наименований и приложения.
