Расчет геометрических размеров системы электродов

Расчет межэлектродных расстояний

Зададимся соотношением z_a/z_c = 4.

Расстояние катод-сетка для цилиндрческой конструкции лампы

Z_c(1) = , где

H = 3,7 * 10⁴ * * ;

κ = (z_a/z_c)^4/3 = 4^4/3 = 6,34960…;

δ = 1 - σ = 0,85 => σ = 0.15;

H = 37000 * * = 37000 * 0,24306 * 0,0042426 = 38,15389…

Z_c(1) = = = 0,449095… 0,45 см.

Проверка ; 2 * 0,449095 ≥ 0,385259; 0,89819 > 0,385259.

Другие межэлектродные расстояния в триоде:

= 4*0,449095 = 1,79638… см.

Диметр сетки

D_c = D_реш + 2z_c = 3,398475 + 2 * 0,136471= 4,296665… 4,3 см.

Диаметр анода

D_a = D_реш + 2z_a = 3,398475 + 2 * 1,79638 = 6,991235… 7 см.

Расчет сеточной структуры.

Шаг сетки триода:

= = = / 20,67717 = 0,317802… 0,32 см

Диметр сеточных проводников d_c = aσ = 0,317802 * = 0,0476703… 0,48 мм.

Проверка на сводимость

Z_c >> d_c; 0,45 >> 0,048.

Z_c ≥ 0,8a; 0,45 ≥ 0,2542416.

Z_a – z_c ≥ 0.8a; 1,35 ≥ 0,2542416.

Корректировка параметров элементов для реализации их монтажа

Увеличение длины нитей решетки для нахлёста под пайку на ребро монтажных колец в основании и вершине решётки при сохранении рабочей длины:

H_ребра = 0,3 см;

L_мон = L + 2 ( ) = 7,84845 + 2 * ( ) = 9,045845 9,05 см.

Определение реальной высоты катода, с учётом отступа от верхней точки кольца:

H_реал = L­_мон * cos (α) + 0,2 = 8,03393… 8,03 см.

Протяженность чашки катода Δ = 0,4 см, тогда высота сетки:

H_c = H_реш + 2 Δ + 0,6 = 6,79695 + 1,4

Число стрежней сетки N_c = = 42,474006 43 штуки.

Зададимся шагом витков упрочняющей навивки a_у.н. = 2 см.

Число витков упрочняющей навивки N_у.н. = H_c/a_у.н. = 4.1… 4 шт.

Определение реальной высоты анода с учётом необходимого зазора между анодом и сеткой по оси прибора:

H_анод = H_с + 1 = 9,2 см.

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОДОВ.

Материалы катода. Получение карбидов вольфрама

Для изготовления ВТКК используется торированный вольфрам ВТ-15 (с присадкой 1,5…2 % ThO2) и вольфраморениевый сплав с добавкой тория ВР10Т2 (10 % Re и 1,5…2 % ThO2), отличающийся от первого большей пластичностью, особенно в отожженном состоянии. Оба сплава изготавливаются методом порошковой металлургии в виде проволоки или ленты. При большем процентном содержании тория повышается хрупкость материала и затрудняется его механическая обработка, при меньшем – снижается эмиссионная способность катода.

Способы получения карбидов вольфрама можно подразделить на следующие основные группы: синтез из элементов; восстановление оксидов углем; химическое выделение из сплава; электролиз расплавленных сред; осаждение из газовой фазы. Последний метод – один из наиболее перспективных для получения карбидов высокой чистоты и монокристаллов, так как является совокупностью атомарных (молекулярных) реакций в газовой фазе, что и обеспечивает максимальную плотность и чистоту образующегося осадка, а при определенных условиях – получение монокристаллов.

Карбиды могут быть получены в виде покрытий или в компактной форме тремя способами газофазного осаждения.

1. Прямое осаждение карбида из газовой смеси летучего галогенида металла, водорода и какого-либо углеводорода, по схематической реакции

МеCl_x + CnHm + H2 → МеC_тв +HCl + H₂.

2. Разложение летучего галогенида металла на поверхности графита при достаточно высокой температуре, для обеспечения взаимной диффузии углерода и осажденного металла:

графит + МеCl_x → МеC_тв + Cl₂

3. Науглероживание твердого металла в среде углеводорода:

Ме_тв + C_nH_m → МеC_тв + H₂.

Для карбидирования катодов мощных электронных приборов широко используется третий способ, при этом в качестве углеводорода применяются бензол или природный газ. Процесс проводят в вакууме или в атмосфере водорода.

Свойства карбидов вольфрама

Карбиды обладают невысокой термостойкостью, что определяется жесткостью их кристаллической решетки и сравнительно невысоким коэффициентом термического расширения. Углерод в монокарбиде связан недостаточно сильно и при нагревании до 2300 К сравнительно легко удаляется из решетки, при этом WС переходит в W₂C.

Параметр	Монокарбид	Полукарбид
Температура плавления, К	3049	3049 ± 5
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м ∙ К)	142	29,3
Удельная теплоемкость (Т = 2000 К), Дж/(кг ∙ К)	349,5	210,9
Удельное электрическое сопротивление (Т = 293 К), мкОм ∙ см	19,2 ± 0,3	75,7 ± 0,1
Коэффициент удельного электрического сопротивления в диапазоне 473…1773К, К–1	0,495∙10–3	1,95∙10–3
Работа выхода (Т = 2400 К), эВ	3,6	4,58
Микротвердость при нагрузке 30 г, ГПа	17,80	19,90

Таблица 1. Некоторые свойства карбидов вольфрама

Карбиды обладают металлической проводимостью, причем WС имеет большие тепло- и электропроводности по сравнению с W₂C. С повышением температуры удельное электрическое сопротивление карбидов растет по линейному закону, причем более резко у W₂C. Работа выхода выше у W₂C. Лучеиспускательная способность также выше у W₂C и зависит от степени шероховатости и химической чистоты поверхности.

Карбиды вольфрама обладают высокой твердостью и хрупкостью, что обусловлено их кристаллической структурой и высокой прочностью связей в решетке.

Карбиды вольфрама достаточно химически устойчивы для применения в агрессивных средах. В диапазоне температур 1100…1300 К пары воды существенно влияют на стабильность карбидов, особенно WC, приводя к обезуглероживанию, что является одной из причин декарбидирования ВТКК при эксплуатации.

В зависимости от режимов карбидирования структура карбидного слоя может быть весьма разнообразной: массивной, слоистой, столбчатой. Как показывает практика, наиболее благоприятно формирование слоистой структуры карбидов. Эта структура отличается большей по сравнению с другими структурами диффузионной проницаемостью для тория вследствие большей развитости границ зерен и фаз.

Материалы анода.

Для изготовления анода используется бескислородная медь марки М0б. Это медь высокой чистоты с содержанием меди (+Ag) не менее 99,97% и массовой долей кислорода не более 0,001. Из бескислородной меди производят все виды проката - медную проволоку, листы, полосы, трубки.

Медь является наиболее распространенным металлом для спаев с керамикой ВК94-1, поскольку она обладает хорошими вакуумными свойствами, технологична, а главное исключительно пластична. Поэтому, несмотря на значительное различие КТР, спаи медь–керамика надежны и долговечны.

Пайка медной арматуры с керамикой производится в основном медно-серебряной эвтектикой ПСр-72, которая практически не взаимодействует с металлизационным покрытием. Однако даже при строгом соблюдении режимов пайки припой обогащается медью. Поэтому при повторном нагревании шва он расплавляется при температуре более высокой, чем температура расплавления в эвтектике, что делает возможным проводить пайку сложных узлов в две, а иногда и в три стадии.

При нарушении режимов пайки, особенно при передержке и превышении температуры, существенно снижается термостойкость спаев.

Материалы изоляторов.

В качестве материала изолятора используется керамика ВК94-1.

Материал	Расчетный химический состав (массовая доля компонентов), %
	Al2O3	SiO2	Cr2O3	MnO	CaO	MgO
ВК94-1	94,4	2,76	0,49	2,35		

Таблица 1. Расчетный химический состав керамики ВК94-1.

Параметр	Единица измерения	Марка керамики
		ВК94-1
Плотность, не менее	кг/м3	3650
Предел прочности при статическом изгибе σ, не менее	МПа	3200
Модуль упругости, Е·104	МПа	30,8
Коэффициент термического линейного расширения α·107 в интервале температур, С: 20…200 20…500 20…900 20…1000	С 1	60±5 70±5 79±5 
Диэлектрическая проницаемость при частоте f = 106; 3·109 Гц и температуре 25 С, не более		10,30; 10,30
Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ ·104 при частоте f = 106; 3·109 Гц и температуре 25 С, не более		6; 15
Удельное объемное электрическое сопротивление при температуре 100±5 С, не менее	Ом·см	1014

Таблица 3. основные физико-технические параметры керамики ВК94-1 на основе Al₂O₃