RU2071618C1

RU2071618C1 - Vacuum tube

Info

Publication number: RU2071618C1
Application number: RU94012023A
Authority: RU
Inventors: В.П. Козлов; Ю.С. Шарков; Л.С. Розинский; А.Г. Савченков; В.Н. Буданова; А.Г. Максимов; Е.В. Орлянская; Д.Е. Шарков; А.А. Коренев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Зэлта"
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: electronic devices. SUBSTANCE: gas absorber is flat titanium (or titanium base alloy) part at least one through hole. It is placed between one of tube electrodes and its collector electrode (anode) perpendicular to direction of working electron flow of tube. Some of electrons from flow bombard gas absorber which heats up to 200-400 C. In the process, its sorbing properties greatly increase. When used in multibeam devices, flat part is provided with as many through holes as the number of beams device handles and is placed behind modulator so that each hole passes one of beams. Accelerating electrode potential is applied across mentioned absorbing part and in this case gas absorber also functions as mentioned electrode. EFFECT: provision for using nondiffused heated gas absorber in tubes where is no space for placing separate heat has-absorber unit with separate heat source (heating coil) inside tube envelope. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, а точнее, к конструкции электровакуумных приборов. Более конкретно, предложение относится к конструкции электровакуумного прибора, содержащего нераспыляемый газопоглотитель (геттер). The invention relates to electronic equipment, and more specifically, to the design of electrovacuum devices. More specifically, the proposal relates to the design of an electrovacuum device containing a non-sprayable getter.

Широко известны нераспыляемые газопоглотители, располагаемые внутри откачанной оболочки электровакуумного прибора. Такие газопоглотители изготавливаются обычно на основе металла, обладающего сорбирующими свойствами (титан, цирконий) и способствующего поддержанию высокого вакуума в рабочем объеме прибора на протяжении всего его срока службы. Widely known are non-sprayable getters located inside the evacuated casing of an electrovacuum device. Such getters are usually made on the basis of a metal that has sorbing properties (titanium, zirconium) and helps to maintain a high vacuum in the working volume of the device throughout its entire service life.

Известны также электровакуумные приборы с подогревным газопоглотителем. Такие приборы содержат внутри оболочки нераспыляемый газопоглотитель на основе титана, в состав которого входят две основные детали: собственно газопоглотитель (в виде, например, штабика или пористого тела) и омический нагревательный элемент в виде проволочной спирали (соединенной с подогревателем прибора последовательно или параллельно). Нагрев последнего приводит к нагреву собственного газопоглотителя до сравнительно невысокой температуры (200-350^oC). При этом существенно возрастут сорбционные свойства и возможности нераспыляемого газопоглотителя, что в результате приводит к повышению надежности прибора (снижается вероятность межэлектродных пробоев при ухудшении вакуума) и удлинению срока службы. Подогреваемый титановый газопоглотитель был успешно применен в конструкции электровакуумного прибора СВЧ-диапазона. Такой прибор содержит откачанную оболочку, расположенные внутри нее электроды формирования и управления электронным потоком подогревный источник электронов, коллекторный электрод и подогревный титановый газопоглотитель [1]
Недостатком описанных в [1] подогревных нераспыляемых газопоглотителей является узость области их применения. Они пригодны для тех приборов, у которых внутри оболочки в непосредственной близости от подогревного источника (катода) достаточно места для размещения узла газопоглотителя (включая его нагревательный элемент). Газопоглотитель (в частности, непрерывно работающий нераспыляемый газопоглотитель) целесообразно размещать вблизи от катода, так как при этом обеспечивается в первую очередь сорбция молекул остаточных газов (в том числе и выделяющихся в объем деталей) именно внутри от катода и газопоглотитель защищает катод от воздействия этих газов. В ряде электродных приборов их конструкция не позволяет разместить относительно крупный по объему узел подогреваемого газопоглотителя вместе с нагревательным элементом (спиралью). Достаточно места как исключение лишь в мощных генераторных СВЧ-приборах, в которых и была использована конструкция [1]
Весьма актуальна задача улучшения вакуума в ряде электронно-лучевых приборов, в частности, в современных кинескопах с высокой плотностью тока в электронном потоке. К сожалению, катодный узел электронно-лучевых трубок и примыкающая к нему многоэлектродная система формирования электронного потока и управления им располагается в узкой горловине и при этом междуэлектродные расстояния весьма малы. Таким образом, вблизи от катода нет места для расположения узла подогреваемого газопоглотителя.Electrovacuum devices with a heated getter are also known. Such devices contain a titanium-based non-sprayable getter inside the shell, which consists of two main parts: the getter itself (in the form, for example, of a rod or porous body) and an ohmic heating element in the form of a wire spiral (connected in series or in parallel with the device heater). Heating of the latter leads to the heating of its own getter to a relatively low temperature (200-350 ^o C). At the same time, the sorption properties and capabilities of the non-sprayable getter will significantly increase, which will result in an increase in the reliability of the device (the probability of interelectrode breakdowns with a deterioration in vacuum) and longer service life. The heated titanium getter has been successfully used in the design of the microwave microwave device. Such a device contains an evacuated shell, electrodes for forming and controlling the electron flow located inside it, a heated electron source, a collector electrode, and a heated titanium getter [1]
The disadvantage of the heated non-sprayable getters described in [1] is the narrow scope of their application. They are suitable for those devices in which inside the shell in the immediate vicinity of the heating source (cathode) there is enough space to accommodate the getter unit (including its heating element). It is advisable to place a getter (in particular, a continuously working non-sprayable getter) close to the cathode, since this ensures primarily the sorption of residual gas molecules (including those released into the part volume) precisely inside the cathode and the getter protects the cathode from these gases . In a number of electrode devices, their design does not allow placing a relatively large volume of the heated getter unit together with a heating element (spiral). Enough space as an exception only in high-power microwave devices, in which the design was used [1]
Very urgent is the task of improving the vacuum in a number of electron-beam devices, in particular, in modern picture tubes with a high current density in the electron beam. Unfortunately, the cathode assembly of the cathode ray tubes and the adjacent multi-electrode system for generating and controlling the electron beam are located in a narrow neck and the interelectrode distances are very small. Thus, near the cathode there is no place for the location of the heated getter unit.

Целью изобретения является существенное расширение области применения подогреваемых нераспыляемых газопоглотителей, их использование в таких приборах, в которых ранее они не могли быть использованы по указанной выше причине. К числу таких приборов относятся относительно малогабаритные приборы (приемно усилительные лампы) и электронно-лучевые приборы (электродная система которых заключена в узкую горловину). В частности, возможность использовать подогреваемый титановый газопоглотитель в кинескопах для цветного телевидения позволит, во-первых, значительно продлить срок службы этого дорогостоящего прибора и, во-вторых, создать кинескопы для телевидения высокой четкости (для которых особенно высоки требования к высоте и чистоте вакуума). The aim of the invention is to significantly expand the scope of heated non-sprayable getters, their use in such devices in which they previously could not be used for the above reason. Such devices include relatively small-sized devices (receiving amplifying lamps) and electron-beam devices (the electrode system of which is enclosed in a narrow neck). In particular, the ability to use a heated titanium getter in picture tubes for color television will, firstly, significantly extend the life of this expensive device and, secondly, create picture tubes for high-definition television (for which the requirements for vacuum height and cleanliness are especially high) .

В кинескопах (и в других крупногабаритных приборах) уровень вакуума зависит от большой массы стекла оболочки и металла электродной системы, являющихся источником значительного газовыделения. Самое тщательное обезгаживание кинескопа в процессе его откачки не может устранить непрерывную десорбцию газов с поверхностей стекла и электродов во время хранения кинескопа и его эксплуатации. Практика показала, что даже совместное действие распыляемого (бариевого) и нераспыляемого (титанового) газопоглотителей не обеспечивает эффективного поглощения десорбируемых газов. Существенное повышение сорбирующих возможностей нераспыляемого газопоглотителя в кинескопе возможно лишь при изыскании возможности нагрева газопоглотителя в процессе его эксплуатации. In picture tubes (and in other large-sized devices), the vacuum level depends on the large mass of the glass of the shell and the metal of the electrode system, which are a source of significant gas evolution. The most thorough degassing of the picture tube during its pumping cannot eliminate the continuous desorption of gases from the surfaces of glass and electrodes during storage of the picture tube and its operation. Practice has shown that even the combined action of atomized (barium) and non-atomized (titanium) getters does not provide effective absorption of desorbed gases. A significant increase in the sorbing capabilities of the non-sprayable getter in the kinescope is possible only when finding the possibility of heating the getter during operation.

Указанная выше цель достигается тем, что в электровакуумном приборе, содержащем откачанную оболочку, внутри которой расположены подогревный источник электронов (катод), по крайней мере один электрод формирования и управления электронным потоком, коллекторный электрод (например, анод) и подогревный титановый газопоглотитель, последний выполнен в виде плоской детали из листового материала. Эта деталь по крайней мере частично изготовлена из газопоглощающего материала (титана или его сплавов) и имеет по крайней мере одно сквозное отверстие. Деталь расположена между одним из указанных электродов и коллекторным электродом. При этом плоскость указанной детали перпендикулярна направлению движения электронного потока в приборе. На указанную плоскую деталь подают потенциал, имеющий по отношению к катоду положительное значение. The above goal is achieved by the fact that in an electrovacuum device containing an evacuated shell, inside which there is a heated electron source (cathode), at least one electrode for forming and controlling the electron flow, a collector electrode (for example, an anode) and a heated titanium getter, the latter is made in the form of a flat sheet metal part. This part is at least partially made of a getter material (titanium or its alloys) and has at least one through hole. The part is located between one of these electrodes and the collector electrode. In this case, the plane of the specified part is perpendicular to the direction of motion of the electron beam in the device. A potential having a positive value with respect to the cathode is supplied to said flat part.

Как уже сказано, плоская деталь выполнена из газопоглощающего металла, по крайней мере частично. Она может быть выполнена в виде металлической подложки с пленочным титановым покрытием такого металла, как нержавеющая сталь, никель, молибден или ниобий. Титановое пленочное покрытие может быть нанесено одним из известных способов пленочной технологии с обеспечением при этом прочного сцепления покрытия с подложкой. Плоская деталь может быть изготовлена также из сплава титана с ниобием при содержании последнего в пределах 15-45 мас. Как показала практика, указанный сплав позволяет получить детали механически более жесткие и формоустойчивые при нагреве по сравнению с чистым титаном. Если содержание ниобия ниже 15 мас. повышение формоустойчивости перестает быть заметным. Если ниобия больше 45 мас. газопоглощающие свойства сплава (скорость сорбции, сорбционная емкость) снижаются. Оптимальный состав сплава содержание в нем ниобия 27-33 мас. As already mentioned, the flat part is made of getter metal, at least partially. It can be made in the form of a metal substrate with a film titanium coating of a metal such as stainless steel, nickel, molybdenum or niobium. The titanium film coating can be applied by one of the known methods of film technology while ensuring strong adhesion of the coating to the substrate. A flat part can also be made of an alloy of titanium with niobium with a content of the latter in the range of 15-45 wt. As practice has shown, this alloy allows you to get parts mechanically more rigid and form-stable when heated in comparison with pure titanium. If the niobium content is below 15 wt. increased form stability is no longer noticeable. If niobium is more than 45 wt. the gas absorption properties of the alloy (sorption rate, sorption capacity) are reduced. The optimal composition of the alloy, the content of niobium in it is 27-33 wt.

Указание на то, что плоская деталь изготовлена из листового материала не следует понимать в том смысле, что этот материал обязательно должен быть компактным. Материал детали может иметь также пористую структуру (и при этом иметь плоскую форму). An indication that a flat part is made of sheet material should not be understood in the sense that this material must necessarily be compact. The material of the part may also have a porous structure (and still have a flat shape).

В частном случае использования предложенного подогреваемого газопоглотителя в многолучевом электронно-лучевом приборе, например, в трехлучевом кинескопе для цветного телевидения, газопоглотитель может быть выполнен общим для трех электронно-лучевых систем. В этом случае плоская деталь имеет три отверстия. В приборе плоская деталь установлена таким образом, что центр каждого отверстия совмещен с электронно-оптической осью одной из электронных систем кинескопа. Плоская деталь (газопоглотитель) установлен между модуляторами кинескопа и его фокусирующим электродом. In the particular case of using the proposed heated getter in a multi-beam electron beam device, for example, in a three-beam tube for color television, the getter can be made common to three electron beam systems. In this case, the flat part has three holes. In the device, the flat part is installed in such a way that the center of each hole is aligned with the electron-optical axis of one of the electron tube microscope systems. A flat part (getter) is installed between the kinescope modulators and its focusing electrode.

Целесообразно при этом подавать на указанную плоскую деталь потенциал, равный потенциалу ускоряющего электрода кинескопа. В этом случае газопоглотитель фактически выполняет также и функцию ускоряющего электрода, и, следовательно, отпадает необходимость в собственно ускоряющем электроде. Естественно, что при этом плоская деталь должна соответствовать конструкции ускоряющего электрода кинескопа данного типа. In this case, it is advisable to apply a potential equal to the potential of the accelerating electrode of the picture tube to the indicated flat part. In this case, the getter actually performs the function of an accelerating electrode, and, therefore, there is no need for an accelerating electrode itself. Naturally, in this case, the flat part must correspond to the design of the accelerating electrode of the picture tube of this type.

Для каждого типа электровакуумного прибора экспериментально подбирают такие размеры плоской детали (в частности, диаметра отверстия) и подаваемого на нее положительного потенциала, чтобы при прохождении электронного потока (или электронного луча) сквозь отверстие в детале газопоглотителе часть ускоренных электронов попадала на газопоглотитель. For each type of electrovacuum device, experimentally select such dimensions of the flat part (in particular, the diameter of the hole) and the positive potential supplied to it, so that when an electron beam (or electron beam) passes through the hole in the getter part, some of the accelerated electrons fall on the getter.

Прошедшая сквозь отверстие часть электронов должна быть достаточной для обеспечения работы электровакуумного прибора. Та часть электронов, которая бомбардирует газопоглотитель, нагревает его до температуры 200-400^oC, что соответствует оптимальному температурному диапазону работы титанового газопоглотителя.A part of the electrons passing through the hole should be sufficient to ensure the operation of the electrovacuum device. The part of the electrons that bombards the getter, heats it to a temperature of 200-400 ^o C, which corresponds to the optimal temperature range of the titanium getter.

Таким образом, предложенный подогреваемый газопоглотитель не имеет нагревательной спирали и поэтому его габариты невелики. Благодаря этому и своей плоской форме газопоглотитель легко встраивается в электродную систему вблизи катода и обеспечивает эффективное газопоглощение в первую очередь в этом районе без использования отдельного источника тепла (нагревательной спирали). Thus, the proposed heated getter does not have a heating coil and therefore its dimensions are small. Due to this and its flat shape, the getter is easily integrated into the electrode system near the cathode and provides effective getter absorption primarily in this area without using a separate heat source (heating coil).

На фиг.1 схематически представлен общий случай конструкции электровакуумного прибора; на фиг. 2 один из частных случаев предложенного устройства электронно-лучевой прибор; на фиг.3 одна из возможных конструкций собственно газопоглотителя; на фиг.4 газопоглотитель для трехлучевого кинескопа. Figure 1 schematically shows a General case of the design of an electrovacuum device; in FIG. 2 one of the special cases of the proposed device is an electron beam device; figure 3 one of the possible designs of the actual getter; figure 4 getter for a three-beam picture tube.

Предложенный электровакуумный прибор на фиг.1 имеет оболочку (колбу) 1, внутри которой расположены катодный узел с катодом 2 и подогревателем 3, а также коллекторный электрод (например, анод) 4. Между катодом и анодом расположены электроды прибора. Такими электродами (в зависимости от типа прибора, его назначения и принципа работы) могут быть сетки, элементы электронно-оптической системы или другие электроды, имеющие своим назначением формирование электронного потока и управления им. На фиг.1 приведен случай, когда таких электродов два, но может быть и лишь один такой электрод или их может быть более чем два. На фиг.1 эти электроды обозначены через 5 и 6. Потенциалы на электродах 5 и 6 зависят от конкретного типа прибора. Между одним из электродов и анодом расположен подогреваемый титановый газопоглотитель 7. На фиг. 1 этот газопоглотитель помещен между электродом 5 и электродом 6. В зависимости от конкретной конструкции прибора и его особенностей газопоглотитель, в принципе может быть расположен и между электродом 6 и анодом 4, что не меняет сущности предложения. Газопоглотитель 7 представляет собой плоскую деталь, в которой имеется по крайней мере одно сквозное отверстие. На фиг.3 показан пример выполнения газопоглотителя в виде плоской детали, имеющей форму шайбы. На газопоглотитель 7 подается положительный относительно катода потенциал. Величина этого потенциала подбирается исходя из указанных выше соображений: в результате подачи положительного потенциала на газопоглотитель 7 токораспределение в приборе не должно нарушать работу прибора и выводить его параметры за пределы нормы. При этом часть электронов, бомбардирующих газопоглотитель 7, и их энергия должны разогревать его до температуры 200-400^oC.The proposed electrovacuum device in figure 1 has a shell (flask) 1, inside of which there is a cathode assembly with a cathode 2 and a heater 3, as well as a collector electrode (for example, an anode) 4. Between the cathode and the anode are the electrodes of the device. Such electrodes (depending on the type of device, its purpose and principle of operation) can be grids, elements of an electron-optical system or other electrodes that have the purpose of forming an electron beam and controlling it. Figure 1 shows the case when there are two such electrodes, but there can be only one such electrode, or there can be more than two. In figure 1, these electrodes are indicated by 5 and 6. The potentials on the electrodes 5 and 6 depend on the specific type of device. A heated titanium getter 7 is located between one of the electrodes and the anode. FIG. 1, this getter is placed between the electrode 5 and electrode 6. Depending on the specific design of the device and its features, the getter can, in principle, be located between the electrode 6 and anode 4, which does not change the essence of the proposal. The getter 7 is a flat part in which there is at least one through hole. Figure 3 shows an example of a getter in the form of a flat part having the shape of a washer. A potential positive with respect to the cathode is supplied to the getter 7. The value of this potential is selected based on the above considerations: as a result of applying a positive potential to the getter 7, the current distribution in the device should not interfere with the operation of the device and bring its parameters outside the normal range. In this case, part of the electrons bombarding the getter 7, and their energy should heat it to a temperature of 200-400 ^o C.

На фиг.2 приведен пример использования предложения в одном из электровакуумных приборов электронно-лучевом приборе. Такой прибор может быть однолучевым или многолучевым, например, трехлучевым. На фиг.2 для простоты показана лишь одна электродная система, но в принципе, таких систем может быть, например, три, как это имеет место в трехлучевом кинескопе для цветного телевидения. Здесь так же, как и в общем случае, показанном на фиг.1, прибор имеет оболочку (колбу) 1, внутри нее находятся катод 2 с подогревателем 3 и коллектор электронов 4. В данном случае роль коллекторного электрода выполняет экран кинескопа, его алюминиевое покрытие и электроприводный слой на конической части колбы. В непосредственной близости к катоду расположен модулятор 8 и другие электроды, образующие фокусирующую систему (не показаны). Имеется также фокусирующий электрод 9, показанный на фиг. 2 обобщенно и упрощенно. Газопоглотитель 7 расположен между модулятором 8 и фокусирующим электродом 9 и на него подают положительный потенциал. Если прибор имеет трехлучевую систему, то используемый при этом газопоглотитель показан на фиг. 4. Газопоглотитель выполнен в виде прямоугольной плоской детали 10 с тремя отверстиями. Газопоглотитель устанавливается в электронной системе кинескопа таким образом, что через каждое отверстие по его центру проходит один из лучей кинескопа. Выступы и служат для крепления газопоглотителя. Figure 2 shows an example of the use of the proposal in one of the electrovacuum devices of an electron-beam device. Such a device can be single-beam or multi-beam, for example, three-beam. In Fig. 2, for simplicity, only one electrode system is shown, but in principle, there can be, for example, three such systems, as is the case in a three-beam color television picture tube. Here, as in the general case shown in Fig. 1, the device has a shell (flask) 1, inside it there is a cathode 2 with a heater 3 and an electron collector 4. In this case, the role of the collector electrode is played by the screen of the tube, its aluminum coating and an electric drive layer on the conical part of the bulb. In close proximity to the cathode is a modulator 8 and other electrodes forming a focusing system (not shown). There is also a focusing electrode 9 shown in FIG. 2 generalized and simplified. The getter 7 is located between the modulator 8 and the focusing electrode 9 and it serves a positive potential. If the device has a three-beam system, then the getter used is shown in FIG. 4. The getter is made in the form of a rectangular flat part 10 with three holes. The getter is installed in the electronic system of the tube so that through each hole in its center passes one of the beams of the tube. The protrusions and are used to mount the getter.

Предлагаемый электровакуумный прибор работает следующим образом. На все электроды прибора подаются предусмотренные для него потенциалы. При этом в рабочем объеме прибора образуется электронный поток, ускоряемый от катода в сторону коллекторного электрода (анода). Как уже было сказано, на газопоглотитель 7 подают положительный потенциал. Электроны, сформированные в поток, в основном проходят сквозь отверстие в газопоглотителе 7, но под воздействием положительного потенциала на нем часть их попадает на поверхность газопоглотителя 7 и бомбардируют его. Электронная бомбардировка газопоглотителя 7 (или газопоглотителя 10 в случае трехлучевого прибора) приводит к его нагреву. The proposed electrovacuum device operates as follows. The potentials provided for it are supplied to all electrodes of the device. In this case, an electronic stream is formed in the working volume of the device, accelerated from the cathode towards the collector electrode (anode). As already mentioned, a positive potential is supplied to the getter 7. The electrons formed into the stream mainly pass through the hole in the getter 7, but under the influence of a positive potential on it, some of them get on the surface of the getter 7 and bombard it. Electronic bombardment of getter 7 (or getter 10 in the case of a three-beam device) leads to its heating.

Через некоторое время после начала работы на всех деталях и электродах прибора устанавливается тепловой режим. Этот режим характеризуется умеренным повышением температуры газопоглотителя до 200-400^oC.Some time after the start of work on all parts and electrodes of the device, the thermal mode is established. This mode is characterized by a moderate increase in getter temperature to 200-400 ^o C.

Claims

1. An electrovacuum device containing an evacuated shell, a heated electron source located inside it, an electron flow generation and control system, comprising at least one electrode from the group including modulating, accelerating and focusing electrodes, a collector electrode and a heated titanium getter, characterized in that the heated titanium getter is made in the form of a flat sheet metal part, which has at least one through hole, located between These electrode and the collector electrode in a plane perpendicular to the electron beam and at least partially made of titanium or alloys thereof, wherein said flat member on a potential is positive relative to the cathode.

2. The device according to claim 1, characterized in that said flat part is made of metal taken from a series containing stainless steel, nickel, molybdenum, and a titanium film firmly adhered to it is applied to at least one side of the specified part.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the flat part is made of an alloy with niobium with a content of the latter in the range of 15 to 45 wt.

4. The device according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that when using a heated titanium getter in an electron beam device, such as a picture tube, said flat part is aligned with an accelerating electrode.