ЦЕЗИЕВАЯ ЛАМПА С ДВУМЯ ЛЕЙКОСАПФИРОВЫМИ ОБОЛОЧКАМИ

Полезная модель относится к разрядным лампам (РЛ), в частности к РЛ с плазмообразующей средой на основе цезия, которые предназначены для использования в качестве излучающего элемента бортового устройства формирования имитирующих помех для защиты летательного аппарата от управляемых ракет с инфракрасной (ИК) головкой самонаведения.
С учетом аппаратурного использования одной из основных характеристик РЛ с плазмообразующей средой на основе цезия (т.н. цезиевой лампы) является пиковая сила излучения в ИК диапазоне оптического спектра, которая должна существенно (не менее, чем в 10 раз) превышать собственное тепловое (ИК) излучение защищаемого летательного аппарата при заданной величине глубины модуляции генерируемого ИК излучения. Интенсивность излучения цезиевой лампы является функцией температуры плазмы, в которой происходит электрический разряд. Теоретические оценки показывают, что излучение средней температуры плазмы, в которой происходит электрический разряд, в 2,0-2,5 раза приводит к увеличению интенсивности ИК излучения цезиевой лампы в 30-40 раз [1] и, следовательно, наиболее эффективным средством увеличения пиковой силы излучения цезиевой лампы является повышение ее электрической мощности. При этом температура ограничивающей разряд оболочки достигает температуры 1100-1200°C и, следовательно, генерируемое цезиевой лампой
ИК излучение с необходимостью содержит как модулированную, так и смодулированную составляющие РЖ излучения, причем источником модулированной составляющей ИК излучения является исключительно разряд в плазмообразующей среде на основе цезия, а источником немодулированной составляющей ИК излучения в первую очередь является ограничивающая электрический разряд оболочка (т.н. разрядная оболочка) РЛ. Очевидно, что чем выше величина немодулированной составляющей генерируемого цезиевой лампой ИК излучения при фиксированной величине модулированной составляющей ИК излучения, тем меньше глубина модуляции ИК излучения, генерируемого цезиевой лампой, что с учетом ее аппаратурного использования, совершенно недопустимо. Снижение величины немодулированной составляющей генерируемого цезиевой лампой ИК излучения при фиксированной величине модулированной составляющей можно обеспечить принудительным воздушным охлаждением разрядной оболочки цезиевой лампы путем формирования воздушного потока вдоль наружной поверхности разрядной оболочки. Известно [2], что разрядная оболочка цезиевой лампы может быть изготовлена исключительно из лейкосапфира, поскольку этот материал устойчив к воздействию паров цезия и обладает прозрачностью в ИК области спектра оптического излучения. Лейкосапфир имеет высокий коэффициент теплового расширения и крайне восприимчив к термоударам, т.е. принудительное воздушное охлаждение непосредственно разрядной оболочки цезиевой лампы недопустимо, поскольку используемый для охлаждения воздушный поток обладает, как правило, определенной пространственной нестабильностью.
Указанного недостатка лишена цезиевая лампа с двумя лейкосапфировыми оболочками, которая конструктивно представляет собой наполненную плазмообразующей средой на основе цезия разрядную горелку с оболочкой из лейкосапфира, установленную соосно с образованием заполненного неоном кольцевого зазора во внешней (защитной) прямой трубчатой оболочке из лейкосапфира, на противоположных концах которой посредством охватывающего спая установлены токоподводы [3]. Указанная конструкция обеспечивает возможность эксплуатации цезиевой лампы в условиях принудительного охлаждения за счет термостатирования разрядной оболочки лампы.
Выполненное посредством охватывающего спая неразъемное соединение защитной оболочки из лейкосапфира с входящим в состав токоподвода герметизирующим элементом должно обладать, во-первых, достаточной механической прочностью, а, во-вторых, высокой вакуумной плотностью. Спай на основе стеклоэмали не обладает необходимой для эксплуатации в условиях повышенных виброударных нагрузок прочностью [1], а спай посредством твердого металлического припоя (например меди) затруднен, поскольку такой припой в состоянии расплава не смачивает лейкосапфир, что препятствует получению необходимой вакуумной плотности спая. Однако, указанный недостаток устраним при использовании предварительной металлизации титаном оболочки из лейкосапфира [4].
Известна цезиевая лампа с двумя оболочками из лейкосапфира, выбранная в качестве прототипа [5], каждый из токоподводов которой содержит герметизирующий элемент, спай которого с защитной оболочкой выполнен охватывающим, причем защитная оболочка из лейкосапфира в зоне спая снабжена металлизационным покрытием из титана, наружная поверхность которого конгруэнтна внутренней поверхности герметизирующего элемента в зоне спая, а в качестве припоя использована медь. Нанесение металлизационного покрытия на защитную оболочку из лейкосапфира может быть осуществлено одним из известных способов, например за счет дугового напыления в вакууме или распылением металлов ионной бомбардировкой [6, 7].
Конструкция цезиевой лампы с двумя сапфировыми оболочками, выбранной в качестве прототипа, обеспечивает вакуумплотное и устойчивое к повышенным виброударам нагрузкам неразъемное соединение защитной оболочки с герметизирующим элементом токоподвода, т.е. с учетом аппаратурного использования лампы совершенно оправдана, но с точки зрения используемых при ее изготовлении технологий не является оптимальной.
Известно, что титан не взаимодействует только с инертными газами [8], а водород, азот и кислород отличаются большой склонностью к химическому взаимодействию с титаном и, соответственно, на открытом воздухе уже при комнатной температуре на поверхности титана образуется пленка, которая препятствует смачиванию его поверхности припоем. Именно поэтому пайка титана проводится в аргоне или в вакууме, тщательно очищенном от примесей азота, паров воды и кислорода [9]. Особенность конструкции цезиевой дампы с двумя лейкосапфировыми оболочками, выбранной в качестве прототипа, состоит в необходимости осуществлять все последующие за выполнением на защитной оболочке из лейкосапфира металлизационного покрытия из титана и предшествующие непосредственно пайке технологические операции в условиях защиты от воздействия наружного воздуха, например в вакууме. Таким образом, недостаток конструкции цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками, выбранной в качестве прототипа, заключается в необходимости привлечения на этапе изготовления токоподвода весьма сложных и дорогих технологий и оборудования, что делает производство таких ламп весьма затратным и ограничивает возможность их применения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в обеспечении возможности сборки и спая образующих токоподвод элементов на открытом воздухе.
Технический результат, соответственно, заключается в упрощении процесса производства и снижении стоимости цезиевых ламп с двумя лейкосапфировыми оболочками.
У заявляемой цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками, как и у цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками, выбранной в качестве прототипа, каждый из токоподводов содержит герметизирующий элемент, спай которого с защитной оболочкой, снабженной в зоне спая металлизационным покрытием из титана, выполнен охватывающим.
Отличие заявляемой цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками от прототипа состоит в том, что защитная оболочка в зоне спая дополнительно снабжена непосредственно примыкающим к наружной поверхности покрытия из титана металлизационным покрытием из меди, наружная поверхность которого конгруэнтна внутренней поверхности герметизирующего элемента токоподвода в зоне спая.
На фиг.1 приведено схематическое изображение варианта конкретного исполнения заявляемой цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками в зоне спая герметизирующего элемента токоподвода с защитной оболочкой. Лампа содержит защитную оболочку 1 из лейкосапфира. Со стороны каждого из торцов защитной оболочки 1 установлены герметизирующие элементы 2 токоподводов (на фиг. 1 показан только один из них), которые в данном конкретном случае выполнены из ковара (сплава 29НК [4]). В зоне спая с герметизирующим элементом 2 защитная оболочка 1 снабжена двухслойным металлизационным покрытием, один из слоев которого непосредственно примыкает к наружной поверхности защитной оболочки 1 и выполнен из титана - подслой 3, а другой выполнен из меди - наружный слой 4. Герметичное (т.е. вакуумплотное) соединение защитной оболочки 1 с герметизирующим элементом 2 выполнено посредством спая на основе твердого металлического припоя 5 из меди, который в состоянии расплава заполняет зазор между внутренней поверхностью герметизирующего элемента 2 и обращенной к ней наружной поверхности слоя 4 метализационного покрытия защитной оболочки 1. Для обеспечения постоянного по величине зазора в зоне спая наружная поверхность слоя 4 метализационного покрытия защитной оболочки 1 выполнена конгруэнтной внутренней поверхности герметизирующего элемента 2.
Особенность заявляемой конструкции цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками заключается в наличии дополнительного метализационного покрытия 4, которое выполняет защитную функцию по предотвращению непосредственного контакта металлизационного покрытия 3 из титана с воздушной средой при выполнении последующих технологических операций изготовления токоподвода лампы. Совершенно очевидно, что защитное покрытие (слой 4 металлизационного покрытия защитной оболочки 1) должно быть выполнено из металла, который устойчив к воздействию наружного воздуха, имеет хорошее сцепление с титаном, смачивается с выбранным припоем и при нагревании до температуры пайки не образует с ним хрупких образований (интерметаллидов). Именно поэтому в данном конкретном случае, поскольку в качестве припоя использована медь, слой 4 металлизационного покрытия защитной оболочки 1 выполнен из меди.
Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность сборки и последующего спая образующих токоподвод лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками элементов на открытом воздухе, что существенно упрощает производство ламп и снижает их стоимость.
Цезиевая лампа с двумя лейкосапфировыми оболочками в соответствии с заявляемым решением разработана для серийного производства с использованием типовых технологий и стандартного оборудования.
Литература:
1. Гавриш С.В. Разработка и использование импульсного источника инфракрасного излучения на парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005.
2. Светотехника, 1998 №3, с. 22.
3. Светотехника, 2008 №2, с. 12.
4. Батыгин В.Н. Метелкин И.И., Решетников А.М. Вакуумно-плотная керамика и ее спаи с металлами, М.: Энергия, 1973.
5. Патент РФ №121649, 27.10.2012 Бюл. №30,
6. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование, М.: Металлургия, 1992.
7. Кузмичев А.И. Магнетронные распылительные системы, Киев: Аверс, 2003.
8. Гладков А.С., Подвигина О.П., Чернов О.В. Пайка деталей электровакуумных приборов, М.: Энергия, 1987.
9. Петрунин И.Е. Справочник по пайке, М.: Машиностроение, 2003.