СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОРИСТОГО КАТОДА
METAL POROUS CATHODE PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к электронной технике, а именно к металлопористым катодам (МПК) электронных приборов СВЧ.
Известен способ изготовления металлопористого катода, включающий несколько последовательных операций. Вначале подготавливается смесь вольфрамовых порошков, перемешанных с парафином. Затем осуществляется прессование подготовленной смеси в виде штабиков и удаление парафина нагреванием смеси в водороде до 300°С. Далее осуществляется спекание штабиков до определенной пористости, пропитывание спеченных штабиков медью, токарная механическая обработка до получения катодной губки заданных формы и размеров, химическое и термическое удаление меди из катодной губки. Далее осуществляется пропитка катодной губки расплавом активного вещества, удаление избытков активного вещества с поверхности катодной губки, установка и закрепление катодной губки в корпусе катода с образованием тепловых контактов по сопрягаемым поверхностям катодной губки и корпуса катода [Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды // М.-Л. Изд-во «Энергия». 1966. С. 214, 215].
Недостатком этого способа является отсутствие процессов, обеспечивающих равномерность распределения плотности смеси вольфрамовых порошков перед прессованием, что приводит к неравномерности пористости в объеме прессованной катодной губки, соответствующей неравномерности электронной эмиссии и скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки, а также снижению эмиссионной долговечности катода.
Известен также способ изготовления металлопористого катода, включающий запрессовку порошка тугоплавкого металла в стакан из молибдена и пропитку сформированной пористой губки активным веществом в виде порошка из алюмината или алюмосиликата бария-кальция при температуре 1700-1800°С в среде водорода, с последующим удалением активного вещества с поверхности стакана и губки многократным смыванием струей воды и формированием таким образом эмитирующей поверхности катода [Резнев В.А., Резнева Т.Г. Способ изготовления металлопористого катода // Патент РФ на изобретение RU 2333565 С1. Опубл. 10.09.2008]. Достоинством данной конструкции является простота изготовления металлопористого катода. В этом способе, однако, также не обеспечивается равномерность пористости в объеме металлопористого катода, что приводит к соответствующей неравномерности электронной эмиссии, неравномерности скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и снижению эмиссионной долговечности катода.
-3
2
Наиболее близким аналогом заявляемого способа изготовления металлопористого катода является способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла, например вольфрама, при котором создают пористую губку путем прессования порошка металла, спекания в среде водорода прессованной губки и пропитывание ее эмиссионным веществом на основе соединения щелочноземельных металлов. Причем при изготовлении прессованной губки сферический порошок тугоплавкого металла дисперсностью 0,2-20 мкм осаждают на тугоплавкую подложку в растворе с вязкостью (1÷1000)⋅10 кг/м⋅с, например, в 5-15%-ном растворе поливинилового спирта, затем раствор удаляют и выполняют термоподпрессовку в атмосфере водорода при давлении 1-10 т/см и температуре 1100-1400°С в течение 5-30 мин [Аристова И.Я. и др. Способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла // Авторское свидетельство СССР 654981 на изобретение RU 2333565 С1. Опубликовано 30.03.1979. бюллетень №12].
-3
В этом способе, за счет разности скорости оседания частиц сферического порошка тугоплавкого металла дисперсностью 0,2-20 мкм на тугоплавкую подложку в растворе с вязкостью (1÷1000)⋅10 кг/м⋅с, например, в 5-15%-ном растворе поливинилового спирта, создается переменная по высоте губки структура распределения размеров частиц порошка.
Однако для осуществления процесса осаждения сферического порошка тугоплавкого металла в растворе, обладающем вязкостью, необходимо подготовить порошок, распределив его фракции возможно более равномерно по объему изготавливаемой детали, при необходимости с припуском, или с другим распределением фракций, после этого подготовленный порошок необходимо либо смешать с раствором и залить в форму для изготовления губки, либо сначала залить в форму для изготовления губки раствор, а затем сверху на него засыпать подготовленный порошок. При этом не может быть обеспечена равномерность распределения плотности порошка и его фракций по объему губки из-за наличия неравномерности в подготовленном порошке, неравномерности при смешивании с раствором и нарушения равномерности вязкости раствора после смешивания с порошком. Поэтому изготовленная прессованная губка будет иметь неравномерное распределение плотности и пористости по ее объему, что приведет к преждевременному истощению запасов эмитирующего вещества в отдельных участках губки катода и, соответственно, к снижению эмиссионной долговечности катода по сравнению с катодами с равномерным распределением плотности и пористости. Неравномерность распределения плотности и пористости по объему изготовленной губки может также увеличиваться при удалении раствора, обладающего вязкостью. Неравномерность распределения плотности и пористости по объему изготовленной губки приводит к соответствующей неравномерности электронной эмиссии, скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и снижению эмиссионной долговечности катода.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности пористости в объеме металлопористого катода.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение равномерности электронной эмиссии, уменьшение скорости испарения активного вещества с рабочей поверхности катодной губки и увеличение эмиссионной долговечности катода.
Технический результат достигается тем, что при изготовлении металлопористого катода осуществляется подготовка смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования, выравнивание плотности подготовленной смеси из порошков в камере для прессования воздействием вибрации, прессование до образования пористой детали из смеси порошков с высокой равномерностью плотности, полученной при воздействии вибрации.
В частном случае осуществления заявленного изобретения предпочтительны следующие параметры:
- частота вибрации должна быть задана в пределах от 20 Гц до 1 000 Гц;
2
- ускорение вибрации должно быть задано в пределах от 0,5g (4,9 м/с) до 5g (49 м/с);
- время вибрации должно быть задано в пределах от 5 с до 300 с.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена последовательность выполнения операций изготовления пористой детали металлопористого катода с высокой равномерностью распределения плотности и пористости по объему изготовленной детали:
1 - подготовка смеси порошков содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла;
2 - размещение подготовленной смеси порошков в камере для прессования;
3 - осуществление равномерного распределения смеси порошков по объему камеры для прессования при помощи вибрации;
4 - прессование смеси из порошков до образования из нее пористой детали;
5.1 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 1;
5.2 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 2;
5.3 - смесь порошков, содержащая хотя бы один порошок из тугоплавкого металла после выполнения операции 3;
5.4 - пористая деталь из смеси порошков содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла, после выполнения операции 4.
Способ изготовления металлопористого катода осуществляется следующим образом. Выполняется последовательно 4 операции. При выполнении операции 1 проводится подготовка смеси порошков, содержащей хотя бы один порошок из тугоплавкого металла (5.1). Затем выполняется операция 2 - подготовленная смесь порошков (5.2) размещается в камере для прессования. При выполнении операции 3 выравнивается плотность подготовленной смеси из порошков (5.3) в камере для прессования под воздействием вибрации. При выполнении операции 4 прессуется смесь порошков (5.4) до образования пористой детали из смеси из порошков с высокой равномерностью плотности (5.4), полученной при воздействии вибрации.
В частном варианте осуществления изобретения:
- частоту вибрации задают в пределах от 20 Гц до 1000 Гц;
2
2
- ускорение вибрации задают в пределах от 0,5g (4,9 м/с) до 5g (49 м/с);
- время вибрации задают в пределах от 5 с до 300 с.
Источники информации
1. Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды // М-Л. Изд-во «Энергия». 1966. С. 214, 215.
2. Резнев В.А., Резнева Т.Г. Способ изготовления металлопористого катода // Патент РФ на изобретение RU 2333565 С1. Опубликован 10.09.2008. Публикация патента №25.
3. Аристова И.Я. и др. Способ изготовления пропитанного катода из порошка тугоплавкого металла // Авторское свидетельство СССР 654981 на изобретение RU 2333565 С1. Опубликовано 30.03.1979. бюллетень №12.