CN103489733B - 一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是该方法包括如下步骤:1)陶瓷基座制备；2)加热丝制备；3)绝缘浆料制备；4)上下电极制备；5)热子组件制备；6)吸气组件准备；7)吸气剂制备。本发明的优点在于：通过将加热丝内置解决了热子丝脚在径向振动时易疲劳断裂的问题；通过上下金属电极包裹绝缘涂层及陶瓷基座解决了加热丝表面的绝缘涂层易脱落的问题；通过将吸气部件先压制后烧结，然后与热子部件钎焊牢固的技术，避免了吸气合金颗粒脱落的问题。通过本发明方法制备的自带热子吸气剂其可靠性大为增强，满足了特殊电真空器件对自带热子吸气剂可靠性的苛刻要求。

Description

一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法

技术领域

本发明属于电真空元器件制造领域、特别涉及一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法。

背景技术

用于获得、维持真空以及纯化气体等，能有效的吸着某些(种)气体分子的制剂或装置通称为吸气剂。吸气剂的主要作用有：⑴短时间内提高真空器件内的真空度，有利于缩短排气时间；⑵维持器件在储存和工作期间的真空度；⑶吸收器件在启动和反常工作时的突发性放气，以保护阴极，延长器件的寿命；吸气剂的分类及工作原理:⑴蒸散型吸气剂：将钡、锶、钙等金属的铝合金与如铁粉、镍粉、钛粉的还原剂组成的混合物在真空中加热，使其中的钡、锶、钙等活性金属蒸发出来并在器件的内壁冷凝下来形成吸气薄膜，应用最广泛的是钡铝合金与镍粉的混合物。⑵非蒸散型吸气剂：将锆、钛、钇单质或其与钒、铁、锰、钴、铝、钼、稀土组成的二元或多元合金的粉末在真空中加热，使其表面的氧化层向内部扩散，暴露出新鲜表面，应用最广泛的是锆铝合金、锆钒铁合金。吸气剂的吸气机理主要有：⑴蒸散吸气：吸气金属在受热蒸散时，飞溅出来的活性金属原子与管内空间的气体分子相互碰撞，在碰撞过程中与气体分子起化学作用，产生相应的化合物，并且沉积在内表面上。结果管内空间的气体浓度减少，残余气体大部分被吸收了。⑵表面吸附：当气体分子碰撞固体表面时，它可能被弹回，也可能被吸附。被吸附的气体分子可能被吸附得很牢，也可能只被很微弱的力所束缚。⑶内部扩散：表面吸附的气体具有较大的表面迁移率，它可以迅速的在整个表面上扩散开来。随着表面扩散的进行，在一定的条件下，表面吸附的气体将解离成原子进一步向吸气金属内部进行体扩散。蒸散型吸气剂具有上述1、2、3共三个吸气过程，而非蒸散型由于没有蒸散过程，因此只有2、3两个吸气过程。

非蒸散型吸气剂工作之前必须有一个激活过程，即器件中的吸气剂在封离之前，必须对吸气剂进行有效加热，使其表面的氧化层、碳化层向内部扩散从而暴露出活性表面，同时降低其固溶在内部的氢气含量。并且要使非蒸散型吸气剂有良好的吸气性能，必须确保表面吸附的气体能够迅速解离并向内部扩散，因此必须要有足够高的工作温度。

目前对吸气剂激活方法有三种，一种是通过外界烘烤的热辐射加热、一种是用高频感应线圈，使吸气剂内部产生感应电流而加热，再有一种是吸气剂内部埋有热子，热子通电后加热吸气剂。

有些器件由于材料、工艺、气体负载、寿命等限制，无法使用第一或第二中加热方法，只能使用第三种方法来达到激活和长期提高工作温度的目的。但是这种方法除了结构复杂的缺点外，还有更致命的缺点：

如最早的美国专利3584253所提出的一种自带热子吸气剂的制备方法，其是将钨、钼等加热丝表面涂覆氧化铝后，高温成瓷，然后在热子外部再烧结一层吸气金属。这种结构和制备方法有如下缺陷：1.装配时，仅靠两根热丝固定吸气剂，由于吸气剂头重脚轻，在有径向振动时，热子根部的丝脚容易疲劳断裂；2.为避免钨、钼等加热丝在氧化铝成瓷时的再结晶而引起脆断，氧化铝绝缘层成瓷不彻底，从而使得暴露在吸气剂外部的氧化铝在受到冲击、振动后很容易剥落；3.热子本身的强度不高，为避免外力破坏热子表面的绝缘涂层，不能采用先压制后烧结的方式来使吸气剂成型，只能采用松装烧结或用膏剂涂覆后再烧结的方式使吸气合金成型，从而使得吸气合金本身的牢固度不够，在受到冲击振动的时候，表面会有吸气合金颗粒脱落，特别是热子根部的吸气合金。

而吸气剂在器件内部有颗粒脱落有时会带来毁灭性的的后果，如行波管、X射线管等器件，内部电极间加有几万甚至上百万伏的高压，吸气剂颗粒脱落后会造成内部打火，瞬间使器件失效。

为提高自带热子吸气剂的可靠性，美国专利4789309提出了一种新的制备方法，其是将钨、钼等加热丝两端分别套上成瓷良好的绝缘瓷管，然后在表面涂覆氧化铝后高温成瓷，最后在热子外部再烧结一层吸气金属。这种制备方法解决了早期技术的第2种缺陷，但是第1、3种缺陷仍然没有解决。

为提高自带热子吸气剂的可靠性，中国专利200810116163提出了另一种新的制备方法，其是将钨、钼等加热丝表面涂覆氧化铝后高温成瓷，然后将热子穿过一双孔陶瓷片后，用钛膏固定，真空烧结成固定加热组件，然后在陶瓷片涂有钛膏的一面再烧结一层吸气金属。这种制备方法虽然解决了吸气剂热子根部的吸气合金易于脱落的问题，但是其热子强度仍然不高，不能采用先压制后烧结的方法使吸气剂成型，因此其他表面的吸气合金牢固度仍然不是很高，并且早期技术的第1、2种缺陷仍然没有解决。

发明内容

本发明的提出的是一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其目的在于解决自带热子吸气剂在冲击、振动条件下的丝脚断裂，绝缘颗粒、吸气合金颗粒脱落等问题。

本发明的技术解决方案:一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)陶瓷基座制备：按吸气剂外径尺寸要求制备带凹槽的陶瓷片，并将陶瓷片进行必要的洁净处理和烘干。

2)加热丝制备：将加热丝绕制成外径小于陶瓷基座凹槽宽度的螺旋状，并进行必要的洁净处理。

3)绝缘浆料制备：将绝缘微粉与粘结剂溶液混合，配制绝缘浆料。

4)上下电极制备：将一定厚度的金属片冲压成型，使之可与陶瓷基座紧密配合，上下电极互不相碰并进行必要的洁净处理。

5)热子组件制备：将加热丝盘入陶瓷基座，并且两端伸出；然后将绝缘浆料倒入凹槽，并干燥、成瓷；将陶瓷基座上下表面金属化；将上下电极与陶瓷基座钎焊成一整体，并且加热丝的一端与上电极相连、另一端与下电极相连。

6)吸气组件准备：将一定厚度的金属片冲压成型，使其具有一平坦底面和一个或多个略向轴心倾斜的锚定装置；将锚定装置放入压制模具，添加吸气合金粉末压制成型并脱模；将吸气组件在真空中烧结成型。

7)吸气剂制备：将热子组件与吸气组件在真空或惰性气体保护下通过钎焊连接成一整体。

本发明的优点在于：通过将加热丝内置解决了热子丝脚在径向振动时易疲劳断裂的问题；通过上下金属电极包裹绝缘涂层及陶瓷基座解决了加热丝表面的绝缘涂层易脱落的问题；通过将吸气部件先压制后烧结，然后与热子部件钎焊牢固的技术，避免了吸气合金颗粒脱落的问题。通过本发明方法制备的自带热子吸气剂其可靠性大为增强，满足了特殊电真空器件对自带热子吸气剂可靠性的苛刻要求。

附图说明

图1是本发明实施例1的装置结构示意图。

图中的1是下电极；2是陶瓷基座；3是上电极；4是加热丝；5是绝缘浆料；6是吸气合金；7是锚定装置。

具体实施方式

实施例1

1)陶瓷基座2的制备：按制备吸气剂外径尺寸要求制备带凹槽的95陶瓷片，其凹槽的宽度及深度均为1mm，并将陶瓷片进行必要的洁净处理和烘干。

2)加热丝4的制备：将直径0.1mm的钨钼合金丝绕制成外径0.9mm的螺旋状，并进行必要的洁净处理。

3)绝缘浆料5的制备：将颗粒直径小于10微米的氧化铝粉50g与50g的1.5%的硝化棉乙酸丁酯溶液混合，并球磨6h。

4)上下电极制备：将0.5mm厚的镍片冲压成型，使之可与陶瓷基座紧密配合，上下电极互不相碰并进行必要的洁净处理。

5)热子组件的制备：将加热丝4盘入陶瓷基座2，并且两端伸出；然后将绝缘浆料5倒入凹槽，并干燥、在氢炉中1600℃，保温8min中成瓷；将陶瓷基座上下表面金属化；将上下电极与陶瓷基座钎焊成一整体，并且加热丝的一端与上电极1相连、另一端与下电极3相连。

6)吸气组件制备：将0.2mm的镍片冲压成型，使其成为由一平坦底面和4个宽度为2mm，略向轴心倾斜翅片组成的锚定装置；将锚定装置放入压制模具，添加钼钛吸气合金粉末，并以3吨的压力压制成型并脱模；将吸气组件在优于5×10^-4Pa的真空中900℃保温20min烧结成型。

7)吸气剂制备：将热子组件与吸气组件在优于5×10^-4Pa的真空下通过钎焊连接成一整体。

所述的陶瓷基座是95瓷或99瓷。

所述的加热丝是钨丝或钼丝或钨钼合金丝或钼铼合金丝或钨铼合金丝，丝径0.005到0.5mm。

所述的绝缘微粉是氧化铝粉，粘结剂是质量浓度为1—3%的硝化棉乙酸丁酯溶液，氧化铝粉与粘结剂的重量比为1:2—2:1。

所述的上下电极有金属镍或可伐制成，厚度为0.2-0.6mm。

所述的锚定装置的材料为镍或可伐，厚度为0.1-0.3mm。

所述的吸气粉末为由锆、钛、钇与钒、锰、铁、铝、镍、钼、钴中选取的一种或多种成分的金属粉末，其中钛、钇、锆的总重量与吸气粉末总重量的百分比大于50%，钛、钇、锆的比例任意。

实施例2

只是将实施例1中的步骤6，改成将钼钛吸气合金粉末更换为锆粉与锆钒铁合金粉末的混合物，温度提高到950℃。

实施例3

按现有技术制备自带热子吸气剂。

将直径为0.55mm的钼丝绕制成螺旋状，然后在热丝表面电泳涂覆一层氧化铝，接着在1650℃的氢炉中成瓷10min；将双孔瓷片按要求处理后与热子装配并涂覆钛膏；在真空中烧结成带陶瓷片的加热元件。接着在加热元件表面涂覆钼钛吸气合金粉末的膏体，然后在优于5×10^-4Pa的真空中950℃保温20min烧结成型。

实施例4

按现有技术制备自带热子吸气剂。

将直径为0.55mm的钼丝绕制成螺旋状，然后在两端分别套上绝缘瓷管，然后电泳涂覆一层氧化铝，接着在1650℃的氢炉中成瓷10min。在热子表面涂覆一层锆粉与锆钒铁合金粉末的混合物，将吸气组件在优于5×10^-4Pa的真空中950℃保温20min烧结成型。

实施例5

将实施例1与实施例3的样品按照实际使用时的装配形式固定在振动夹具上，然后在产品的径向和轴向方向分别进行10Hz～2000Hz、0.15g²/Hz的随机振动试验，结果实施例3的样品在径向振动约5min时，丝脚根部即疲劳断裂，而实施例1的样品在径向、轴向各120min的振动试验后，结构完好，重量没有变化。

实施例6

将实施例2与实施例4的样品称重后分别放在无水乙醇中超声振动30min，然后取出干燥称重量变化，观察是否有颗粒脱落。结果实施例2重量减少了0.5mg，而实施例4重量减少了10mg。

综上，用本发明所提出的制备方法所制备的自带热子吸气剂具有比现有技术更高的可靠性。

Claims (7)

1.一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是该方法包括如下步骤:

1)陶瓷基座制备：按吸气剂外径尺寸要求制备带凹槽的陶瓷片，并将陶瓷片进行必要的洁净处理和烘干；

2)加热丝制备：将加热丝绕制成外径小于陶瓷基座凹槽宽度的螺旋状，并进行必要的洁净处理；

3)绝缘浆料制备：将绝缘微粉与粘结剂溶液混合，配制绝缘浆料；

4)上下电极制备：将金属片冲压成型，使之可与陶瓷基座紧密配合，上下电极互不相碰并进行必要的洁净处理；

5)热子组件制备：将加热丝放入凹槽内，并且两端伸出；然后将绝缘浆料倒入凹槽，并干燥、成瓷；将陶瓷基座上下表面金属化；将上下电极与陶瓷基座钎焊成一整体，并且加热丝的一端与上电极相连，加热丝的另一端与下电极相连；

6)吸气组件准备：将金属片冲压成型，使其具有一平坦底面和一个或多个略向轴心倾斜的锚定装置；将锚定装置放入压制模具，添加吸气粉末压制成型并脱模；将吸气组件在真空中烧结成型；

7)吸气剂制备：将热子组件与吸气组件在真空或惰性气体保护下通过钎焊连接成一整体。

2.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的陶瓷基座由95瓷或99瓷组成。

3.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的加热丝是钨丝或钼丝或钨钼合金丝或钼铼合金丝或钨铼合金丝，丝径0.005-0.5mm。

4.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的绝缘微粉是氧化铝粉，粘结剂是质量浓度为1-3%的硝化棉乙酸丁酯溶液，氧化铝粉与粘结剂的重量比为1:2-2:1。

5.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的上下电极由金属镍或可伐制成，厚度为0.2-0.6mm。

6.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的锚定装置的材料为镍或可伐，厚度为0.1-0.3mm。

7.根据权利要求1所述一种高可靠自带热子吸气剂的制备方法，其特征是所述的吸气粉末为由锆、钛、钇与钒、锰、铁、铝、镍、钼、钴中选取的一种或多种成分的金属粉末，其中钛、钇、锆的总重量与吸气粉末总重量的百分比大于50%。