КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПУШКИ ИЗ ВАКУУМ-ПЛОТНОЙ КЕРАМИКИ

Полезная модель относится к области сварки металлов в вакууме и может быть использована в конструкции катодного узла электронно-лучевой пушки.
Электронно-лучевая пушка (далее - ЭЛП) - это устройство, предназначенное для получения электронного луча и управление им в технологических целях.
Источником электронов в ЭЛП является катодный узел.
Из описания к авторскому свидетельству SU 948047, МПК В23К 15/00, публ. 15.02.1989 г, известна конструкция катодного узла ЭЛП, включающая в себя высоковольтный изолятор, дисковый катод из лантанборида, катодо держатель, подогреватель катода и прикатодный контакт, выполненный в форме втулки.
За прототип заявляемой полезной модели взята конструкция катодного узла ЭЛП, известная из факсимильных материалов заявки к патенту RU 38081 U1 на полезную модель «Электронно-лучевая пушка», МПК H01J 29/00, публ. 20.05.2004 г.
Катодный узел-прототип включает в себя высоковольтный стеклянный изолятор с четырьмя контактами, выполненными в форме втулок, к которым крепятся катод и нагреватель катода.
В качестве катода используется таблетка лантана гексаборида (LaB6), закрепленная вольфрамовым стопорным кольцом в обойме из молибдена.
Нагреватель катода представляет собой миниатюрную вольфрамовую спираль, закрепленную в молибденовом цилиндрическом корпусе через керамическую изоляционную шайбу.
Прототип имеет следующие недостатки, обусловленные его конструкцией. 1) Стекло, из которого сделан изолятор катодного узла, является хрупким материалом и при монтаже стеклянный изолятор может быть легко поврежден.
2) Вокруг нагревателя катода формируется зона высокого нагрева, порядка 2500 С.При этом места стыка стеклянного изолятора и контактов подвергаются неравномерному нагреву, что приводит к постепенному разрушению стеклянного изолятора.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании катодного узла ЭЛП, характеризующегося повышенной надежностью, увеличенным ресурсом эксплуатации, а также повышенной технологичностью конструкции и повышенной точностью изготовления.
Указанный технический результат достигается в конструкции катодного узла ЭЛП, включающей в себя, по меньшей мере, наружную металлическую обойму, высоковольтный изолятор, центральный контакт и контакты, выполненные в форме втулок.
Указанный результат достигается тем, что высоковольтный изолятор выполнен из вакуум-плотной керамики, а между контактами размещены вставки из вакуум-плотной керамики, выполненные в форме втулок.
При этом в качестве материала для изготовления высоковольтного изолятора и вставок в наилучше варианте реализации полезной модели может быть использована корундовая вакуум-плотная керамика.
При этом высоковольтный изолятор и вставки из вакуум-плотной керамики могут быть снабжены металлизированными площадками, расположенными на торцевых поверхностях.
При этом смежные детали катодного узла могут быть соединены между собой через металлизированные площадки пайкой.
При этом металлизированные площадки могут быть расположены в части катодного узла, удаленной от места подключения нагревателя катода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На Фиг.1 изображена конструкция катодного узла ЭЛП из вакуум-плотной керамики в разрезе;
На Фиг.2 изображена конструкция катодного узла-прототипа из патента RU 38081 U1.
Позициями на Фиг.1 обозначены:
1 - наружная металлическая обойма;
2 - высоковольтный изолятор;
3 - вставки из вакуум-плотной керамики;
4 - контакты в форме втулок;
5 - центральный контакт;
6 - место пайки.
Полезная модель может быть успешно реализована в конструкции катодного узла ЭЛП, включающего в себя, по меньшей мере (см. Фиг.1), наружную металлическую обойму 1, высоковольтный изолятор 2, контакты 4, выполненные в форме втулок, и центральный контакт 5.
Для реализации полезной модели в конструкции отклоняющей системы ЭЛП выполнены следующие изменения.
Высоковольтный изолятор 2 выполнен из вакуум-плотной керамики.
Между контактами 4, 5 размещены вставки 3 из вакуум-плотной керамики, выполненные в форме втулок.
В качестве материала вакуум-плотной керамики в наилучшем варианте реализации полезной модели выбрана корундовая вакуум-плотная керамика.
Корундовая вакуум-плотная керамика по своим техническим характеристикам превосходит стекло, обладая хорошими прочностными, диэлектрическими и химическими свойствами. Имея высокую теплопроводность, она способна выдерживать большие разности температур и многократные термические удары. Кроме этого, вакуум-плотная корундовая керамика обладает низкой газопроницаемостью, низкой упругостью паров и низким коэффициентом газовыделения при больших температурах в среде высокого вакуума.
Следует отметить, что в качестве материала вакуум-плотной керамики может быть выбран и другой материал с аналогичными свойствами.
Высоковольтный изолятор 2 и вставки 3 из вакуум-плотной керамики в наилучшем варианте реализации полезной модели могут быть снабжены металлизированными площадками, расположенными на торцевых поверхностях.
Смежные детали катодного узла при этом соединяют между собой через металлизированные площадки пайкой.
Места соединения контактов с металлизированными площадками керамических вставок в наилучшем варианте реализации полезной модели выведены из зоны нагрева катода (см. Фиг.1) в зону охлаждения и расположены в части катодного узла, удаленной от места подключения нагревателя катода. Это позволяет снизить тепловые нагрузки на них, повысить надежность узла в эксплуатации и увеличить рабочую температуру нагрева катода.
Металлизированные площадки могут быть выполнены двухслойными. Первый слой представляет собой молибдено-марганцевое покрытие. Второй слой выполнен из никеля, который наносят гальваническим методом.
В качестве припоя могут быть использованы пластины меди или медно-серебрянной эвтектики.
Изменение конструкции катодного узла повлекло за собой радикальное изменение технологии изготовления катодного узла.
Сборку конструкции начинают с наружной металлической обоймы 1, которая является базовой основой конструктивных размеров для контактов узла. Наружная обойма 1 и контакты катодного узла сделаны из ковара 29НК. На место пайки обоймы размещают припой, и сверху на него устанавливают изолятор 2 из вакуум-плотной керамики, металлизированной поверхностью направленной к припою.
Последующую сборку узла проводят аналогично, чередуя контакты 4, выполненные в форме втулок, с вакуум-плотными керамическими вставками 3. Затем устанавливают центральный контакт 5.
После этого, при помощи винтового пресса полученную сборку стягивают с усилием, обеспечивающим надежный контакт в местах будущей пайки. Пайку контактов с металлизированными площадками изолятора и вставок проводят одновременно в печах под вакуумом или в среде инертных газов.
Готовый узел обрабатывают на токарном станке путем выполнения проточки и торцовки всех посадочных мест на контактах 4.
К контактам 4 узла присоединяют нагреватель катода и катод (на Фиг.1 не показаны)
Замена стекла на вакуум-плотную корундовую керамику при производстве катодных изоляторов позволила упростить технологии производства. При этом стало возможным проводить контроль качества деталей узла как в процессе их производства, так и при пайке.
Катодный узел работает традиционным образом. Подают напряжение питания на соответствующие контакты нагревателя катода. Электрический ток, протекая через миниатюрную вольфрамовую спираль нагревателя катода, нагревает ее и разогревает материал катода до высоких температур. Затем подают управляющее напряжение на анод катодной пушки, фокусирующую и отклоняющую катушки, благодаря чему возникает и формируется электронный луч.