УДК 621.373.002
Я.В. Перевозникова, В.И. Воронин ОТКАЧКА ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ ЧЕРЕЗ КОРОТКИЙ ШТЕНГЕЛЬ
Представлены результаты исследования камерной откачки электровакуумных приборов через короткий штенгель. Показано, что изменение диаметра штенгеля и расстояния между штенгелем и заглушкой привело к снижению давления в приборе.
Камерная откачка, экспериментальный диод, оксидный катод, разнесение частей, поток газов, штенгель.
Ya.V. Perevoznikova, V.I. Voronin
ELECTRICAL VACUUM DEVICES EVACUATION THROUGH A SHORT CHAMBER-EXHAUST TUBE
The research results of evacuation of electrical vacuum devices through a short chamber-exhaust tube are presented here. The increase of chamber-exhaust tube diameter and the distance between it and a plug to optimal dimensions resulted in 1.5-2 fold pressure decrease in the device.
Chamber evacuation, experimental diode, oxide cathode, parts diversity, gas flow, exhaust tube.
Камерная откачка электровакуумных приборов (ЭВП) с разнесением частей имеет ряд преимуществ перед другими способами откачки [1, 2]. Однако существуют некоторые типы приборов, для которых применение такой откачки затруднительно. К ним относятся, например, крупногабаритные ЭВП сложной конфигурации. Для камерной откачки приборов этого типа требуются сложные оправки, а вакуумная камера имеет значительные размеры, что приводит к усложнению конструкции откачных постов. Другим типом приборов, для которых трудно применить вакуумную откачку с разнесением частей, являются металлостеклянные ЭВП. Нагрев таких приборов до температуры 650...750°С, позволяющий соединить части прибора диффузионной сваркой или пайкой, недопустим из-за опасности разрушения спая металла со стеклом.
Для указанных приборов более целесообразна откачка через короткий штенгель с герметизацией заглушки диффузионной сваркой или пайкой в конце процесса откачки, в ряде случаев - при нагреве места герметизации.
При откачке через короткий штенгель на изменение давления в приборе при обработке на откачном посту большое влияние будет оказывать проводимость зазора, зависящая от диаметра штенгеля и расстояния между штенгелем и заглушкой.
В настоящей работе экспериментально определено расстояние между штенгелем и заглушкой прибора во время обработки последнего на откачном посту. Необходимо определение оптимального расстояния, так как недостаточное разнесение заглушки и прибора приводит к повышению давления в приборе, а излишнее разнесение - к усложнению механизмов герметизации.
В качестве объектов исследования применялись специальные диоды (рис. 1) с оксидным катодом. Откачка диодов велась через короткие штенгели длиной 15 мм и диаметрами 16, 20, 30, 40 мм. Для сравнения диоды
откачивались через обычный штенгель диаметром 8,5 мм и длиной 60 мм.
Конструкция технологической оснастки
допускала изменение расстояния между штенгелем и заглушкой от 0 до 30 мм и их центрирование при герметизации.
В нижней части диода расположен манометрический датчик ПМИ-2 для измерения давления в приборе в процессе откачки.
_3
При исследовании диоды откачивались в камере до давления 110 Па. Затем в течение 1,5 ч температура поднималась до 600°С и последующее обезгаживание
проводилось до давления в приборе (1,5... 2)10^ Па. При подъёме температуры (через
100°С) и обезгаживании (через 1 ч) заглушка сближалась с корпусом ЭВП от 30 до 0 мм, и фиксировалось изменение давления.
Результаты проведённых исследований представлены на рис. 2, 3. Установлено, в частности, что наибольшее различие давления в диодах, откачиваемых через штенгели различных диаметров, наблюдается в период максимального газовыделения. Так, при откачке через короткие штенгели диаметра 16...20 мм давление в диодах увеличивалось
—1 —3
до 5-10 Па, а при откачке через штенгели диаметра 30.40 мм - не превышало 4-10 Па. При расстоянии между штенгелем и заглушкой 30 мм проводимость кольцевого зазора значительно превышала проводимость самого штенгеля [3].
В других экспериментах в определённые моменты откачки заглушку приближали к штенгелю и фиксировалось начало заметного изменения давления, свидетельствующее об уменьшении эффективной скорости откачки диода.
Соотношение между диаметром штенгеля прибора D и расстоянием до заглушки L в период максимального газовыделения представлено в таблице.
Таким образом, экспериментально можно установить минимальное расстояние между штенгелем прибора и заглушкой в период максимального газовыделения из прибора: L « 0,4 D. Это соотношение несколько отличается от полученного ранее L « 0,7 D [4], что объясняется следующими факторами:
- при выводе соотношения L« 0,7 D предполагалось, что все молекулы, вылетающие из прибора, достигают заглушки и диффузно отражаются обратно в прибор (влияние фактора откачки не учитывалось);
- принимаемый в качестве заглушки плоский цилиндрический диск в реальном случае имеет заходный конус, что приводит к появлению краевого эффекта при отражении молекул;
- при расчётах не учитывалось фоновое давление в камере.
На рис. 2 представлены изменения давления в диодах во время подъёма температуры при откачке макетов через штенгели различной проводимости.
й, мм £, мм £ / й
40 10 0,4
30 10 0,33
20 8 0,35
10 6 0,37
2 1
- кПМИ-2
Рис. 1. Схема откачки экспериментального диода:
1 - оболочка; 2 - штенгель; 3 - заглушка; й - внутренний диаметр штенгеля; £ - расстояние между штенгелем и заглушкой; ПМИ - преобразователь манометрический ионизационный
0 0,25 0, 5 0,75 1, 0 1, 25 1,4
Рис. 2. Изменение давления в диодах (1-4) во время подъёма температуры при откачке макетов через штенгели различной проводимости: 1 - 16 мм; 2 - 20 мм; 3 - 30 мм; 4 - 40 мм;
5 - давление в камере; 6 - температура
Во время откачки приборов через штенгель с большей проводимостью при оптимальном расстоянии между штенгелем и заглушкой наблюдается более быстрое снижение давления в приборах (рис. 3, кривые 3-6), что должно благоприятно сказываться на их параметрах. При откачке через обычный штенгель давление в диоде в течение всего процесса откачки выше, чем при откачке через короткий штенгель (рис. 3, кривая 2).
Р, Па
0
1x10
1x10 1
1x10'
1x10
1x10'
0, л-Па/с
ч
ч \ 1
'Ч“\ % — 4 3 2
1x10
1x10
1x10 '
1x10
15
10
1,10 '
1, ч
4 Г
3 Г
2 г 1
20 100 200 300 400 500 Т,"С
5
0
0
Рис. 3. Изменение потока газов (1) и давления в приборах (2-6) и камере (7) в процессе обезгаживания макетов при температуре 600°С:
2 - откачка через обычный штенгель;
3-6 - откачка через короткий штенгель
Рис. 4. Зависимость оптимального расстояния между штенгелем и заглушкой от температуры оболочки в период максимального газовыделения из катода и арматуры:
1 - О = 16 мм; 2 - О = 20 мм;
3 - О = 30 мм; 4 - О = 40 мм
Исследования показали, что экспериментальное отношение L « 0,4 D не постоянно в процессе откачки. По мере обезгаживания диода приближение заглушки даже на расстояние 1-0,5 мм не привело к изменению давления в приборе. Это свидетельствует о возможности уменьшения расстояния между штенгелем и заглушкой в конце откачки для уменьшения обратного потока газов в прибор [5].
Представленные на рис. 5
зависимости позволяют выбрать
оптимальные параметры (расстояние, диаметр штенгеля) для приборов с газовым потоком в пределах 10 ...10- л-Па/с. Соотношением L « 0,4 D можно пользоваться лишь в период максимального газовыделения из прибора, когда газовый поток из прибора находится в пределах 10°...10-3 л-Па/с.
При меньшем газовыделении (10-3.. ,10-4 л-Па/с) разнесение может быть уменьшено и определено по рис. 5 для приборов с диаметрами штенгелей 16.40 мм.
Выводы
1. Во время откачки приборов через штенгель с большей проводимостью при оптимальном расстоянии между штенгелем и заглушкой наблюдается более быстрое снижение давления в приборе, остаточное давление в приборах понижается на 1,5...2,0 порядка.
2. Наиболее эффективная быстрота откачки прибора через короткий штенгель достигается при разнесении корпуса и заглушки на 0,4 от диаметра штенгеля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Орлов К.Н. Пост камерной откачки крупногабаритных электровакуумных приборов / К.Н. Орлов, Е.А. Николаев, В.Г. Коновалов // Электронная промышленность. 1971. Вып. 1. С. 52-54.
2. Антонов В.А. Влияние разнесения частей экспериментальных диодов на продолжительность процесса откачки и параметры приборов / В. А. Антонов, В.И. Воронин, Д.С. Дудников // Электронная техника. Сер. 10. 1971. Вып. 7(47). С. 25-30.
3. Пипко А.И. Конструирование и расчёт вакуумных систем / А.И. Пипко,
В .Я. Плисковский, Е.А. Пенчко. М.: Энергия, 1970. 525 с.
4. Будников С.Ф. О скорости бесштенгельной откачки электровакуумных приборов / С. Ф. Будников, В. А. Антонов // Электронная техника. Сер. 10. 1970. Вып. 5(37). С. 46-51.
5. О некоторых особенностях камерной откачки электровакуумных приборов с разнесением частей / В.И. Воронин, В.А. Антонов, Д.С. Дудников, Р.А. Полякова / Сарат. политехн. ин-т. Саратов, 1974. 12 с. Деп. в ЦНИИ «Электроника» 14.01.1974. № 2606/74.
Перевозникова Яна Валерьевна - Perevoznikova Yana Valeryevna -
ведущий инженер-технолог Principal processing engineer
ООО «СЭПО-ЗЭМ», г. Саратов of SEPO-ZEM LLC, Saratov
L, мм
Рис. 5. Зависимость оптимального расстояния между штенгелем и заглушкой от газового потока из приборов со штенгелями различных диаметров: 1 - 40 мм; 2 - 30 мм;
3 - 20 мм; 4 - 16 мм
Воронин Валерий Иванович - Voronin Valery Ivanovich -
кандидат технических наук, доцент кафедры Candidate of Technical Sciences,
«Электронное машиностроение и сварка» Assistant Professor of the Department
Саратовского государственного of «Electronic Machine-building and Welding»
технического университета of Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 23.12.08, принята к опубликованию 25.02.09