Главная Вакуумные трубки



в основе электрохимического травления лежат процессы электролитической диссоциации и электролиза. Очищаемые детали подвешивают или подсоединяют к одному из электродов (аноду или катоду), которые погружены в раствор кислоты или щелочи. Под действием электрического поля, приложенного к электродам, в растворе кислоты или щелочи идет электролиз. Если деталь подвешена на катод, процесс называется катодной очисткой, если на анод - анодной. Газообразные пузырьки водорода или кислорода механически сбивают или удаляют загрязнения или окислы с поверхности детали. Кроме того, раствор, служащий электролитом, вступает в химические реакции с загрязнениями и удаляет их с поверхности деталей. Катодная очистка обладает большой скоростью и отсутствием деформации очищаемых деталей, но вместе с тем она может приводить к наводороживанию детали, что увеличивает хрупкость материала и в нем появляются трещины. Анодная очистка позволяет получать недеформированную поверхность деталей (без пузырьков и трещин) и исключает вероятность увеличения их хрупкости. Однако одновременно с удалением загрязнений частично растворяются материалы, из которых изготовлена деталь, что в некоторых случаях может привести к «перетравлению» поверхности.

Полирование применяют для всех деталей, в частности штамповочных, где необходимо снять заусенцы и микронеровности. Окислы, лежащие на микровыступах, обладают большей пористостью, чем лежащие в микровпадинах поверхности. Поэтому растворение и удаление окислов на микровыступах происходит быстрее, что приводит к сглаливанию поверхности детали. Кроме того, продукты растворения металла оседают на поверхности детали в виде вязких пленок толщиной от десятых долей микрометра до нескольких микрометров.

Это позволяет повысить электрическую прочность (уменьшить утечки и пробои) и снизить уровень паразитной эмиссии (особенно необходимо полировать детали, находящиеся под отрицательным потенциалом и способные стать источником холодной эмиссии). Отполированные детали могут длительное время находиться в атмосфере воздуха, не теряя блеска и не подвергаясь коррозии.

Выбор реактивов, технологии и способа очистки зависит от материала поверхности, допусков и геометрии деталей, а также требований, предъявляемых к их очистке.

Термовакуумная обработка. Основная цель отжига в вакууме деталей НТ - обезгаживание. Отжиг в вакууме Приводит к увеличению скорости диффузии газов и паров

из толщины материала к поверхности, испарению и возгонке газов, HiapoB и других загрязнений с 1юверхности, диссоциации оксидов металла с выделением кислорода. Кроме того, при отжиге деталей в вакууме происходит снятие внутренних напряжений, которые могут привести к изменению первоначальной формы деталей [126]. В табл. 4 приведены режимы вакуумного отжига материалов, используемых при изготовленил НТ.

4. Режим вакуумного отжига

Материал

>

S .

га f~

« . О. s

Ф -л

5 >

о Q и.

Материал

Температура отжига, С

IK S V q. cq

3° V a.

Г- u

Никель

Керамика 22ХС

Молибден

1000

(ВК-94-1)

1000 *

Титан

575 **

Цирконий

460 ***

Ковар

1000

Металлостекляи-

Медь

ные соединения

12X18Н9Т

С52-1

12Х18Н10Т

Газопоглотители:

Тантал

1100

нераспыляемые

распыляемые

* До пайки в вакууме.. •* После пайкн. *** После нанесения проводящего слоя.

Термическую обработку в вакууме выполняют в камерных и колпаковых печах периодического действия. Давление рабочего вакуума должно быть не меньше чем \0~ Па. Для создания вакуума желательно применять безмасляные средства откачки (например, турбомолекулярные, электроразрядные насосы). Это предотвращает загрязнение рабочего объема установки и отжигаемых деталей парами масла насосов. Углеводороды масла, попадая на поверхность деталей, создают на них масляные пленки, которые под действием электронной бомбардировки полимеризуются, закрепляются на деталях и служат источником постоянного газовыделения внутри нейтронной трубки. При отжиге некоторых деталей НТ применяются специальные оправки, предотвращающие деформации при отжиге.

Отжиг стеклянных деталей. В состав НТ входят детали из стекла. Из стекла изготовляют металлостеклянные



корпуса, изоляторы,через стекло впаивают вводы. Отжиг; стекла имеет ряд особенностей. После изготовления стеклянных, стеклометаллических и стеклокерамических узлов в стекле и на границах спая могут образоваться остаточные термические и коэффициентные напряжения. Термические напряжения тем выше, чем больше температурный коэффициент расширения (ТКР) стекла и сильнее зависимость ТКР от температуры, а также чем меньше теплопроводность стекла. Коэффициентные напряжения зависят от разницы

Верхняя гранта


А S В Г t

Рис. 37. График из.менения температуры стекла в процессе отжига

В ТКР спаиваемых материалов.

Отжиг стекла состоит из нагрева и охлаждения. Нагревают стекло до температуры, при которой за сравнительно короткое время (10-15 мин) удаляются 95 % имевшихся в стекле термических напряжений, т. е. до так называемой верхней границы зоны отжига. Обычно эта температура на 50 °С ниже температуры размягчения стекла. При температуре, равной верхней границе зоны отжига, вязкость стекла составляет 10"-10 Па с, т. е. стекло приобретает пластичные свойства.

Время отжига / (продолжительность выдержки при максимальной температуре) зависит от максимальной температуры отжига (и соответственно от вязкости стекла г\) [126]:

lg/ = lgTi-10,5, (90)

где Tl - вязкость стекла при температуре отжига, Па • с.

На рис. 37 показана кривая отжига. Скорость нагрева сте,кла при отжиге (участок А) выбирают из соотношения

V = 0,ЗАТ/а\ (91)

где V - скорость нагрева; 7мин; а - половина толщины плоской стенки (если нагревается и охлаждается с двух сторон) или полная толщина стенок цилиндрической трубки (если она нагревается только с наружной стороны), см; АГ - термостойкость стекла, °С (т. е. максимальный перепад температур, который стекло выдерживает без растрескивания).

Продолжительность выдержки стекла t при температурах, близких к максимальной температуре отжига (участок Б), определяют из соотношения

tlO+lOa\ {92}

Особенно медленно следует охлаждать стекло в интервале от верхней до нижней границы зоны отжига (на 150- 200 °С ниже температуры размягчения стекла) - участок В. В этом интервале температур в стекле возникают постоянные напряления, которые остаются в нем дал<е после остывания до комнатной температуры и могут привести к растрескиванию стекла в любой момент изготовления, хранения и эксплуатации НТ.

Скорость медленного охлаждения от верхней до нижней границы зоны отжига определяется по формуле Vi = (0,075/ /а) AT. При дальнейшем охлаждении от нижней границы зоны отжига (участок Г) в стекле могут возникать только временные напряжения, которые исчезнут после остывания стекла до комнатной температуры и не оказывают влияния на последующую обработку и эксплуатацию стекло-изделия. В этом интервале температур стекло может охлаждаться с большей скоростью

У2 = (0,15/а2)АГ. (93)

Скорость выбирают из условия, что временные напряжения, которые возникают на данной ступени отжига, не должны превышать предела прочности стекла. Превышение оптимальной скорости охлаждения в этой зоне может вызвать растрескивание прибора только в процессе его охлаждения и не будет сказываться на механической прочности стекла после его остывания до комнатной температуры.

Для изготовления металлостекляиных узлов НТ кова-ровые детали подвергают отжигу в среде влажного водорода. Кислород, образующийся при диссоциации паров воды, содержащихся во влажном водороде, при нагревании, вызывает образование на поверхности деталей тонкой пассивирующей пленки, которая способствует получению прочного, вакуумно-плотного спая металла со стеклом.

Величину, направление и распределение напряжения растяжения или сжатия в стекле контролируют полярископами и поляриметрами.

2.2. СБОРОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ НЕЙТРОННЫХ ТРУБОК

При изготовлении НТ используют практически все основные виды сварки: электроконтактную, аргоно-дуговую, электронно-лучевую, лазерную, микроплазменную, диффузионную и др. Более 50 % от всего объема сварочных соединений производится электроконтактной- сваркой.



Электроконтактная сварка представляет собой процесс образования неразъемных соединений в результате нагрева металла проходящим через контакт электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия [123]. Различают следующие виды электроконтактной сварки (рис. 38) [123]: точечную шовную и стыковую.

Рассмотрим оптимальные условия электроконтактной сварки.



-2-,

~са--ЕГ

3 ff

Рис. 38. Вид электроконтактпой сварки: о - точечная; б - шовная; в - стыковая

1. Необходимым условием прочности соединений является обра.зование ядра. При недостаточных размерах ядра] получается дефект, называемый непроваром. Однако чрез-j мерная величина ядра также нежелательна, так как может] произойти разрыв оболочки. Возникает явление выплеска] и прочность может оказаться ниже требуемой, а капли металла могут вызвать короткое замыкание между элек-] тродами.

2. Механическое давление обязательно для получения} качественного соединения. При отсутствии необходимого! контакта в момент включения тока в стыке между двумя] поверхностями может происходить искрение (разряды) с образованием мелких местных ложных ядер, имеющих не- достаточную прочность. Однако значительное давление пос- ле размягчения металла может привести к большим дефор-] мациям ядра, вплоть до его прорыва.

3. Очень важно обеспечить необходимое и достаточное! количество энергии. При недостаточной энергии, выделяющейся в контакте, ядро будет малым и не обеспечит требуе-! мой прочности. Излишняя энергия приведет к перегреву! ядра, появлению выплесков, перегреву и пригоранию элек-j тродов и окружающих участков соединяемых деталей.

Обеспечение оптимальных условий для получения пол-: ноценного соединения зависит от свойств свариваемых ма-

териалов и их толщины. Металлы, не образующие сплавов, практически не свариваются контактным способом. В табл. 5 [123] приведены данные о свариваемости некоторых наиболее распространенных металлов при точечной сварке.

Аргоно-дуговая сварка. При изготовлении НТ используют две разновидности аргоно-дуговой сварки: на воздухе с местным обдувом кромок соединяемых деталей аргоном б. Свариваемость металлов

Металл

Вольфрам 4 4 3 3 3 2 4,5 4,7 4,7

Молибден 4 4 4 3 3 5 4,5 4

Тантал 4 4 3 2 5

Титан 4 3 2

Никель 2 3,4 3 6 6 1 1

Железо 2 3 6 5 1

Ковар 3 6 6

Нихром 6

Медь 4 4 3,4

Алюминий 3

Сталь нержавеющая

•i,- Примечание. Цифры в таблице обозначают: 1 - очень хорошо; 2 - хорошо; 3 - затруднительно; 4 - плохо или невозможно; 5 - возможно при использовании защитных жидкостей; 6 - хорошо при использовании специального регулятора времени сварки; 7 - возможно с помощью прокладочного металла.

и в наполненных аргоном камерах [123]. При сварке на воздухе кромки соединяемых деталей обдуваются аргоном, который подается между центральным вольфрамовым электродом и керамическим наконечником сварочной горелки под небольшим давлением (1,33 • 10 Па) и не только защищает от окисления нагретый и расплавленный металл в зоне сварки, но и способствует ионизации пространства, где горит дуга. Качество сварки определяется глубиной провара (обычно 0,5-1 мм). Этим методом сваривают детали измеди, ковара, никеля, титана, циркония, нержавеющей стали". Для сварки на воздухе с местным обдувом аргоном используются установки с вращающимся столом и неподвижной горелкой.

Электронно-лучевая сварка, обеспечивая глубокое про-плавление металла, резко снижает выделение тепловой энергии в металле по сравнению с другими видами сварки. Тепловая энергия на один проход при электронно-лучевой



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


0.0086