RU1634044C

RU1634044C - Process of manufacture of porous metal cathodes

Info

Publication number: RU1634044C
Authority: RU
Inventors: И.П. Мельников; Д.А. Усанов
Original assignee: ГНПП "Алмаз"
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: for increase of reliability of cathodes and output of good quality articles annealing of powder is conducted after grinding of sinter by production of test pellet from annealed powder with thickness of 2.0-3.3 mm pressed under specific pressure of 2,8 t/cm². Powder which specific pressure of air flow through test pellet is ≅ 0,45 kg/cm² . is considered good. Additional test pellets are produced from good powder with thickness 2.0-3.3 mm under specific pressure within interval 2,2-4 t/cm² for powder having average value of grains 1.0-1.5 μm and pressure from 2,8-6 t/cm² for powder with average value of grains 2.5-3.0 μm to obtain porosity of working pellets in interval of 28-19%. Then air bubbles are forced through them, interval of specific pressure of air flow is measured. Specific pressing pressure of working pellets is chosen equal to value of specific pressing pressure of additional test pellet which has specific pressure of air flow 0,45-0,6 kg/cm². EFFECT: increased reliability of cathodes, increased output of good articles. 4 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления металлопористых катодов для электровакуумных приборов. The invention relates to electronic equipment, and in particular to methods for the manufacture of metal-porous cathodes for electrovacuum devices.

Целью изобретения является повышение надежности катодов и выхода годных. The aim of the invention is to increase the reliability of the cathodes and yield.

Способ осуществляется следующим образом. Вольфрамовый порошок отжигают при температуре 1650^оС в течение 3 ч, а затем размалывают спек в яшмовой шаровой мельнице в течение 15 мин. Отжиг при более низкой температуре не приводит к необходимым изменениям в порошке вольфрама. Отжиг при температуре 1650^оС, как правило, способствует исчезновению субмикронной фракции, изменению тонкой структуры частиц и, как следствие, дезактивации порошка. Однако полное протекание этих процессов при температуре 1650^оС происходит не во всех партиях промышленного вольфрамового порошка. Поэтому вольфрамовый порошок разных партий после термомеханической обработки при температуре отжига 1650^оС отличается нестабильной активностью и гранулометрическим составом, что выявляется на операции контроля конечной пористости спеченных рабочих таблеток методом пропитки в дистиллированной воде. На некоторых партиях порошка брак по пористости достигает 75%.The method is as follows. Tungsten powder is annealed at a temperature of 1650 ^C for 3 hours, and then milled frit in an agate ball mill for 15 min. Annealing at a lower temperature does not lead to the necessary changes in the tungsten powder. Annealing at 1650 ^{° C,} usually promotes the disappearance of submicron fraction change in the fine particle structure and as a result, decontamination powder. However, the total flow of these processes at a temperature of 1650 ^{° C} does not occur in all industrial batches tungsten powder. Therefore tungsten powder batches after different thermomechanical processing at an annealing temperature ^of 1650 C differs unstable activity and particle size distribution that is detected to control the final porosity of the sintered working operations by impregnating pellets in distilled water. On some batches of powder, the defect in porosity reaches 75%.

Применение более высокой температуры отжига по всех партиях промышленного порошка приводит к значительным потерям (более 30-50% от массы загрузки), так как активный в исходном состоянии порошок вольфрама образует после спекания прочные конгломераты, не поддающиеся последующему размолу. The use of a higher annealing temperature for all batches of industrial powder leads to significant losses (more than 30-50% of the load mass), since tungsten powder in its initial state forms strong conglomerates after sintering that are not amenable to subsequent grinding.

После размола спека из отожженного порошка проводят контроль качества порошка методом продавливания пузырьков воздуха через пробные таблетки. Для этого готовят пробные таблетки толщиной 2,0-3,4 мм путем прессования при давлении 2,8 т/см² и измеряют величину давления протекания воздуха через них. Из результатов исследований, которые приведены в табл. 1, следует, что при давлении протекания пузырьков воздуха ≅ 0,45 кг/см² выход годных таблеток больше 80%, и такой вольфрамовый порошок считается годным. Если величина давления протекания > 0,45 кг/см², выход годных таблеток оказывается значительно ниже 80%. Это связано с тем, что при давлениях протекания воздуха через пробные таблетки более 0,45 кг/см² в порошке остается значительное количество субмикронной фракции и сохраняется высокая активность порошка. Поэтому такой порошок ступенчато отжигают с подъемом температуры на 25^оС до конечной температуры 1700^оС в течение 3 ч, проводят размол спека и повторяют контроль качества отжига порошка после каждой ступени.After grinding the cake from the annealed powder, the quality of the powder is controlled by forcing air bubbles through test tablets. To do this, prepare test tablets with a thickness of 2.0-3.4 mm by pressing at a pressure of 2.8 t / cm ² and measure the pressure of the air flowing through them. From the results of the studies, which are given in table. 1, it follows that at a pressure of air bubbles ≅ 0.45 kg / cm ^{2, the} yield of suitable tablets is more than 80%, and such a tungsten powder is considered suitable. If the leakage pressure is> 0.45 kg / cm ² , the yield of suitable tablets is significantly lower than 80%. This is due to the fact that at pressures of air flowing through the test tablets of more than 0.45 kg / cm ² , a significant amount of the submicron fraction remains in the powder and the high activity of the powder remains. Therefore, this powder is annealed stepwise elevation of temperature of 25 ^{° C} to a final temperature ^of 1700 C for 3 h, the grinding is carried out and the cake quality control is repeated annealing the powder after each stage.

Повышение температуры более чем на 25^оС нецелесообразно, ввиду возможных значительных потерь вольфрамового порошка из-за высокой прочности спека, полученного из активных порошков вольфрама. Таблетки толщиной 2-3,3 мм, спрессованные при удельном усилиии прессования 2,8 т/см², выбраны для контроля качества порошка, потому что они являются универсальными для обеих фракций (А и Б) порошка вольфрама.Increasing the temperature over 25 ^{° C} is impractical, in view of the possible significant loss of tungsten powder due to the high strength sinter obtained from the active tungsten powders. Tablets with a thickness of 2-3.3 mm, pressed with a specific pressing force of 2.8 t / cm ² , are selected for quality control of the powder, because they are universal for both fractions (A and B) of tungsten powder.

Для получения пористости рабочих таблеток в интервале 28-19% изготавливают дополнительные пробные таблетки из годного вольфрамового порошка толщиной 2-3,3 мм при удельных усилиях прессования в интервале 2,2-4 т/см² для порошка со средней величиной зерна 1-1,5 мкм и 2,8-6 т/см² для порошка со средней величиной зерна 2,5-3 мкм, продавливают через них пузырьки воздуха, выбирая удельное усилие прессования рабочих таблеток равным величине удельного усилия прессования дополнительной пробной таблетки, у которой давление протекания воздуха 0,45-0,6 кг/см². Это подтверждается данными, приведенными в табл. 2-4.To obtain the porosity of the working tablets in the range of 28-19%, additional test tablets are made of suitable tungsten powder with a thickness of 2-3.3 mm with specific pressing forces in the range of 2.2-4 t / cm ² for a powder with an average grain size of 1-1 , 5 microns and 2.8-6 t / cm ² for a powder with an average grain size of 2.5-3 microns, air bubbles are forced through them, choosing the specific pressing force of the working tablets equal to the specific pressing force of the additional test tablet, in which the pressure air flow 0.45-0.6 kg / cm ² . This is confirmed by the data given in table. 2-4.

Пример. Для изготовления металлопористого катода проводили отжиг, размол спека и прессование порошка вольфрама марки ВЧДК фракции А (ТУ 48-19-70-84) двух партий: 1836 и 492 и фракции Б партии 220, отличающихся между собой по гранулометрическому составу. Свободно насыпанный порошок вольфрама отжигали при температуре 1650^оС в течение 3 ч. Среда отжига - осушенный водород (точка росы ≅ - 45^оС). После отжига проводили размол спека, образовавшегося в процессе отжига, в стандартном оборудовании - яшмовой шаровой мельнице емкостью 1 л. Режим размола: объем загрузки 2/3 объема барабана, соотношение массы мелющих тел и порошка 1:1, линейная скорость вращения стенок барабана 0,4 м/с, время размола 15 мин.Example. For the manufacture of a metal-porous cathode, annealing, grinding of cake and pressing of tungsten powder of the VChDK grade of fraction A (TU 48-19-70-84) of two lots: 1836 and 492 and fraction B of party 220, differing in particle size distribution, were performed. Available rolled in tungsten powder is annealed at a temperature of 1650 ^C for 3 hours annealing Wednesday -. Dehumidified hydrogen (dew point ≅ - 45 ° ^C). After annealing, the cake formed during the annealing was milled in standard equipment — a 1-liter jasper ball mill. Grinding mode: loading volume 2/3 of the drum volume, the ratio of the mass of grinding media and powder is 1: 1, the linear velocity of rotation of the walls of the drum is 0.4 m / s, the grinding time is 15 min.

Качество термомеханической обработки проверяли методом продавливания пузырьков воздуха через пробные таблетки, которые прессовали при давлении 2,8 т/см² в нестандартной разборной пресс-форме с внутренним диаметром матрицы 5,6 Н9^(+0,03)мм, используя навески 0,67+0,1 г (см. табл. 1).The quality of thermomechanical processing was checked by pressing air bubbles through test tablets, which were pressed at a pressure of 2.8 t / cm ² in a non-standard collapsible mold with an internal diameter of 5.6 N9 ^(+0.03) mm using 0.67 +0.1 g (see table. 1).

Пробные таблетки, изготовленные из порошка фракции А партии 1836, имели давление протекания воздуха 0,4 кг/см², а из партии 492 0,46 кг/см², пробные таблетки, изготовленные из порошка акции Б партии 220, 0,54 кг/см². Спекание пробных таблеток проводили в печи типа ОКБ-8087. Температура спекания 2000^оС, выдержка 30 мин. Проверку открытой пористости катодов проводили методом пропитки таблеток дистиллированной водой. Процент выхода годных таблеток (пористость 30+2%) на порошке партии 1836 80%, партии 492 25%, партии 220 10%.Test tablets made from powder of fraction A of party 1836 had an air flow pressure of 0.4 kg / cm ² , and from a batch of 492 0.46 kg / cm ² , test tablets made from powder of stock B of party 220, 0.54 kg / cm ² . Sintering of test tablets was carried out in an OKB-8087 type furnace. Sintering temperature 2000 ^о С, holding time 30 min. The open porosity of the cathodes was checked by impregnating the tablets with distilled water. The percentage of suitable tablets (porosity 30 + 2%) on a batch powder of 1836 80%, a batch of 492 25%, a batch of 220 10%.

Порошок партии 492 отжигали повторно при температуре 1675^оС в течение 3 ч, размалывали, проверяли давление протекания воздуха (Р=0,43-0,44 кг/см²). Из повторно отожженного порошка партии 492 прессовали и спекали таблетки. Процент выхода годных спеченных таблеток повысился с 25 до 80%.492 powder batch annealed again at a temperature of 1675 ^C for 3 hours, milled, checked air flow pressure (P = 0,43-0,44 kg / cm ^2). From re-annealed powder, batch 492 was compressed and sintered. The percentage of yield of sintered tablets increased from 25 to 80%.

Из табл. 1 видно, что только применение трехкратной термомеханической обработки порошка фракции Б партии 220 с последовательным повышением температуры на 25^оС (от 1650 до 1700^оС) ведет к получению высокого процента выхода годных по пористости каркасов (92%). При этом давление протекания воздуха через пробную таблетку снизилось от 0,54 до 0,45 гкг/см². Для получения каркасов с конечной пористостью 26-28, 22-26, 19-22% из годных порошков фракции А партии 1836, 492 и фракции Б партии 220 прессовали дополнительные таблетки, используя навески 0,67±0,1 г и пресс-форму с внутренним диаметром матрицы 5,6 Н9^(+0,03) мм, при удельных давлениях 2,6; 2,8; 3,2; 3,5; 4; 6 г/см² для фракции А, при давлениях 2,2; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5 для фракции Б. После проверки давлений протекания воздуха через пробные таблетки спекали и определяли их конечную пористость методом пропитки в дистиллированной воде с последующим взвешиванием (см. табл. 4).From the table. 1 shows that the use of only three times the thermomechanical processing of the powder fraction B party 220 consistent with an increase in temperature at ²⁵ ° C (1650 to 1700 ° ^C) leads to a high percentage yield of scaffolds porosity (92%). The pressure of air flowing through the test tablet decreased from 0.54 to 0.45 gkg / cm ² . To obtain scaffolds with a final porosity of 26-28, 22-26, 19-22% from suitable powders of fraction A of lot 1836, 492 and fraction B of lot 220, additional tablets were pressed using weights 0.67 ± 0.1 g and a compression mold with an inner diameter of the matrix of 5.6 N9 ^(+0.03) mm, with specific pressures of 2.6; 2.8; 3.2; 3.5; 4; 6 g / cm ² for fraction A, at pressures of 2.2; 2.6; 2.8; 3.0; 3.2; 3.5 for fraction B. After checking the pressures of air flowing through the test tablets, they were sintered and their final porosity was determined by the method of impregnation in distilled water, followed by weighing (see Table 4).

Из табл. 4 видно, что давлению протекания воздуха 0,4-0,45 кг/см²через пробную таблетку соответствует конечная пористость рабочих таблеток 28-32%, давлению 0,45-0,46 кг/см² 26-28%, давлению 0,46-0,49 кг/см² 22-26%, давлению 0 ,49-0,6 кг/см² 19-22% независимо от фракции отожженного порошка ВЧДК. Рабочие таблетки пропитывали алюминатом бария-кальция 2ВаО·0,5 СаО˙Al₂O₃, затем токарной обработкой из них готовили диски нужных размеров, которые крепились в молибденовый стакан. В процессе изготовления катодов контролировали также объемную усадку и однородность пористой структуры. Активность порошка партии 492 фракции А, выражаемая в данном случае как изменение объема при спекании, после повторного отжига снизилась с 13,5 до 10%, а выход годного по качеству пористой структуры увеличился с 25 до 80%. Объемная усадка порошка партии 220 фракции Б снизилась с 15 до 13%, а выход годных повысился с 10 до 92%.From the table. Figure 4 shows that the pressure of air flow of 0.4-0.45 kg / cm ² through the test tablet corresponds to the final porosity of the working tablets 28-32%, pressure 0.45-0.46 kg / cm ² 26-28%, pressure 0 , 46-0.49 kg / cm ² 22-26%, pressure 0, 49-0.6 kg / cm ² 19-22%, regardless of the fraction of the annealed powder VChDK. The working tablets were impregnated with barium-calcium aluminate 2BaO · 0.5 CaO˙Al ₂ O ₃ , then, by turning, they were used to prepare disks of the required size, which were mounted in a molybdenum glass. During the cathode manufacturing process, volumetric shrinkage and porous structure uniformity were also controlled. The activity of powder of a batch of 492 fraction A, expressed in this case as a change in volume during sintering, after repeated annealing decreased from 13.5 to 10%, and the yield of a suitable porous structure increased from 25 to 80%. Volumetric shrinkage of the powder of the batch 220 of fraction B decreased from 15 to 13%, and the yield increased from 10 to 92%.

Использование предлагаемого способа производства металлопористых катодов позволяет по сравнению с известными увеличить процент выхода одних изделий с 10-25 до 80% , значительно снизить трудоемкость процесса выбора удельного усилия прессования рабочих таблеток с заданной конечной пористостью. Using the proposed method for the production of metal-porous cathodes, in comparison with the known methods, it is possible to increase the yield of some products from 10-25 to 80%, significantly reduce the complexity of the process of choosing the specific pressing force of working tablets with a given final porosity.

Использованный в предлагаемом способе изготовления металлопористых катодов метод продавливания пузырьков воздуха через пробные таблетки приемлем для контроля качества отжига порошка и выбора удельного усилия прессования рабочих таблеток из порошка со стабилизированными гранулометрическим составом и активностью. The method of forcing air bubbles through test tablets used in the proposed method for manufacturing metal-porous cathodes is acceptable for controlling the quality of powder annealing and choosing the specific pressing force of working tablets from powder with stabilized particle size distribution and activity.

Предлагаемый способ изготовления металлопористых катодов более экономичен, а ЭВП СВЧ, использующие такие катоды, обладают повышенной надежностью. The proposed method for the manufacture of metal-porous cathodes is more economical, and microwave EECs using such cathodes have increased reliability.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING METALLOPOROUS CATHODES from tungsten powder, including annealing the initial powder at a temperature of 1650 ^° C for 3 hours, grinding cake, pressing tablets from the obtained powder, sintering them in an oxidizing medium and impregnating the sintered tablets with an emission-active substance, characterized in that that, in order to increase the reliability of the cathodes and yield, after grinding the cake, quality control of the powder annealing is carried out by making a test tablet from annealed powder with a thickness of 2 - 3.3 mm, Anna at a specific compression force of 2.8 t / cm ^2, counting fit powder, which air flow through the pressure test tablet ≅ 0,45 kg / cm ^2.

2. The method according to claim 1, characterized in that at a pressure of air flowing through the test tablet> 0.45 kg / cm ² , repeated step-by-step annealing of the powders is carried out with a temperature increase at each stage of 25 ^o C to a final temperature not exceeding 1700 ^o C, when controlling the quality of the powder annealing after each stage.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that, in order to obtain the porosity of the working tablets in the range of 29 - 19%, additional test tablets are made from suitable powder with a thickness of 2 - 3.3 mm with specific pressing forces in the range of 2, 2 - 4 t / cm ² for a powder with an average grain size of 1 - 1.5 μm and 2.8 - 6 t / cm ² for a powder with an average grain size of 2.5 - 3 μm, air bubbles are forced through them, the interval is measured pressure of air flow, choosing the specific pressing force of the working tablets equal to the value of the specific pressing force of additional ADDITIONAL tablet trial, in which the air flow pressure in the range of 0.45 - 0.6 kg / cm ^2.