Спосіб електротермотренування катодів прямого розжарювання

Спосіб електротермотренування катодів прямого розжарювання з емітувальним тілом, закріпленим безпосередньо на підігрівнику, при якому здійснюють високотемпературний прогрів підігрівника і емітувального тіла шляхом пропус кання через підігрівник струму електротермотренування, величину якого встановлюють більшою, ніж робоче значення струму розжарювання катода, який відрізняється тим, що струм електротермотренування подають на підігрівник у вигляді періодичної ПОСЛІДОВНОСТІ прямокутних імпульсів, період повторення яких вибирають більшим часу готовності катода, причому співвідношенням між температурами електротермотренування підігрівника і емітувального тіла керують шляхом зміни періоду повторення імпульсів струму електротермотренування, а тривалість кожного з них вибирають у стільки разів коротше часу готовності катода, у скільки разів квадрат величини встановленого струму електротермотренування більше квадрата робочого значення струму розжарювання катода О Винахід, що заявляється, відноситься до електронної техніки, а іменно, до способів виготовлення катодів прямого розжарювання для електроннопроменевих приладів Катодний вузол, який є найбільш важливою частиною електронно-променевих приладів, визначає практично всі показники якості їх роботи ДОВГОВІЧНІСТЬ, яскравість свічення екрана, роздільну здатність, споживану потужність, час готовності (час, за який емісійний струм катода досягає 90% свого робочого значення після включення струму розжарення)іш Відомо, ЩО при виготовленні електроннопроменевих приладів катоди в них піддають технологічній операції термотренування (Е И Шехмейстер, Общая технология электровакуумного производства М , Высшая школа, 1984, стр 278 287) Ця операція необхідна для стабілізації місце розташування катода шляхом високотемпературного відпалення елементів його конструкції, а також для виведення емітуючого тіла на максимальний режим по емісії (активування катода) Процес термотренування катода полягає в тому, що на протязі певного часу на його підігрівник подають збільшений відносно робочого струм розжарення При цьому, по-перше, емітувальне тіло активуєть ся і, по-друге, відбувається стабілізація його місце розташування в приладі за рахунок свого роду старіння (відпуску напруг) елементів конструкції катода при їх високотемпературному прогріві в режимі достатньо тривалої дії збільшеного струму розжарення Після електротермотренування струм розжарення знижують до робочого значення, при якому відбувається подальша експлуатація приладу Недоліком описаного способу електротермотренування катодів є значний перегрів конструкції катода, внаслідок чого можливі деформації поряд розташованих електродів електроннопроменевого приладу, зокрема, модулятора Вказані деформації призводять до порушення виставлених відстаней катод-модулятор і, отже, значень запірних напруг емісійної системи приладу Крім того, не виключена можливість перегріву при цьому самого емітуючого тіла, що негативно впливає на його ДОВГОВІЧНІСТЬ Відомий спосіб електротермотренування електронно-променевої трубки з катодами прямого розжарювання (заявка Японії №58-815, HOIJ9/02, 1/15 - аналог), при якому, для виключення перегріву катода, в ланцюг його розжарення на час термотренування включають послідовно резистор, величина опору якого дорівнює опору підігрівника 00 49998 Цей спосіб потребує значних часових витрат на проведення термотренування катода, тому що процеси стабілізаційного відпалення підігрівника і активування емітувального тіла при маючих місце в цьому способі знижених температурах розжарення підігрівника проходять повільно Крім цього, цим способом неможливо здійснити оптимальне електротермотренування катода, бо в випадку катодів прямого розжарювання температури тренування підігрівника і емітувального відрізняються (звичайно термостабілізація підігріву відбувається при більш високій температурі, ніж активування емітувального тіла через те, що вона пов'язана з структурно-фазовими перетвореннями в матеріалі підігрівника) Відомий також спосіб виготовлення крапкового термокатода прямого розжарювання (авторське свідоцтво СРСР №928459, HOIJ9/04 - прототип), при якому електротермотренування катода здійснюють шляхом відпалення вершини V-подібного дротяного підігрівана з лантанованого іридію при температурі 1650 - 1750°Ц протягом ЗО - 40 хвилин, після чого температуру підігрівника, знижують до робочого значення Недолік цього способу полягає втому, що висока концентрація температури на вершині підігрівника, виконуючій роль емітувального тіла, призводить до інтенсивного випаровування з цієї зони емісійно-активної компоненти (лантану) і, отже, до різкого зниження ресурсу катода При цьому сам підігрівник відпалюється недостатньо, тому що його температура різко знижується від вершини до основи Недостатнє відпалення (термотренування) підігрівника призводить до нестабільності роботи катода в електронно-променевому приладі Таким чином, в способі - аналозі і в прототипі є спільний недолік - неможливість забезпечити при електротермотренуванні катода незалежне управління температурою стабілізаційного відпалення підігрівника і температурою активування емітувального тіла При відомих способах електротермотренування катодів постійним підвищеним струмом розжарення вдається оптимальним чином термообробити або емітувального тіло, або підігрівник Крім того, на електротермотренування витрачається багато часу Через ці недоліки ВІДОМІ способи непридатні для надійного електротермотренування пряморозжарювальних катодів в умовах серійного виробництва електронно-променевих приладів В основу винаходу покладено задачу розробки такого способу електротермотренування пряморозжарювального катода, при використовуванні якого була б можливість швидко здійснювати оптимальну (по температурі) термообробку емітувального тіла і підігрівник катода в електронно-променевому приладі Поставлена задача вирішується тим, що в способі електротермотренування катода прямого розжарювання з емітувальним тілом, закріпленим безпосередньо на підігрівник при якому здійснюється високотемпературний прогрів підігрівника і емітувального тіла шляхом пропускання через підігрівник струму електротермотренування, величину якого встановлюють більшою, ніж робоче значення струму розжарювання катода, ВІДПОВІДНО винаходу, струм електротермотренування подають на підігрівник в вигляді періодичної ПОСЛІДОВНОСТІ прямокутних імпульсів, період повторення яких вибирають більшим часу готовності катода, причому співвідношенням між температурами електротермотренування підігрівник і емітувального тіла керують шляхом зміни періоду повторення імпульсів струму електротермотренування, а тривалість кожного з них вибирають у стільки разів коротше часу готовності катода, у скільки разів квадрат величини встановленого струму електротермотренування більше квадрата значення робочого струму розжарення катода Запропонований спосіб електротермотренування катода завдяки використанню імпульсного режиму подачі струму розжарювання, відкриває можливість шляхом підбору параметрів імпульсів забезпечити одночасно оптимальну термообробку як емітувального тіла, так і підігрівник катода, скорочуючи тим самим технологічний цикл термотренування катодів, що особливо важливо в умовах серійного виробництва електронно-променевих приладів Розкриємо фізичну суть даного способу Прогрів підігрівами до більш високої температури в порівнянні з емітувального тілом в даному способі здійснюється за рахунок використання кінцевого значення часу передачі тепла від підігрівника до емітувального тіла, що має певну величину теплоємності (постійна часу даного процесу визначає час готовності катода) Якщо різко ввімкнути живлення підігрів, катода і вимкнути його до повного завершення вказаного вище процесу передачі тепла, то емітувального тіло не встигне досягти температури підігрівай і зразу ж почне охолоджуватись з такою ж самою постійною часу за рахунок витоку тепла через підігріву який охолоджується значно швидше Чим раніше вимкнути підігрівник (тобто, чим коротше імпульс струму розжарення подавати на підігрівник), тим до меншої температури буде встигати розігрітись емітувальне тіло Якщо ж тривалість імпульсу вибрати рівною або більшою часу повного завершення процесу передачі тепла до емітувального тіла, тобто рівною або більшою часу готовності катода, то температура емітувального тіла зрівняється з температурою підігрівника Цей крайній випадок відповідає тепловому режиму обробки катодів відомими способами, коли використовується постійний струм електротермотренування, який не дає можливості забезпечити різну ступінь прогріву елементів катодного вузла Із вищенаведеного аналізу динаміки теплових процесів в пряморозжарювальному катоді витікає, що тривалість імпульсу електротермотренування ті повинна бути меншою від часу готовності катода хк, а черговий імпульс електротермотренування повинен бути поданий на підігрівник раніше, чим повністю завершиться процес передачі тепла до емітуючого тіла від попереднього імпульсу (інакше тепло на ньому буде накопичуватися, і тоді температури елементів катода зрівняються), тобто, період подачі імпульсів електротермотренування хі повинен бути більше постійної часу готовності катода хі хк Очевидно, що чим пізніше буде подаватись 49998 наступний імпульс елеісгротермотренування, тим до більш низької температури буде охолоджуватись емітувальне тіло в проміжках між імпульсами При періодичній подачі таких імпульсів, температура емітувального тіла буде коливатись відносно певного середнього її значення, яке визначається періодом повторення імпульсів електротермотренування Таким чином, можна керувати температурою прогріву емітувального тіла незалежно від температури розжарювання його підігрівника Температуру розжарювання підігрівника тобто, температурний режим елеісгротермотренування підігрівна встановлюють в способі, що пропонується, шляхом вибору величини струму JT І тривалості ті імпульсу елеісгротермотренування При цьому виходять з умови, що КІЛЬКІСТЬ теплової енергії, яка передається катоду в імпульсі, не повинна перевищувати КІЛЬКОСТІ теплової енергії, одержуємої катодом в звичайному робочому режимі його розжарення постійним струмом (інакше, як відзначалось вище, можуть мати місце необоротні процеси в катоді і близько розміщених електродах через перегрів катода) Рівняння балансу теплової енергії запишемо для одного імпульсу струму елеісгротермотренування в вигляді Gr=Qp де От - КІЛЬКІСТЬ теплової енергії, внесеної в катод при подачі на нього одного імпульсу елеісгротермотренування, Qp - КІЛЬКІСТЬ теплової енергії, що передається катоду в робочому режимі розжарювання до моменту виходу його на рівень готовності (тобто, на протязі часу готовності) Розрахунок теплової енергії проведем згідно формули виділення теплової енергії на провіднику з опором R при пропусканні через нього струму І на протязі часу t Q = 0,24J2Rt, Рівняння теплового балансу для нашого випадку має вигляд J?Rx,=J p 2 Rx k ^ де JT - значення струму елеісгротермотренування в імпульсі, Jp - робоче значення струму рожарення катода, хі - тривалість імпульса елеісгротермотренування, хк - час готовності катода, R - опір ланцюга розжарювання катода Із рівняння теплового балансу знаходимо, яку частину по відношенню до постійної часу готовності катода повинна складати тривалість імпульсу його елеісгротермотренування ^_ = І Ч J2 Таким чином, знаючи робочий струм розжарення катода і значення струму, необхідного для забезпечення стабілізаційного відпалення підігріва, можна визначити тривалість імпульсу елеісгротермотренування всього катода в цілому Керуючи незалежно різними параметрами імпульсів елеісгротермотренування (тривалістю, амплітудою, періодом повторення), можна, завдяки заявленому способу, встановити в межах єдиного технологіч ного процесу оптимальне співвідношення температур відпалювання підігрівника і активування емітувального тата Таким чином вирішується поставлена задача Крім того, пропонуємий в заявленому способі режим імпульсного прогрівання підігрівник, катода сприяє ефективній стабілізації його геометричних параметрів, тому що процеси відпускання механічних напруг і структурно-фазових перетворень при різкому нагріванні і охолодженні ідуть значно швидше і повніше Циклічний характер процесу нагрівання підігрівника сприяє швидкій стабілізації його параметрів Цим заявляємий спосіб відрізняється від відомих способів елеісгротермотренування катодів Динаміка теплових процесів, які протікають при електротермотренуванні пряморозжарювального катода заявляємим способом, наглядно ілюструється графіками (фиг 1) На фіг 1 епюрою 1 позначена форма імпульсів струму елеісгротермотренування, періодично поступаючих на підігрівник катода (хі - період подачі імпульсів) Крива 2 показує, як міняється температура підігрівши при живленні підігрівника імпульсами струму 1 тривалістю хі Пунктирне подовження кривої 2 показує хід температури підігрів/йл при подачі на нього постійного струму розжарення (як у прототипі) Крива 3 показує, як змінюється температура емітувального тіла при живленні підігрівника імпульсами струму 1 Пунктирне подовження кривої З ілюструє хід температури емітувального тіла в випадку включення постійного живлення підігрівника Пунктирні лінії нанесені на фіг 1 з метою позначення на часовій осі координати параметра хк (час готовності катода), який визначається як відрізок часу, відраховуючи від початку включення підігріву катода до моменту, коли температура емітувального тіла досягне 0,9 свого робочого значення З приведених кривих, ілюструючих динаміку зміни температури підігрівника і емітувального тіла в імпульсному і постійному режимах живлення катода, видно, що черговий імпульс елеісгротермотренування необхідно подавати на підігрівника раніше, ніж закінчиться передача тепла до нього від попереднього імпульсу, тобто, не раніше, ніж через відрізок часу, рівний часу готовності катода (інакше буде відбуватись накопичення тепла на емітувальному тілі до максимального рівня, як при постійному режимі живлення підігрівай) Заявляємий спосіб вирішує задачу не допустити перегріву емітувального тіла при високотемпературному розжаренні підігрівника Це якраз і досягається тим, що період подачі імпульсів елеісгротермотренування вибирають більшим часу готовності катода І чим більше період повторення імпульсів перевищує параметр хк, тим до більш низької температури встигає охолонути емітувальне тіло в довших проміжках між імпульсами, тобто, тим більше температура тренування емітувального тіла буде відрізнятися від температури термовідпалювання підігрівника Таким чином, керуючи періодом слідування імпульсів в процесі елеісгротермотренування досягають оптимального співвідношення між температурами термообробки емітувального 49998 тіла і підігрівника катода Приклади реалізації способу Приклад 1 На пряморозжарювальний катод з металосплавним емітувальним тілом масою 1мГ і часом готовності 0,7с подають імпульси струму електротермотренування амплітудою 2А тривалістю 0,2с і періодом повторення 2с При цьому контролюють струм емісії катода Після тренування катода в цьому режимі протягом 5 хвилин струм емісії катода в максимумі температурної кривої розжарювання досягає значення струму насиченості емісії, що відповідає його значенню при робочій величині струму розжарювання катода Це означає, що катод пройшов електротермотренування 8 Приклад 2 На пряморозжарювальний катод з металосплавним емітувальним тілом масою 1,5мГ і часом готовності 0,9с подають імпульси струму електротермотренування амплітудою ЗА тривалістю 0,3с і періодом повторення 2,5с Час електротермотренування - 3 хвилини Практична корисність заявленого способу полягає втому, що при його серійному впровадженні скорочується довжина конвеєрної лінії по виробництву електронно-променевих трубок (зокрема кінескопів), в результаті чого досягається економія електроенергії, виробничих площ і зниження собівартості одиниці виробу Фіг. 1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71