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

Источниками загрязнений могут быть всевозможные смазоч­ ные материалы, руки работающих и их одежда, окружающий воз­ дух. На детали попадают эмульсионные составы, жиры, пот, кожное сало, ворсинки и пыль. Все эти загрязнения отрицательно влияют на работу приборов.

Ворсинки, пылинки, частицы металла и другие посторонние ча­ стицы могут вызвать короткие замыкания между электродам«.

Налеты и различные химические соединения на поверхности де­ талей могут привести к ухудшению изоляционных свойств изоля­ торов; разложение загрязнений при нагреве опасно возможностью изменения вакуума и состава газов в баллоне, может быть причи­ ной отравления катодов.

Поэтому в электровакуумном производстве придается большое значение очистке поверхности деталей.

В зависимости от вида загрязнений и особенностей деталей и узлов очистка может производиться различными способами: меха­ ническим, обезжириванием, промывкой, травлением, а также на­ гревом в вакууме или водороде, т. е. отжигом.

Механические способы очистки

Механические способы применяют для снятия заусенцев, удале­ ния загрязнений, а также для придания поверхности особых свойств, чаще всего перед нанесением покрытий. Механические спо­ собы очистки различны'.

Шлифование войлочными кругами, покрытыми абразивом, при­ меняют очень редко, несколько чаще используют полирование мик­ ропорошками или пастами (с помощью тканей, войлока, фетра, зам­ ши, кожи).

Весьма часто используют галтовку — процесс обработки мелких деталей во вращающихся барабанах или ваннах, в которые вместе с деталями могут загружаться наполнители (абразивы, опилки, от­ ходы кожи), иногда добавляют жидкость (раствор кислоты, щело­ чи, мыльную воду). Скорость вращения барабанов около 50—60 об/мин. В последнее время часто используют виброгалтовку, т. е. галтовку в барабанах, вибрирующих с частотой 50—400 гц, главным образом для самых мелких деталей.

Очень эффективной, особенно для корпусных деталей, ленты, оказывается в ряде случаев пескоструйная обработка, заключаю­ щаяся в обдуве поверхности сжатым воздухом, несущим твердые частицы, например кварцевый песок, алундовую крошку, карборун­ довый порошок, стальные опилки.

Для очистки от дефектных покрытий, окислов, заусенцев часто применяют крацовку — обработку быстровращающимися дисковы­ ми щетками из металлической проволоки или капрона. Крацовка может быть сухой или же с подачей жидкостей — содового рас­ твора, мыльной воды и т. п.

40

О безж иривание

Обезжиривание — очистка поверхности деталей от жиромасля­ ных загрязнений. В зависимости от особенностей смазочных мате­ риалов, использовавшихся при изготовлении деталей, обезжирива­ ние проводят:

ворганических растворителях — трихлорэтилене, бензине, че­ тыреххлористом углероде (очистка от машинного и минерального масла);

вщелочах (очистка от растительных и животных жиров, эмуль­ сионных составов).

Наибольшее распространение в качестве органического раство­ рителя получил трихлорэтилен. Он хорошо растворяет большинство смазок и других органических соединений, не вступает в химиче­

ское взаимодействие с наиболее распространенными металлами, не воспламеняется. Однако при его разложении выделяется ядовитый газ — фосген, поэтому работа с трихлорэтиленом требует соблюде­ ния мер предосторожности.

Для обезжиривания в трихлорэтилене имеются специальные установки. Такая установка имеет три ванны с различным уровнем жидкости. В третью ванну подают чистый трихлорэтилен, который постепенно обновляет ее состав, излишек его стекает во вторую ванну, а из нее в первую. Для подогрева трихлорэтилена в каждой ванне смонтирован подогреватель. Детали закладывают в металли­ ческие корзины, которые поочередно погружают сначала в первую, затем во вторую и, наконец, в третью ванну. Промытые детали просушивают в специальном помещении до исчезновения запаха трихлорэтилена.

Обезжиривание в щелочах основано на образовании при взаимо­ действии щелочей с маслами животного, растительного и минераль­ ного происхождения легко растворимых в воде веществ. Различают химическое и электрохимическое обезжиривание в щелочах.

Химическое обезжиривание проходят детали, при изготовлении которых применялись эмульсии и мыльные составы. При этом де­ тали последовательно погружают в растворы жидкого стекла и ед­ кого натра.

Электрохимический способ применяют при очистке деталей пе­ ред гальваническим покрытием. Очищаемые детали служат като­ дом, а никелевые пластины — анодом. Процесс происходит в рас­ творе едкого натрия, углекислого натрия или калия. Выделяющийся на поверхности деталей водород эмульгирует жиры и масла (умень­ шает силы сцепления между частицами) и отрывает их от поверх­ ности.

Для повышения эффективности обезжиривания часто применя­ ют возбуждение жидкости ультразвуковыми колебаниями.

Промывка деталей в воде и спирте

Вода является хорошим растворителем многих минеральных со­ лей. При промывке водой удаляются мыла и эмульсии, а иногда

41

и механические загрязнения. Детали, уложенные в лотки и кассеты, погружают последовательно в две-три ванны с нагретой дистилли­ рованной водой. Установки для промывки включают, кроме ванн, подогреватели воды, резервные баки, а также сушильные камеры. Для сокращения времени обработки (особенно для деталей слож­ ного профиля) и повышения ее качества применяют ультразвук.

Применение ультразвука не только обеспечивает эффективную очистку, но позволяет одновременно, с минимальной затратой време­ ни снять заусенцы с деталей или удалить запрессовываемые иногда при механической обработке смазки или другие механические за­ грязнения.

После промывки для быстрого удаления остатков воды (для предотвращения окисления и потеков) детали сразу обрабатывают этиловым спиртом, иногда ацетоном или метанолом в двух-трех ваннах.

Травление

Травлением называют удаление поверхностного слоя металла вместе с загрязнениями. Перед травлением детали необходимо обезжиривать.

Различают химическое и электрохимическое травление. Химическое травление производят погружением деталей в соот­

ветствующие растворы кислот, щелочей и солей, выдержкой их в те­ чение определенного времени и при определенной температуре. Вы­ бор раствора зависит от свойства материала, например, для воль­ фрама и молибдена используют расплавленную селитру, для желе­ з а — соляную и серную кислоты.

Процессы, происходящие при электрохимическом травлении,

аналогичны процессам электрохимического обезжиривания в щело­ чах, но в отличие от последних действуют не только на загрязнения, но и на поверхностный слой металла.

Электрохимическим травлением очищают проволоку, обрабаты­ вают внутренние поверхности стеклянных колб ламп и электронно­ лучевых трубок и, наконец, получают ровную, гладкую, блестящую поверхность с минимальной величиной микронеровностей (электро­ химическое полирование).

После травления необходимо тщательно промывать детали для удаления остатков травящих веществ. Промывка обычно осуществ­ ляется в горячей воде и спирте с последующей сушкой.

§15. ТЕРМИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Ктермическим операциям относятся предварительный нагрев перед обработкой, отжиг для снятия внутренних напряжений или улучшения структуры материалов и очистительный отжиг.

Например, предварительно нагревают металлические прутки пе­ ред ковкой или прокаткой, стеклянные детали перед штамповкой и заваркой.

42

Отжиг для снятия внутренних напряжений применяется при из­ готовлении стеклянных деталей, после штамповки металлических деталей из листа, для закрепления формы спиралей, для улучшения механических свойств сеток и т. п.

В производстве деталей электровакуумных приборов использу­ ют все виды очистительного отжига, выполняемого в большинстве случаев в специальной атмосфере или в вакууме. В зависимости от конкретных условий атмосфера может быть окислительной, ней­ тральной (защитной) или восстановительной. Часто применяют последовательно окислительный, а затем восстановительный отжиг.

Отжиг в вакууме относится к числу наиболее эффективных спо­ собов очистки. При нагревании металла в вакууме происходит раз­ ложение поверхностных загрязнений, удаление ранее поглощенных газов, а также при достаточно высокой температуре — газоотделение за счет диффузии из более глубоких слоев металла.

Весьма эффективен и отжиг в атмосфере чистого водорода, а также в смеси 20—30% водорода с 70—80% азота благодаря спо­ собности водорода восстанавливать окислы большинства металлов, диффундировать с большой скоростью в глубь их кристаллической решетки, вытесняя ряд других газов, и затем легко выделяться из деталей при -соответствующих условиях во время откачки.

Отжиг в вакууме является более длительным, чем в водороде, так как требует затрат времени на откачку, медленное разложение окислов и продолжительное охлаждение деталей. Поэтому в на­ стоящее время в вакууме отжигают металлы и сплавы, образующие

Для термической обработки в электровакуумном производстве применяют газовые и электрические печи. Газовые печи применяют, в основном, в металле- и стеклозаготовительных цехах; в данной книге они не рассматриваются. Чаще всего применяют электриче­ ские печисопротивления, в которых тепло выделяется при прохож­ дении тока через нагреватели, или индукционные, основанные на действии вихревых токов. В отдельных случаях осуществляют на­ грев электронным или световым лучом.

Из известных конструкций печей в основном используют колпаковые и муфельные, реже шахтные и камерные.

По принципу действия печи могут быть непрерывного и периоди­ ческого действия. Печь непрерывного действия работает в опреде­ ленном температурном режиме длительное время, детали загружа­ ют, выдерживают нужное время и выгружают. В печах периодиче­ ского действия детали загружают в холодную печь, печь разогре­ вают, выдерживают детали при заданной температуре, затем печь вместе с деталями остывает и детали выгружают. После этого цикл повторяется. Рассмотрим примеры конструкций колпаковых и му­ фельных печей.

43

Рабочая зона вакуумной колпаковой печи с индукционным на­ гревом (высокочастотной вакуумной печи) образована колпаком (рис. 27) из тугоплавкого стекла или кварца, помещаемым на плос­ кую (обычно металлическую) плиту. Место контакта колпака с пли­ той герметизируется резиной, вакуумной замазкой и т. п. Колпак подсоединен к откачной системе. После откачки воздуха из-под кол­ пака детали разогреваются токами высокой частоты. Для этого на колпак надевают (с зазором) индуктор — катушку, соединенную с генератором высокой частоты. Иногда индуктор размещают внут­ ри колпака.

и выхода водорода.

Колпаковые печи являются печами периодического действия. Цикл работы этих печей состоит из загрузки деталей, опускания колпака, откачки (или продувки водородом), включения нагревате­ лей и подъема температуры, выдержки при заданной температуре, выключения нагревателей и остывания, напуска воздуха (или про­ дувки воздухом), подъема колпака и выгрузки деталей. Длитель­ ность цикла ограничивает производительность печей периодическо­ го действия, поэтому термическая обработка в окислительной или защитной атмосфере проводится в колпаковых печах лишь в тех случаях, когда не допускается перемещать детали в нагретом со-

44

стоянии. В большинстве других случаев для обработки в окисли­ тельной или защитной атмосфере используют муфельные печи непрерывного действия.

I

Рис. 29. Муфельная водородная печь:.

1 — лоток с деталями, 2 — загрузочная камера, 3 — муфель, 4 — нагревательные эле­ менты, 5 —водяное охлаждение, 6'— выходная камера, 7 — транспортер

На рис. 29 показана муфельная печь непрерывного действия для отжига деталей в атмосфере водорода. Детали закладывают в ни­ келевые или молибденовые лодочки (лотки) 1, которые загружают через левую дверцу печи. Далее они продвигаются транспортером 7 и попадают сначала в зону предварительного нагрева, затем в ос­ новную, высокотемпературную зону и, наконец, в зону охлаждения. Нагревательные элементы печи 4 выполнены из нихромовой прово­ локи. Внутри печи создается незначительное избыточное давление водорода, препятствующее попаданию внутрь нее воздуха при от­ крывании дверцы. ~

Во избежание повторного загрязнения деталей после отжига они должны храниться в целлофановых пакетах, а в более ответст­ венных случаях — в вакуумных шкафах или запаянными в ампулы.

§ 16. НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Для придания поверхностям деталей необходимых физико-хими­ ческих свойств применяют различные покрытия. Так, для создания изоляции подогреватели защищают окисью алюминия, на поверх­ ность оксидных катодов наносят слой двойных или тройных карбо­ натов щелочноземельных металлов, на аноды наносят вещества, повышающие их излучательную способность, а на сетки — вещест­

45

в-a, снижающие их термоэмиссию, внутренние детали покрывают

Покрытия должны удовлетворять ряду требований по качеству структуры, шероховатости'поверхности, весу, толщине, равномерно­ сти распределения, .прочности.

Для получения покрытий хорошего качества обычно необходима тщательная подготовка поверхности изделия: механическая очист­ ка, шлифование, полирование (снятие очень тонкой стружки метал­ ла с помощью зерен абразивного материала), обезжиривание, трав­ ление.

Покрытия наносят различными методами: опрыскиванием, элек­ трофорезом, гальваническим методом, намазкой, горячей металли­ зацией, осаждением, вакуумным напылением, карбонизацией.

Опрыскивание применяют для нанесения лаков, эмалей и, глав­

(пульверизаторами), которые с помощью сжатого воздуха создают струю, состоящую из мелких капель. Покрытие распределяется рав­ номерно перемещением детали относительно струн или перемеще­ нием пульверизатора относительно неподвижных приспособлений с закрепленными в них деталями. Опрыскивание проводят в вытяж­ ной камере.

Способ опрыскивания дает возможность получить покрытия с широким диапазоном толщины, пористости, шероховатости, геомет­ рических размеров и веса, но отличается повышенным расходом ма­ териала (полезный расход около 2—3%).

Электрофорез основан на перемещении мельчайших твердых частиц, распределенных в жидкой среде и заряженных положитель­ но или отрицательно, при приложении извне электродвижущей си­ лы. Различают катафорез — перемещение к катоду и осаждение на нем положительно заряженных частиц и анафорез — перемещение к аноду и осаждение на нем отрицательно заряженных частиц.

Наибольшее применение в производстве получил метод катафо­ реза. Он используется для покрытия алундом подогревателей, эмис­ сионным составом кернов прямонакальных катодов, для нанесения газопоглощающих циркониевых и ториевых порошков на некото­ рые детали приборов.

Процесс электрофореза осуществляется обычно в алюминиевых ваннах, заполняемых составом для нанесения покрытий. Конструк­ ция ванны обеспечивает непрерывное перемешивание состава. Дета­ ли погружают в ванну и соединяют с одним из полюсов источника тока, напряжение противоположного знака подают на изолирован­ ный корпус ванны. При правильном выборе режима электрофорез позволяет получить высокое качество покрытий и является в на­ стоящее время одним из основных методов нанесения покрытий.

При гальваническом методе нанесения покрытий детали поме­ щают в электролит, содержащий ионы осаждаемого металла, и сое­ диняют с отрицательным полюсом источника тока. В качестве ано­

46

да используют пластины или прутки из того же металла (расхо­ дуемый анод) или из графита, золота, платины (нерасходуемый анод). Перед самым погружением деталей в ванну часто произво­ дят декапирование — снятие окислов в слабых растворах кислот.

Гальваническое по­ крытие наносят в ваннах барабанного, колоколь­ ного или стационарного типа. Для обработки в

бан из текстолита, бара­ бан закрывают, опускают в ванну и приводят во вращение, при этом не только осаждается по­ крытие, но детали также от взаимного трения по­ лируются.

Мелкие детали обраба­ тывают в ваннах коло­ кольного типа, представ­ ляющих собой наклонный вращающийся сосуд, внутри которого располо­ жен подвесной анод (рис. 30,6). Здесь детали также одновременно по­ лируются.

Детали больших раз­ меров обрабатывают в ваннах стационарного ти­ па, где они подвешивают­ ся на крючки (рис. 30, в). После нанесения гальва­ нического покрытия дета­ ли • обязательно промы­ вают и сушат.

Для нанесения покры­ тий на проволоку малого диаметра используют установки, представляю­ щие ряд последовательно расположенных ванн, че­

рез которые пропускают обрабатываемую проволоку, где осуществ­ ляются операции подготовки поверхности, нанесения покрытия, про­ мывки и сушки.

Наиболее распространенными гальваническими покрытиями яв­

47

ляются: никелирование, меднение, хромирование, серебрение, золо­ чение, покрытие платиной, черное хромирование, покрытие рением.

Намазка осуществляется вручную кисточкой или с помощью вспомогательного ролика (для проволоки или ленты). Ролик, ча­ стично погруженный в состав (суспензию), при вращении покры­ вает деталь составом.

Метод горячей металлизации состоит в покрытии проволоки очень тонким слоем металла путем протягивания ее через каплю расплавленного металла в атмосфере водорода или азота (формиргаза). Этим способом наносят покрытие из алюминия, бронзы, золо­ та и т. п. на проволоку из вольфрама, молибдена или никеля. Пред­ варительно проволоку тщательно очищают.

Методом осаждения наносят, в основном, люминофорные покры­ тия на экраны электроннолучевых трубок. В колбы заливают су­ спензию смеси люминофора, раствор силиката калия и коагулятора (вещества, способствующего закреплению люминофора на экране колбы). После выдержки в течение времени, достаточного для оседания и закрепления люминофора, оставшийся раствор сливают, а покрытие высушивают.

Вакуумное напыление применяют для нанесения весьма тонких пленок металлов (реже диэлектриков) на поверхности деталей, на­ пример экраны электроннолучевых трубок. В основном получило распространение термическое распыление, когда навеску металла (например, алюминия) помещают в тигель или в вольфрамовую спираль; при нагреве в вакууме металл распыляется и осаждается на поверхности деталей.

Карбонизация служит для увеличения коэффициента излучения (обычно никелевых деталей). Предварительно обезжиренные и окисленные детали или ленту нагревают до 800—900° С в атмосфере углеводорода (метана, бензола или бензина). При этом углеводо­ род разлагается, окись никеля восстанавливается, и на поверхности чистого никеля осаждается углерод. Избыток сажи, осаждающейся на поверхности, снимают затем пескоструйным способом или во вра­ щающихся барабанах.

Контрольные вопросы .

1.Назовите методы штамповки, используемые для изготовления деталей элек­ тровакуумных приборов. Расскажите о них.

2.Как изготовляют керны трубчатых катодов?

3.Как осуществляется электроискровая обработка?

4.Для каких операций применяют ультразвук? Что такое кавитация?

5.Как осуществляется навивка спиралей на непрерывный керн?

6.Расскажите об изготовлении бифилярных спиралей.

7.Как изготовляют витые сетки?

8.Перечислите операции, которым подвергают сетки после навивки.

9.Каковы способы намотки рамочных сеток?

10.Какие методы используют для изготовления стеклянных колб?

11.Как изготовляют гребешковые ножки?

12.Поясните назначение очистки поверхностей деталей электровакуумных

приборов.

13.Перечислите основные способы очистки поверхностей детален.

14.Какие виды термических операций вам известны?

15.Расскажите о назначении покрытий деталей электровакуумных приборов.

16.Назовите основные методы нанесения покрытий.

48

§ 17. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ. КОНТРОЛЬ В СБОРОЧНЫХ ЦЕХАХ

В производстве электровакуумных приборов по сравнению с не­ которыми другими отраслями промышленности увеличен удельный вес контрольных операций, который достигает 20% от общих затрат времени на изготовление прибора. Это объясняется тем, что:

во-первых, в связи с особенностями конструкции приборов, от­ дельных узлов и деталей очень часто оценка их качества представ­ ляет значительные трудности;

во-вторых, контроль качества многих деталей, узлов и приборов связан с разрушением контролируемого элемента (так называемый «разрушающий» контроль); в таких случаях применяют выбороч­ ный контроль;

в-третьих, возникает необходимость контролировать отдельные параметры многократно, учитывая их изменения под действием факторов, не известных еще специалистам; иногда требуется по­ вторно проверять детали после хранения.

На предприятиях, выпускающих электровакуумные приборы, действует единая система контроля качества, начиная с сырья и кончая готовой продукцией.

Основные задачи контроля выполняет отдел технического кон­ троля (ОТК). Работники ОТК, прикрепленные к отдельным произ­ водственным участкам, при оценке качества продукции не зависят от руководителей этих участков, а несут ответственность непосред­ ственно перед руководителями ОТК.

Кроме работников ОТК, к выполнению контрольных функций привлекаются работники цехов и участков. На некоторых участках, например на монтаже, выделяются специальные контролеры, осво­ божденные от выполнения технологических операций (их иногда называют браковщиками).

По месту проведения контроль делится на несколько видов.

Входной контроль поступающих на предприятие материалов и деталей должен предупреждать попадание в производство дефект­ ных материлов и деталей. Вероятность наличия дефектов опреде­ ляется многими факторами: общим уровнем технологии и постанов­ кой службы контроля качества у поставщиков, условиями транспор­ тировки и разгрузочно-погрузочных работ, условиями хранения и т. д.