ПРЯМОНАКАЛЬНЫЙ КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ МАГНЕТРОННОГО ТИПА

Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к прямонакальным катодам для магнетронных приборов.
Основной проблемой, возникающей при создании катодов для магнетронов, является обеспечение их механической прочности и долговечности при работе в условиях электронной бомбардировки.
Известен прямонакальный катод спиральной формы, изготовленный из чистого вольфрама [1]. Такой катод обеспечивает нужную для его применения в магнетроне эмиссию при температурах, превышающих 2400 К, что приводит к перегреву как самого катода, так и деталей прибора. Вследствие этого, вольфрамовые катоды наименее экономичны, долговечность таких катодов не более 1000 часов, применение их ограничено.
Известен прямонакальный катод для электронных приборов магнетронного типа также спиральной формы, в котором спираль выполнена из торированного карбидированного вольфрама, что позволило повысить эффективность работы прибора [2, прототип]. Карбидирование такого катода увеличивает его устойчивость к электронной бомбардировке. При этом, помимо большей устойчивости атомных пленок тория на поверхности, облегчается также и восстановление тория из его окиси в толще вольфрамовой проволоки, что позволяет использовать весь запас тория, повышая тем самым долговечность катода. Кроме этого, среди
известных конструкций магнетронных катодных узлов только спиральный прямонакальный катод из торированного вольфрама обеспечивает быстрое включение магнетрона без каких-либо дополнительных устройств.
Недостатком карбидированного вольфрама является его хрупкость. Это существенно снижает механическую прочность катода, а, следовательно, выход годных магнетронов (брак по разрушению катода в общем количестве забракованных изделий на уровне 20%). Долговечность такого катода хотя и выше, по сравнению с аналогом, но не превышает 2000 часов, что для бытовой и промышленной аппаратуры явно недостаточно. Возможность увеличения долговечности катода из торированного карбидированного вольфрама ограничена, поскольку для ее увеличения нужно увеличить запас активного материала, т.е. общую массу катода, а это значит, ухудшить другой его параметр - время готовности.
Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности и увеличение долговечности катода.
Технический результат достигается тем, что в известной конструкции прямонакального катода для электронных приборов магнетронного типа спиральной формы, спираль выполнена из вольфрама или вольфрам-рения, а на спирали расположено с капиллярным зазором и закреплено припоем эмиссионное тело в виде втулки, представляющей собой пористую матрицу из вольфрама, заполненную эмиссионным веществом, по внутреннему диаметру верхней части втулки выполнена фаска для размещения припоя, размер которой определяется выражением Δ=√2НК, где Н-высота втулки,
пл
пл
н
К-технологический параметр, равный К=ρΔ/ρ,
пл
ρ - плотность плавленого припоя,
н
ρ - насыпная плотность порошка припоя,
пл
Δ - ширина капиллярного зазора, заполняемого расплавленным припоем.
Материал припоя выполнен из порошков родия с 4-6 масс. % бора или иридия с 4- 6 масс. % бора.
Зернистость порошков припоя 2-3 мкм.
Выполнение спирали из вольфрама или вольфрам-рения, а эмиссионного тела в виде втулки, представляющей собой пористую матрицу из вольфрама, заполненную эмиссионным веществом -алюминатом бария-кальция, или лантаном, или торием, в которой по внутреннему диаметру верхней части выполнена фаска для размещения припоя, а в качестве материала припоя используется родий с бором или иридий с бором, позволит:
во-первых, увеличить механическую прочность катода, поскольку исключено карбидирование спирали, а температура пайки ниже температуры рекристаллизации вольфрама,
во-вторых, увеличить долговечность катода до 4000-6000 часов за счет увеличения запаса активного вещества, испаряющегося из втулки. При этом спираль, находясь в потоке активного вещества, испаряющегося из втулки, сама будет источником термоэлектронной эмиссии, обеспечивающей быстрый запуск магнетрона,
в-третьих, выполнение во втулке фаски заданного размера обеспечит дозированное количество порошка припоя, необходимое для создания оптимально хорошего теплового контакта спирали с эмиссионным телом, что существенно повышает эффективность катода, а, значит, и долговечность.
Использование материала припоя с зернистостью 2-3 мкм позволит снизить технологический параметр К, и тем самым повысить качество пайки, а, следовательно, механическую прочность крепления.
Использование в качестве материала припоя порошков родия с 4-6% бора или иридия с 4-6% бора обусловлено тем, что при таких содержаниях бора в родии и иридии имеют место эвтектики сплавов Rh-B и Ir-В.
Использование в качестве припоя порошков родия с бором и иридия с бором в предложенных соотношениях позволило:
во-первых, снизить температуру пайки и тем самым исключить выплавы активного вещества из вольфрамовой губки,
во-вторых, уменьшить рекристаллизацию спирали,
в-третьих, существенно повысить температуру распая за счет изменения состава припоя вследствие насыщения его в процессе расплавления тугоплавким вольфрамом, который хорошо растворяется как в родии, так и в иридии. Повышение температуры распая дает возможность работать катоду при температуре, существенно превышающей температуру пайки.
Температуры плавления, растекания и распая эвтектических сплавов родия с бором и иридия с бором представлены в таблице:
Состав припоя
Температура плавления,°С
Температура пайки,°С
Температура распая, °С
Rh-B(4-6%)
1150
1200
1650
Ir-В(4-6%)
1200
1250
1750
Прямонакальные катоды, у которых втулка эмиссионного тела укреплена на спирали припоем родий-бор, предназначены для работы в электронном приборе в диапазоне температур 800-1300°С, а припоем иридий-бор - в диапазоне температур 1200-1500°С.
Изобретение поясняется чертежом, на котором дан общий вид предлагаемой конструкции прямонакального катода, где:
спираль - 1,
капиллярный зазор -Δпл.,
эмиссионное тело в виде втулки - 2, фаска в верхней части втулки для размещения припоя - 3,
электроды электронного прибора - 4,
высота втулки - Н.
Пример 1.
пл
В качестве примера приведем прямонакальный катод для магнетронов, который имеет спираль, выполненную из вольфрам-рения -1, на спирали расположено эмиссионное тело в виде втулки - 2, которое представляет собой пористую матрицу, заполненную эмиссионным веществом - алюминатом бария-кальция. По внутреннему диаметру втулки в верхней ее части выполнена фаска размером 0,4 мм. 3. В капиллярном зазоре Δ=0,01 мм расположен припой - сплав родия с 5 масс. % бора, насыщенный вольфрамом.
Примеры 2-5.
Прямонакальные катоды для магнетронов имеют аналогичную конструкцию как в примере 1, но в которых материал припоя выполнен из родия либо иридия с 4,6,3,7 масс. % бора соответственно.
Прямонакальные катоды для электронных приборов магнетронного типа, выполненные по вышеприведенным примерам, были переданы на испытания. Протокол испытаний прилагается.
Использование предлагаемой конструкции прямонакальных катодов позволило повысить механическую прочность катодов и увеличить долговечность катодов до 4000-6000 часов (по сравнению с прототипом в 2-3 раза).