книги из ГПНТБ / Варламов В.А. Сборочные операции в электровакуумном производстве учеб. пособие

и т. д.). По мере работы едкий натр, поглощая влагу, расплывает­ ся и закрывает каналы для прохода азота.

Фосфорный ангидрид (в отличие от щелочей и хлористого каль­ ция) обладает малой влагоемкостью при большом содержании па­ ров воды в азоте и быстро насыщается влагой. Однако фосфорный ангидрид интенсивно улавливает пары воды при их малом содер­ жании в азоте и может почти полностью очистить азот от паров воды, т. е. обеспечивает так называемую глубокую или тонкую * очистку азота. Поэтому влажный азот сначала предварительно осу­ шают щелочью (или хлористым кальцием), а затем подвергают окончательной (финишной) осушке фосфорным ангидридом.

Силикагель Si02-H20 имеет пористое строение с широко разви­ той внутренней поверхностью, позволяющей ему активно сорбиро­

воздухом. Горячий азот или воздух нагревает силикагель, удаляет с его поверхности пары воды и восстанавливает его первоначаль­ ную влагопоглощающую способность.

Преимущества силикагеля; химически нейтралей, механически прочен при переменах температур, безопасен в обращении, не рас­ плывается при насыщении водой, может служить несколько лет, дешев.

Влагопоглощающая способность любого осушителя возрастает с увеличением площади его поверхности. Эффективность осушки можно повысить путем увеличения высоты слоя, уменьшения скоро­ сти движения осушаемого газа и снижения его температуры. Сле­ дует учитывать, что все осушители хорошо поглощают пары воды только из холодного азота. Это обусловливается тем, что процессы сорбции, благодаря которым происходит влагопоглощение, проте­ кают тем интенсивней, чем ниже температура твердого сорбента

(см. стр. 244).

Очистка азота от кислорода производится с помощью металли­ ческой меди, нагретой до 300—350° С (обычно применяется губча­ тая медь **, стружки или обрезки медной проволоки)

2Си + 0 2 2СиО

*Парциальное давление водяных паров над фосфорным ангидридом не пре­ вышает 3-10-8 мм рт. ст.

**Губчатая медь получается в виде слабо спекшейся массы розового цвета

ссильно развитой поверхностью — путем восстановления водородом окиси меди.

200

тивным поглотителем кислорода.

Образующийся при регенерации водяной пар вместе с избытком водорода выпускается через кран на воздух. Прекращение выделе­ ния водяного пара служит признаком полного восстановления меди и пригодности ее к дальнейшему использованию.

От углекислого газа азот очищается обычно кусковой щелочью и прокаленной гранулированной натровой известью Na20 + + Са(ОН)2.

Очистка газа от органических соединений может производиться пропусканием газа:

1) через окисленную медь, нагретую до 650—750° С

4СиО 4- СН4 = 4Си 4- С 02 -f- 2Н30

Органическое

загрязнение

(однако при этом методе образуются пары воды и углекислый газ, которые уносятся вместе с очищенным азотом);

2) через печь с керамическими кольцами; пропитанными метал­ лическим палладием.

§57. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКА ПРИ ЗАВАРКЕ ПРИБОРОВ

Заварка приборов всегда сопровождается неизбежным нагре­ вом деталей внутренней арматуры, что может привести к окислению деталей, близко расположенных к месту заварки и контактирую­ щих с воздухом и продуктами сгорания газа.

Окисление деталей внутренней арматуры прибора наиболее ве­ роятно при отжиге заваренной стеклооболочки. Это обусловливает­ ся тем, что за время переноса заваренной колбы с заварочного стан­ ка в печь отжига происходит частичное охлаждение газовой среды, находящейся внутри стеклооболочки. При охлаждении газа он уменьшается в объеме и перестает заполнять весь объем стеклообо­ лочки — это приводит к подсосу холодного влажного атмосферного воздуха внутрь заваренного прибора. Внутри прибора создается окислительная среда (несмотря на то, что во время подогрева и за­ варки прибора поддувался нейтральный газ). Окислительные газы при высокой температуре отжига вступают в химическое взаимодей­ ствие с деталями арматуры. Поэтому в процессе отжига необходимо поддувать внутрь стеклооболочки под значительным давлением на­ гретый нейтральный газ (азот или углекислый газ) или восстанови­ тельный формир-газ (смесь азота с водородом). Однако примене­

* Расход водорода (~ 0 ,1—0,2 м3/ч) контролируют ротаметром.

201

ние при заварке и отжиге водорода или смеси водорода с азотом менее целесообразно, чем чистого азота. Водород может восстанав­ ливать окислы на выводах ножки — это приводит к нарушению герметичности спаев выводов со стеклом ножки и соответственно к медленному натеканию.

Окисление особенно недопустимо для электродов, которые в про­ цессе работы прибора подвергаются сильному нагреву. Окислы испаряются при меньшей температуре и с большой скоростью, чем чистые металлы, — это приводит к повышенному газовыделению при откачке и эксплуатации прибора. Кроме того, при электронной бом­ бардировке окисленных деталей происходит диссоциация окислов с образованием кислорода, который отравляет оксидный катод. Од­ нако наличие слабых окисных пленок на деталях, находящихся в приборах под отрицательными потенциалами * (например, на моду­ ляторе) , является даже желательным — окисленные детали меньше подвергаются катодному распылению (т. е. меньше испаряются при бомбардировке положительными ионами).

Интенсивность окисления деталей увеличивается с повышением температуры на операциях подогрева, заварки и особенно отжига стеклооболочек.

Одним из видов брака при заварке является перегрев катода. Необходимость снижения температуры катода при заварке ножки обусловливается тем, что при повышенных температурах катода (Скатола>400° С) и большой длительности нагрева происходит раз­ ложение и частичное сгорание связующего вещества (например, нитроклетчатки), а также начинается процесс разложения карбо­ натов бария, стронция и кальция. При этом над катодом образует­ ся окислительная газообразная среда, а в самом оксидном покры­ тии происходит отложение углерода. Эти окислительные газы могут

темнение оксидного покрытия и резкое ухудшение эмиссионных свойств катода. В случае перегрева оксидное покрытие катодов, вы­ резанных из заваренных приборов, имеет серый цвет и частично от­ слаивается от керна. Потемнение катода на заварке может быть вызвано также наличием на поверхности ножек тонких полимер изованных пленок минерального масла, которое попадает на них из сетевого воздуха или при разбрызгивании смазок деталями машин (например, при штамповке ножек). Поэтому необходима предва­ рительная тщательная промывка ножек приборов в хромовой смеси или в щелочных растворах.

При нагреве катода на заварке выше 500° С никелевый керн ка­ тода окисляется.

Нагрев катода и внутренней арматуры прибора при заварке происходит путем передачи им тепла от разогретых оболочки и ножки прибора. При этом чем большее время затрачивается на пе­ редачу тепла, тем сильнее разогреваются катод и детали. Поэтому

* Относительно катода.

202

уменьшение продолжительности предварительного нагрева, завар­ ки и отжига снижает вероятность нагрева катода и деталей до не­ допустимо высоких температур. Повышение термостойкости стекла и оптимальная настройка огней позволяют сократить технологиче­ ский цикл заварки и уменьшить перегрев деталей.

В процессе заварки и отжига могут протекать нижеуказанные физико-химические процессы, вызывающие ухудшение работы при­ бора.

1. Стекла, в состав которых входят окислы щелочных метал­

стекла оседают на внутренней арматуре прибора, окисляются в при­ сутствии кислорода и создают на электродах изоляционные и полу­ проводниковые пленки. На таких пленках возникают положитель­ ные заряды, которые изменяют эффективный потенциал электро­ дов прибора. Это приводит к увеличению разброса электрических параметров приборов и появлению брака по анодному току (осо­ бенно в ПУЛ и импульсных лампах). Кроме этого, при длительном хранении заваренных колб на воздухе (перед вакуумной обработ­ кой) продукты термического разложения стекла насыщаются вла­ гой, что резко повышает газовыделение деталей.

2. Бариево-литиевое стекло (С88-1) в процессе заварки при ра­ зогреве до размягчения (/ = 800—1000° С) выделяет фтор и фтори­ стые соединения типа BF3 и HF (обычно фтористые соединения спе­ циально добавляют в шихту для снижения температуры варки и осветления этого сорта стекла). Попадая в катод, фтор и фтори- ~стые соединения уменьшают температуру плавления оксидного слоя и образуют легколетучие соединения. Это вызывает спекание и рас­ трескивание оксидного покрытия, превращение его в стекловидный слой, имеющий большое количество дырок, отлипаний от керна к дефектов структуры. Поэтому ЭЛТ, горловины которых изготовля­ ли из бариево-литиевого стекла, имели массовый брак вида «мала эмиссия катода». .В настоящее время горловины и ножки ЭЛТ (или другие детали стеклооболочек в зависимости от вида прибора), ко­ торые в процессе заварки подвергаются нагреву до размягчения стекла, изготовляют обычно из стекла С93-1 *. Это стекло при на­ греве не выделяет фтора, хлора, серы и других агрессивных газов и имеет положительные физико-химические свойства: низкую тем­ пературу размягчения, сравнительно высокую термостойкость и хи­ мическую устойчивость, большую величину электрического сопро­ тивления (что позволяет избежать пробоев и утечек между выво­ дами электрода в ножке).

3. В процессе заварки пары воды, образующиеся при сгорании газа, могут сконденсироваться на холодных участках внутренней поверхности колбы, например на аквадаговом покрытии ЭЛТ. Это

* В особо ответственных дорогостоящих приборах оболочка, горловина и ножка изготовляется из стекла С52-1.

203

может происходить при недостаточной осушке и малом давлении азота, поддуваемого в оболочку, а также при неравномерном и не­ достаточном прогреве всей поверхности оболочки прибора. Вода при высокой температуре вступает в химическое взаимодействие с жидким стеклом, служащим связующим веществом в покрытии

K2Si03+ Н 20 -> 2К О Н + Si02

Образующаяся щелочь поглощает из воздуха углекислый газ, что приводит к появлению на аквадаговом покрытии матового налета углекислого калия — «посарение» аквадагового покрытия.

4.Стеклянные заготовки должны доставляться к заварочным станкам в совершенно сухом виде, иначе детали внутренней арма­ туры окисляются и уменьшается эффективность газопоглотителя. Влажные колбы и ножки трескаются на огнях. На заварочных ав­ томатах, снабженных механизмом автоматической загрузки колб, иногда производят дополнительную горячую сушку колб на кон­ вейере, доставляющем колбы к позиции загрузки.

Для предупреждения попадания влаги внутрь заваренной обо­ лочки во время ее хранения перед вакуумной обработкой (ввиду конденсации паров воды из атмосферы при резких колебаниях тем­ пературы в помещении) рекомендуется на штенгели заваренных приборов надевать мешочки с силикагелем.

5.Брак заварки вида «кривое горло» является результатом разностенности колбы. Разностенные колбы неравномерно нагреваются огнями горелки, при этом участки с тонкой стенкой быстрее раз­ мягчаются и раньше привариваются к тарелке ножки по сравнению

столстостенными участками. Горло на тонкостенном участке полу­ чается длинным, а на толстостенном участке — коротким. Для по­ лучения симметричных горловин приборов необходимо, чтобы разностенность в колбе не превышала 0,2 мм.

6.Обгорание платинита, служащего материалом электродов для ножек, приводит к образованию вдоль платинита капиллярных ка­

налов или обрыву платинитовых выводов — это вызывает натека­ ние или повышенную газность приборов после откачки.

7. Основными причинами брака вида «треск на заварке» явля­ ются:

разрушение заварочного шва из-за больших остаточных терми­ ческих или коэффициентных напряжений;

неправильное расположение или неравномерная намотка спира­ лей в печах электрического подогрева или отжига стеклооболочек; отклонение в режимах подогрева баллонов и ножек перед за­

варкой; несоответствие внутреннего диаметра баллонов и размеров слю­

дяных пластин ПУЛ (тугая посадка слюдяных пластин в баллон), при этом трещины возникают вдоль баллона против опорных вы­ ступов слюдяных пластин.

8. При длительной выдержке стекла в размягченном состоянии (например, при заварке больших и сложных ЭВП) может проис­ ходить расстекловьгвание — кристаллизация стекла. Раестекловыва-

204

одношшшдельный вертикально-заварочный станок с вращаю­ щимися горелками и неподвижным шпинделем (рис. 135);

одношпиндельный горизонтально-заварочный станок (рис. 136). Для управления процессами заварки заварочные станки содер­

жат:

ся сильному перегреву пламенем го­ релок и соответственно не пережигаются и не становятся хрупки­ ми. Кроме того, в этом случае большая часть ножки экранирована от огня, что препятствует деформации спаев в ножке (рис. 137, б);

3)выводы размещаются в специально просверленных отверстиях

{рис. 137, б). Такая конструкция свечи применяется для заварки ножек с жесткими выводами. В этой конструкции в результате строгой фиксации выводов .и хорошего отвода тепла от спаев пре­ дотвращается их деформация.

В любой из указанных конструкций непосредственно через от­ верстие в свече производят поддувку в оболочку азота или другого нейтрального газа (для этого используют трубопровод 1 и клапан 3,

см. рис. 134).

206

Ввиду различия в КТР стекла ножки и материала наконечника свечи тарелочка ножки прибора может растрескиваться. Поэтому в последнее время рекомендуется применять наконечники квадрат­ ного свечения, так как уменьшается площадь соприкосновения таре­ лочки ножки и свечи.

Рис. 136. Одношпиидельный горизонтально­ заварочный станок:

1 — станина, 2 — привод, 3 — неподвижная бабка,

4 — шпиндель, 5 — суппорт, 6 — патроны с тремя кулачками, 7 — подвижная бабка, 5 — газораспре­

делительная система

В патроне станка закрепляют баллон прибора. В то время как ножка и баллон прибора синхронно вращаются, горелки 2 остаются неподвижными. Вращение стеклянных деталей обеспечивает равно­ мерность разогрева шва. Скорость вращения выбирают с таким расчетом, чтобы каждый элемент детали, выйдя из зоны обогрева и совершив полный оборот, не только не успевал остыть, но с каж­ дым оборотом увеличивал температуру. Поэтому путем увеличения

Рис. 137. Конструкции свечей, применяемых при заварке ножек:

1 — горло, 2 — ножка, 3 — свеча

207

количества горелок можно снизить оптимальную скорость враще­ ния свариваемых узлов, необходимую для получения качественного спая. Число оборотов изделия в минуту должно соответствовать ли­ нейной скорости на его поверхности, равной при заварке примерно 5—6 м/мин. При этом оптимальная скорость вращения заварочных гнезд тем выше, чем меньше диаметр горловин колб. Обычно зава­ рочные гнезда вращаются со скоростью 70—100 об/мин. При боль­ шей скорости изнашивается втулка, в которой вращается вал зава­ рочного гнезда, сбиваются огни стойками, к которым прикреплены шаблоны; в дальнейшем это приводит к браку вида «кривое горло». На станке обычно устанавливается 2—3 блока горелок с острым пламенем; их можно перемещать в вертикальном положении, что дает возможность прогревать широкую зону. Для постепенного по­ вышения температуры в начале заварки и постепенного снижения в конце (т. е. для создания мягкого пламени, предотвращающего возникновение сильных напряжений при затвердевании шва) часто устанавливают дополнительную отдельную горелку. Такие станки обычно применяют для заварки ПУЛ и нормально-осветительных ламп.

Патроны и свечи должны синхронно вращаться вокруг общей оси. Если синхронность вращения нарушается, то при размягчении стекла шов смещается (скручивается), а также может появиться сквозное отверстие в заварочном шве. Несоосность держателя кол­ бы и свечи не должна превышать 0,3 мм, а радиальное биение све­ чи должно быть не более 0,1 мм.

Станки, в которых ножки и баллоны в процессе заварки ос­ таются неподвижными, а вращаются горелки (см. рис. 135), обычно применяют для заварки крупногабаритных приборов. Это связано с тем, что вращение крупногабаритного прибора может вызвать сме­ щение его деталей и нарушить юстировку системы электродов.

Полуавтоматические установки для заварки приборов

В последнее время широкое применение нашли многошпиндель­ ные полуавтоматы заварки ПУЛ, генераторных ламп, ЭЛТ.

Следует учесть, что при работе на заварочных полуавтоматах протекают те же физико-химические процессы, что и при выполне­ нии соответствующих операций на стационарном оборудовании. По­ этому при работе на полуавтоматическом оборудовании в принципе следует руководствоваться теми же рекомендациями и правилами, которые были описаны при рассмотрении процессов подогрева, за­ варки, отжига на стационарном оборудовании.

Карусельные заварочные машины имеют привод, огневое осна­ щение, карусель, шпиндель с заварочными гнездами, механизм включения вращения шпинделей на позициях загрузки и выгрузки.

Заварочные гнезда состоят из держателя ножки — свечи и дер­ жателя колбы — шаблона. В шаблоне обычно сделаны металличе­ ские опорные выступы, придерживающие колбу по минимальной

208

поверхности соприкосновения. Опорные выступы снабжены нетеплопроводными вкладышами из слюды, уменьшающими отдачу тепла от шаблона к колбам и соответственно предотвращающими пере­ грев и растрескивание колб.

Рис. 138. Кинематическая схема 24-шпиндельного полуавтомата для за­ варки пальчиковых приемно-усилительных ламп

Огневое оснащение полуавтоматических установок заварки, слу­ жащее для предварительного разогрева, размягчения стекла, про­ варивания шва, обрезания юбочки, постепенного охлаждения шва, выполняется в виде системы огней, регулируемых как количествен­ но, так и качественно. Количественная регулировка определяется установкой двух, трех или четырех односторонних или двусторонних одноотверстных горелок.