УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ЗОНЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАЩИТНОЙ ТРУБЧАТОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ ЛЕЙКОСАПФИРА ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ С ЦЕЗИЕВЫМ НАПОЛНЕНИЕМ

Устройство для формирования локальной зоны для нанесения металлического покрытия на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки из лейкосапфира газоразрядной лампы с цезиевым наполнением
Полезная модель относится к области технических средств нанесения металлического покрытия с применением маски и может быть использована для формирования локальной зоны нанесения металлического покрытия на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки из лейкосапфира при изготовлении газоразрядных ламп с цезиевым наполнением.
Газоразрядная лампа (ГРЛ) с цезиевым наполнением предназначена для использования в качестве излучающего элемента в составе бортовой станции активных помех в виде модулированного по амплитуде инфракрасного (ИК) излучения для защиты летательного аппарата от управляемых ракет с ИК головками самонаведения (ГСН). Одной из основных характеристик такой ГРЛ, с учетом ее аппаратурного назначения, является пиковая сила излучения в спектральном диапазоне чувствительности ИК ГСН (3,5-5,0 мкм), величина которой должна существенно (не менее, чем в 10 раз) превышать собственное тепловое (ИК) излучение защищаемого летательного аппарата при заданной величине глубины модуляции генерируемого ГРЛ ИК излучения [1]. Выполнение указанного требования обеспечивается, во-первых, путем выбора оптимального состава плазмообразующей среды ГРЛ, в которой происходит электрический разряд, и, во-вторых, использованием ограничивающей разряд оболочки из прозрачного в заданной области оптического спектра материала. Известно, что ИК излучение в спектральном 3
соосно с образованием заполненного неоном кольцевого зазора во внешней (т.н. защитной) прямой трубчатой оболочке из лейкосапфира, на противоположных концах которой посредством охватывающего спая установлены токоподводы [3]. Такая конструкция ГРЛ с цезиевым наполнением обеспечивает возможность существенного снижения величины немодулированной составляющей генерируемого ГРЛ ИК излучения при фиксированной величине модулированной составляющей за счет принудительного охлаждения разрядной оболочки путем формирования воздушного потока вдоль наружной поверхности защитной оболочки. Совершенно очевидно, что с учетом аппаратурного назначения ГРЛ с цезиевым наполнением выполненное посредством охватывающего спая неразъемное соединение защитной трубчатой оболочки из лейкосапфира с входящим в состав токоподвода герметизирующим элементом, выполненным из металла, должно обладать достаточной механической прочностью и высокой вакуумной плотностью. В самом общем случае такой спай может быть выполнен на основе стеклоэмали или на основе твердого металлического припоя. Однако, спай на основе стеклоэмали неприемлем, поскольку он не обладает достаточной механической прочностью при эксплуатации ГРЛ в условиях повышенных виброударных нагрузок, а спай, выполненный на основе твердого металлического припоя не обладает высокой степенью воспроизводимости, поскольку такой припой в состоянии расплава плохо смачивает лейкосапфир [4].
Известная ГРЛ [5] с цезиевым наполнением, снабженная двумя оболочками из лейкосапфира, каждый из токоподводов которой содержит герметизирующий элемент, спай которого с защитной оболочкой из лейкосапфира выполнен охватывающим, причем защитная трубчатая оболочка в зоне спая снабжена металлическим покрытием из титана, толщина которого составляет от 10 до 35 мкм, а в качестве припоя использована медь. Следует отметить, что сам принцип использования 4
предварительной металлизации с применением тугоплавких металлов, подготавливающих одну из сочленяемых посредством спая деталей с использованием твердого металлического припоя, достаточно хорошо известен [6], однако такой прием применительно к цезиевым лампам с двумя лейкосапфировыми оболочками используется впервые.
Нанесение металлического покрытия на защитную трубчатую оболочку из лейкосапфира может быть осуществлено одним из известных способов, например, за счет дугового напыления в вакууме или распылением металлов ионной бомбардировкой [7, 8]. Такой способ выполнения покрытия обеспечивает, во-первых, хорошую адгезию титана к лейкосапфиру, что фактически обеспечивает герметичность соединения на границе «титан-лейкосапфир», а, во-вторых, формирование равномерного по толщине слоя титана.
Таким образом, необходимость выполнения подобной операции при изготовлении ГРЛ с двумя оболочками из лейкосапфира не вызывает сомнения, но ее практическая реализация требует разработки специального устройства, поскольку применительно к конструкции ГРЛ, снабженной двумя лейкосапфировыми оболочками, такая операция используется впервые [5]. Как следует из работы [9] существующие в настоящее время установки периодического действия для нанесения металлического покрытия легко адаптируются к изменению технологии, т.к. принцип их конструирования основан на использовании базовых моделей, включающих в себя разрядную камеру, вакуумную систему и источник нанесения покрытия (формирователь плазменного потока), а устройства для закрепления изделия, на которое наносится покрытие, выполненное с возможностью перемещения относительно плазменного потока (например, вращения), и другие функциональные элементы конструируются исходя из требований к конкретному изделию. Один из известных методов образования заданного рельефа металлического покрытия заключается в осуществлении нанесения 5
(напыления) покрытия через маску, геометрия которой обеспечивает требуемую конфигурацию покрытия в заданной зоне формообразующей поверхности подлежащего обработке изделия.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в обеспечении формирования локальной зоны нанесения металлического покрытия на наружной поверхности трубы из лейкосапфира, предназначенной для использования в качестве защитной оболочки ГРЛ с цезиевым наполнением, геометрия и место расположения которой соответствует зоне спая оболочки из лейкосапфира с герметизирующим элементом каждого из токоподводов.
Технический результат заключается в высокой степени воспроизводимости операции по нанесению металлического покрытия и увеличении, соответственно, процента выхода годных при серийном производстве ГРЛ с цезиевым наполнением, предназначенных для использования в составе бортовой станции активных помех для защиты летательного аппарата от управляемых ракет с ИК ГСН.
Принимая во внимание, что с учетом назначения аналоги заявляемого устройства неизвестны, формула полезной модели составлена без выделения отличительной части.
Заявляемое устройство для формирования локальной зоны для нанесения металлического покрытия на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки из лейкосапфира ГРЛ с цезиевым наполнением содержит вертикально установленный с возможностью вращения вокруг своей оси металлической стержневой держатель, предназначенный для размещения на нем упомянутой оболочки с примыканием внутренней ее части к наружной поверхности держателя, маску, соосную с держателем и состоящую из полого металлического цилиндра и металлического диска, расположенных соответственно на держателе у противоположных концов упомянутой оболочки, при этом на конце держателя, на котором расположен 6
полый цилиндр маски, выполнена кольцевая ступень, а упомянутый цилиндр маски с внутренней стороны имеет кольцевую ступень и закреплен на держателе с примыканием одной стороны ступеньки к кольцевой ступени держателя, а другой - к оболочке, а металлический диск выполнен со сквозным отверстием, в котором жестко закреплен держатель оболочки посредством фиксирующего элемента, и с кольцевой ступенью на торцевой поверхности со стороны примыкания к нему наружной поверхности упомянутой оболочки, при этом обращенные друг к другу торцы диска и цилиндра расположены на расстоянии, соответствующем заданной длине зоны нанесения металлического покрытия на наружной поверхности упомянутой оболочки, высота «Н» кольцевой ступени диска маски в зоне примыкания к наружной поверхности оболочки составляет , где δ и R - толщина стенки и наружный радиус оболочки, а полый цилиндр маски выполнен длиной, выбранной из условия обеспечения экранирования упомянутой оболочки за исключением зоны нанесения на нее покрытия.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение заявляемого устройства. Устройство для формирования локальной зоны для нанесения металлического покрытия на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки из лейкосапфира ГРЛ с цезиевым наполнением состоит из держателя 1 подлежащего обработке изделия 2, маски в составе деталей 3 и 4 и фиксирующего элемента 5. Очевидно, что геометрия изделия, подлежащего обработке путем нанесения металлического покрытия, является основным фактором, определяющим конструкцию устройства для обеспечения этой операции. В данном случае подлежащим обработке изделием 2 является прямая трубчатая оболочка из лейкосапфира. Соответственно, держатель 1 оболочки 2 представляет собой установленный вертикально с возможностью вращения вокруг своей оси металлический стержень, диаметр которого в 7
зоне установки оболочки 2 соответствует ее внутреннему диаметру. Вне зоны установки оболочки 2 держатель 1 снабжен кольцевой ступенью, диаметр торцевой поверхности 6 которой превышает диаметр держателя 1 в зоне установки оболочки 2. Деталь 3 маски выполнена в виде полого металлического цилиндра, внутренняя поверхность которого снабжена кольцевой ступенью, одна сторона 7 которой примыкает к торцу оболочки 2, а другая сторона 8 примыкает к торцевой поверхности 6 кольцевой ступени держателя 1. Деталь 4 маски выполнена в виде металлического диска со сквозным осевым отверстием, диаметр которого соответствует диаметру держателя 1 в зоне установки оболочки 2. Торцевая поверхность детали 4, обращенная в сторону торца оболочки 2, снабжена кольцевой ступенью, внутренняя поверхность 9 которой примыкает к наружной поверхности оболочки 2, а торцевая поверхность детали 4 вне зоны кольцевого выступа примыкает к торцу оболочки 2, оппозитному торцу оболочки 2, который примыкает к поверхности 7 кольцевого выступа детали 3. Оболочка 2, элемент 3 и элемент 4 маски жестко установлены на держателе 1 посредством фиксирующего элемента 5, который в данном конкретном случае выполнен в виде крепежного хомута.
Следует отметить, что, как следует из [6], надежность охватывающего спая существенно увеличивается при удалении зоны спая от торца прямой трубчатой оболочки на расстояние , где δ - толщина стенки оболочки, R - наружный радиус оболочки, µ - коэффициент Пуассона, характеризующий упругие свойства материала, из которого выполнена оболочка. Для лейкосапфира величина коэффициента Пуассона составляет 0,27-0,3 [10]. Именно поэтому высота «Н» кольцевой ступени детали 4 в зоне 9 примыкания к наружной поверхности защитной оболочки 2 составляет . Длина «L» детали 3 маски выбрана исходя из условия 8
экранирования наружной поверхности защитной оболочки 2 за исключением локальной зоны нанесения металлического покрытия со стороны одного из концов оболочки 2 между торцом детали 3 и торцом кольцевой ступени детали 4.
Предлагаемая конструкция дает возможность эксплуатации заявляемого устройства в качестве съемного и повторно используемого приспособления, обеспечивая высокую степень воспроизводимости операции по нанесению металлического покрытия на защитную оболочку 2 ГРЛ с цезиевым наполнением, что, соответственно, обеспечивает гарантированно высокий процент выхода годных при серийном производстве ГРЛ с цезиевым наполнением.
Предлагаемое устройство разработано для серийного производства с использованием типовых технологий и стандартного оборудования.
Литература:
1. Самодергин В.А. Исследование и разработка энергоизлучающих систем активных помех инфракрасным головкам самонаведения с оптимальными энергетическими характеристиками: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 1988.
2. Прикладная физика, 2009, №1, с. 53-58.
3. Светотехника, 2008, №2, с. 12-18.
4. Гавриш С.В. Разработка и использование импульсного источника инфракрасного излучения в парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005.
5. Патент на ПМ №121649, 27.10.2012 Бюл. №30.
6. Батыгин В.Н., Метелкин Н.И., Решетников А.Н. Вакуумно-плотная керамика и ее спаи с металлом, М.: Энергия, 1973.
9
7. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология, оборудование, М: Металлургия, 1992.
8. Кузмичев А.И. Магнетронные распылительные системы, Киев: Аверс, 2003.
9. Технологии в электронной промышленности, 2007, №3, с. 76-80.
10. Добровинская Е.В., Литвинов Л.А., Пищик В.В. Энциклопедия сапфира, Харьков: Институт монокристаллов, 2004.