如何克服钍钨灯丝电子管的阴极溅散

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)锦州华光电子管有限公司 作者:王凤兰

  本文通过对钍钨灯丝电子管阴极溅散问题的分析及避免阴极溅散问题的探讨,总结影响电子管阴极溅散的几种因素,制定合理而科学的工艺规范,从而选用最佳的工艺方案,提高产品质量。

  钍钨阴极电子管在老炼过程中曾有以下现象发生:当加上高压,管内有电流流通时,板流会逐渐下降,在数分钟内即可使电流从数百毫安降到数十毫安。生产中习惯把这种现象叫做阴流下降或发射下降。然而,当把阳极高压降为零,其余各电极电压亦降为零,仅加上灯丝电压(额定值或额定值的120%~130%均可)连续老炼5至10min,然后再加上各极高压,板流仍可恢复到正常值。但是,马上又可能出现板流下降现象。如果再次重复上面的操作,又会出现一次板流由正常值下降的过程,这种现象就是阴极溅散现象。

1、阴极溅散情况分析

  阴极溅散是气体没有排尽造成的,但此时残余气体的压力并不高,否则将会出现板流剧增甚至放电现象。阴极溅散在生产中有时发生,并往往伴有阴极中毒或管内兰光的废品同时出现。前一段时间,900F型电子管零板流下降的废品较多,在试验中发现,其中有的零板流下降的管子就是因为阴极溅散造成的。把零板流下降的管子重新进行灯丝老炼后,得到以下四种结果:①有的管子零板流又可恢复到原来的板流值,但是接着又出现板流下降的现象,如此反复循环;②经老炼后板流不能恢复,这是阴极中毒的表现;③对管子采用动态高压老炼,气体被吸气剂(钽罩)吸收,经15至30min动态老炼后,再对灯丝进行老炼,则可以使板流恢复到原来数值,并可稳定工作;④经动态老炼后,零板流不能恢复到原来数值,可能出现零板流比原来稍小,但仍在合格范围之内,并不出现板流反复下降的现象,再经动态试验完全可以稳定工作。

  上述试验中第1类管子即是阴极溅散的表现,当气体分子在高速电子撞击下,被电离为正离子和电子,正离子向阴极运动,轰击阴极表面,使活性层被轰掉,发射下降;但当对灯丝进行老炼时,活性原子---Th原子又有机会扩散到灯丝表面,从而发射又恢复。这时重新测试,板流又恢复,但电流的流通又会使气体释放出并发生电离,正离子又轰击阴极,活性层重新受到破坏,电流又下降,如此反复。第2类管子不能恢复发射是因为在第一次测试时不仅有阴极溅散现象发生,而且情况较严重,出现了阴极中毒,负电性离子使阴极表面氧化或逸出功增高,从而发射不能恢复。

  第3类试验是想以提高管内真空度,消除造成阴极溅散和阴极中毒的根源来克服板流下降现象。当第一次测试时,只要阴极没有中毒,仅仅是部分活性层被轰掉,那么动态老炼时适当提高灯丝电压,以加速内部Th原子向表面扩散的速度,则可以使动态试验得以进行,这样吸气剂就可以处于工作温度之下,从而把残余气体吸收掉,提高了真空度;再对灯丝进行适当老炼,使整个灯丝表面都有一层活性物质,以提高阴极发射能力。这样处理的电子管,有的则可完全恢复到正常水平,并能稳定工作。此外,其中有的管子经处理后不能恢复到原来发射能力,而是比原来低,但是却可以稳定地工作。这就是上述第4类管子。这种现象说明在测试过程中,灯丝已经部分的中毒或轻微中毒,即使气体最终已被吸气剂吸收,不会再发生阴极溅散,而发射能力也不可能恢复到原有水平。

  除上述四种情况外,还有一部分管子无论经过何种处理,发射能力始终不会提高,说明阴极已经完全中毒。此外,在处理过程中,发射能力不断下降的现象也屡见不鲜,这是零件去气太差,在处理过程中不断释放出气体所造成的。

2、防止阴极溅散应采取的措施

  要解决阴极溅散问题实质上就是除尽管内气体,下面针对这个问题就以下五个方面进行详细说明。

  2.1、制订合理而科学的排气规范

  排气过程中必须掌握三个主要因素:即时间、温度(功率)、真空度,三者缺一不可。如果温度不够,时间再长,指示出来的真空度再高,去气也是不彻底的;反之,如果温度足够,而时间不够,真空度就达不到要求。总之,温度和时间必须以保证真空度达到工艺要求为原则。

  但是,电子管在排气前的予除气状态不可能是完全一致的,在目前的工艺水平情况下,电子管各零部件的工艺一致性是有差别的,这样就要求我们不仅要把管理水平进一步提高,而且要根据现有水平制定出适应性较强的排气工艺规范。也就是说排气工艺规范要能满足各种真空状态的电子管。因此就不能按照最佳状态来确定工艺规范;但是为了提高生产效率,也不能按照最差的情况来制定工艺规范。对于移植产品,绝不能原封不动地照搬照抄别人的工艺,而要根据本单位的设备情况、管理水平,用实验的办法来制定切实可行的工艺规范。

  比如,某管型阳极去气温度原工艺为850~900℃,60min,真空度8×10-4Pa。但是处理阳极时因为氮气不纯经常氧化或者存放期太长,或者暴露大气时间过长,含气量较大。按上述温度和时间进行排气,真空度低于8×10-4Pa。则应该适当延长阳极去气时间,以使真空度达到8×10-4Pa为准。

  通过反复实验,得到的普遍规律是温度850~900℃,保温90~120min,才能使真空度达到8×10-4 Pa。在制订排气工艺时,就应把60min改为90~120min。这样,就可以使排气规范具有更好的适应性。几年来的实践证明,这一改进大大降低了废品率,提高了质量。按原工艺进行排气的管子经常出现释气高、阴极溅散现象,通过排气工艺改进后几乎完全杜绝了这方面的废品。

  2.2、零部件良好的清洁程度

  零、部件的清洁程度会直接影响排气效果。无氧铜阳极在封口前必须经过仔细清洗,不能有氧化物和赃物,否则将会成为放气源。有的无氧铜阳极在封口前要进行喷砂打毛处理,其目的是提高辐射系数,以降低管芯温度,减小栅放。但是喷砂后将会有残留的金刚砂粉尘及压缩空气中的油脂沾在阳极内壁,这样在排气烧阳极时,就会出现大量气体,可能会使阴极中毒,从而造成发射不足。但是,有的赃物在烧阳极时并不一定会受热分解。而在测试过程中,电子轰击阳极时,这些未完全分解的氧化物或赃物,将会在电子冲击下分解放气。分解放出的气体

  就可能使阴极中毒,或者造成阴极溅散。其宏观表现即为板流下降。为了克服上述弊病,可以在排气过程中于烧阳极去气后采用电子轰击阳极的方法对阳极进一步去气。这时可以使放出的气体被泵抽走。但是仍然不能完全避免阴极中毒的危险。事实证明,900F型电子管采用板冲工艺后仍然有放射低及零板流下降的问题,虽然数量少了,但仍不能彻底消除。因此,要根本上消除阴极中毒和阴极溅散,良好的真空卫生及合理的零部件处理工艺是很有必要的。然而,工艺一致性始终不可能达到100%,因此,还是有必要采取一些补救措施。目前较为有效的办法是增加管内的吸气剂,可以在栅极上喷锆或采用其它有效的非蒸散式吸气剂,对大型电子管最理想的是采用钛泵,这样不仅彻底解决了阴极溅散问题,而且电子管的可靠性也提高了。但是,目前国产锆粉中某些杂质含量(如氟)对阴极发射能力是有影响的,往往采用喷锆栅极的电子管,阴极发射能力不如镀铂栅极的高。但是只要能满足技术条件的要求,稍微牺牲一点发射能力还是值得的。因此,提高真空用锆粉的质量也是一项很重要的基础工作。

  2.3、良好的动力供应

  影响电子管质量的因素是多方面的,除了管子结构、零件、材料和工艺外,对动力的要求也是很高的。长期的实践证明,各种气体的质量直接影响着电子管的质量。比如,电子管生产中对氮气的要求是很高的,其纯度必须达到99.9999%,含氧和水汽都应该极低,否则就会失去氮气的保护作用。封口过程中一般都要用氮气进行保护。如果氮气不纯,就会造成管子氧化,轻则增加零件放气量,重则造成阴极中毒。由于气体质量不好造成的损失是十分严重的。

  值得指出的一点是,由动力车间生产出来的氮气,在出口处经化验分析纯度是合格的,但是往往经过送气管道后,到了使用气体的装配车间,则纯度就达不到要求了。一方面是地下管道有漏气或氧化锈蚀;另一方面与四季气候变化有密切的关系,尤其是夏天,管道里气体温度较高,而埋在地下的管道以及周围土壤温度较低,水汽就云集于管道里,从而被流动的气体输送到使用的地方,结果在生产车间反映出气体不纯。为了解决这个问题,在关键工序增设气体终端净化装置是必要的。这一装置的作用是去氧和去水汽。通常可在不锈钢筒内装分子筛和催化剂来达此目的。在固体电路的生产中这种气体终端净化装置更被广泛地用于对氢气的净化。这种装置并不复杂,而且可以再生使用,而效果却是极为显著的。

  2.4、还要注意一些细小的工艺环节

  比如封口时必须充入氮气保护。此时一定要使管内充满保护气体,否则仍然起不到保护作用。氮气管的插入深度影响是很大的。封口前管芯在烘箱中通氮气保护预热,管芯外扣上罩子,如果罩内氮气未充满;或者氮气管插入深度不够,则仍然会造成管芯氧化。其次罩的下部与烘箱托板如果是紧密接触的,而氮气压力不足时,罩内即不可能充满氮气。同样的道理,退火炉中氮气保护退火时,如果氮气管插入深度不够,也不能使保护气体充满整个管芯空间,则仍然会造成氧化。

  2.5、零部件的良好存放条件和适当的存放期

  装架前的各种零部件都经过了予除气(烧氢或真空去气)处理,如果这些零件存放期太长,将会重新吸气从而使予除气失去了意义,也会增加排气时的放气量。尤其是石墨阳极等,更不能在大气里暴露时间过长,一定要保存在真空柜中。一般金属零件必须存放于红外线干燥柜中。不论储存于真空柜或干燥柜中,存放期均不宜过长(夏季不超过七天,其它季节不超过十天)。其次在组织生产时,必须保证整个生产线畅通无阻,这对于缩短管子周转期,提高管子质量也是至关重要的。

  如何克服钍钨灯丝电子管的阴极溅散为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/Vacuum-Electronics/026295.html

  与 真空电子技术 电子管 相关的文章请阅读:

  真空电子技术http://www.chvacuum.com/Vacuum-Electronics/