一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是該方法包括如下步驟:1)陶瓷基座制備；2)加熱絲制備；3)絕緣漿料制備；4)上下電極制備；5)熱子組件制備；6)吸氣組件準(zhǔn)備；7)吸氣劑制備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過將加熱絲內(nèi)置解決了熱子絲腳在徑向振動(dòng)時(shí)易疲勞斷裂的問題；通過上下金屬電極包裹絕緣涂層及陶瓷基座解決了加熱絲表面的絕緣涂層易脫落的問題；通過將吸氣部件先壓制后燒結(jié)，然后與熱子部件釬焊牢固的技術(shù)，避免了吸氣合金顆粒脫落的問題。通過本發(fā)明方法制備的自帶熱子吸氣劑其可靠性大為增強(qiáng)，滿足了特殊電真空器件對(duì)自帶熱子吸氣劑可靠性的苛刻要求。
【專利說明】一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電真空元器件制造領(lǐng)域、特別涉及一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于獲得、維持真空以及純化氣體等，能有效的吸著某些(種)氣體分子的制劑或裝置通稱為吸氣劑。吸氣劑的主要作用有:⑴短時(shí)間內(nèi)提高真空器件內(nèi)的真空度，有利于縮短排氣時(shí)間；⑵維持器件在儲(chǔ)存和工作期間的真空度；⑶吸收器件在啟動(dòng)和反常工作時(shí)的突發(fā)性放氣，以保護(hù)陰極，延長(zhǎng)器件的壽命；吸氣劑的分類及工作原理:⑴蒸散型吸氣劑:將鋇、鍶、鈣等金屬的鋁合金與如鐵粉、鎳粉、鈦粉的還原劑組成的混合物在真空中加熱，使其中的鋇、鍶、鈣等活性金屬蒸發(fā)出來并在器件的內(nèi)壁冷凝下來形成吸氣薄膜，應(yīng)用最廣泛的是鋇鋁合金與鎳粉的混合物。⑵非蒸散型吸氣劑:將鋯、鈦、釔單質(zhì)或其與釩、鐵、錳、鈷、鋁、鑰、稀土組成的二元或多元合金的粉末在真空中加熱，使其表面的氧化層向內(nèi)部擴(kuò)散，暴露出新鮮表面，應(yīng)用最廣泛的是鋯鋁合金、鋯釩鐵合金。吸氣劑的吸氣機(jī)理主要有:⑴蒸散吸氣:吸氣金屬在受熱蒸散時(shí)，飛濺出來的活性金屬原子與管內(nèi)空間的氣體分子相互碰撞，在碰撞過程中與氣體分子起化學(xué)作用，產(chǎn)生相應(yīng)的化合物，并且沉積在內(nèi)表面上。結(jié)果管內(nèi)空間的氣體濃度減少，殘余氣體大部分被吸收了。⑵表面吸附:當(dāng)氣體分子碰撞固體表面時(shí)，它可能被彈回，也可能被吸附。被吸附的氣體分子可能被吸附得很牢，也可能只被很微弱的力所束縛。⑶內(nèi)部擴(kuò)散:表面吸附的氣體具有較大的表面遷移率，它可以迅速的在整個(gè)表面上擴(kuò)散開來。隨著表面擴(kuò)散的進(jìn)行，在一定的條件下，表面吸附的氣體將解離成原子進(jìn)一步向吸氣金屬內(nèi)部進(jìn)行體擴(kuò)散。蒸散型吸氣劑具有上述1、2、3共三個(gè)吸氣過程，而非蒸散型由于沒有蒸散過程，因此只有2、3兩個(gè)吸氣過程。
[0003]非蒸散型吸氣劑工作之前必須有一個(gè)激活過程，即器件中的吸氣劑在封離之前，必須對(duì)吸氣劑進(jìn)行有效加熱，使其表面的氧化層、碳化層向內(nèi)部擴(kuò)散從而暴露出活性表面，同時(shí)降低其固溶在內(nèi)部的氫氣含量。并且要使非蒸散型吸氣劑有良好的吸氣性能，必須確保表面吸附的氣體能夠迅速解離并向內(nèi)部擴(kuò)散，因此必須要有足夠高的工作溫度。
[0004]目前對(duì)吸氣劑激活方法有三種，一種是通過外界烘烤的熱輻射加熱、一種是用高頻感應(yīng)線圈，使吸氣劑內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流而加熱，再有一種是吸氣劑內(nèi)部埋有熱子，熱子通電后加熱吸氣劑。
[0005]有些器件由于材料、工藝、氣體負(fù)載、壽命等限制，無法使用第一或第二中加熱方法，只能使用第三種方法來達(dá)到激活和長(zhǎng)期提高工作溫度的目的。但是這種方法除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)外，還有更致命的缺點(diǎn):
如最早的美國專利3584253所提出的一種自帶熱子吸氣劑的制備方法，其是將鎢、鑰等加熱絲表面涂覆氧化鋁后，高溫成瓷，然后在熱子外部再燒結(jié)一層吸氣金屬。這種結(jié)構(gòu)和制備方法有如下缺陷:1.裝配時(shí)，僅靠?jī)筛鶡峤z固定吸氣劑，由于吸氣劑頭重腳輕，在有徑向振動(dòng)時(shí)，熱子根部的絲腳容易疲勞斷裂；2.為避免鎢、鑰等加熱絲在氧化鋁成瓷時(shí)的再結(jié)晶而引起脆斷，氧化鋁絕緣層成瓷不徹底，從而使得暴露在吸氣劑外部的氧化鋁在受到?jīng)_擊、振動(dòng)后很容易剝落；3.熱子本身的強(qiáng)度不高，為避免外力破壞熱子表面的絕緣涂層，不能采用先壓制后燒結(jié)的方式來使吸氣劑成型，只能采用松裝燒結(jié)或用膏劑涂覆后再燒結(jié)的方式使吸氣合金成型，從而使得吸氣合金本身的牢固度不夠，在受到?jīng)_擊振動(dòng)的時(shí)候，表面會(huì)有吸氣合金顆粒脫落，特別是熱子根部的吸氣合金。
[0006]而吸氣劑在器件內(nèi)部有顆粒脫落有時(shí)會(huì)帶來毀滅性的的后果，如行波管、X射線管等器件，內(nèi)部電極間加有幾萬甚至上百萬伏的高壓，吸氣劑顆粒脫落后會(huì)造成內(nèi)部打火，瞬間使器件失效。
[0007]為提高自帶熱子吸氣劑的可靠性，美國專利4789309提出了一種新的制備方法，其是將鎢、鑰等加熱絲兩端分別套上成瓷良好的絕緣瓷管，然后在表面涂覆氧化鋁后高溫成瓷，最后在熱子外部再燒結(jié)一層吸氣金屬。這種制備方法解決了早期技術(shù)的第2種缺陷，但是第1、3種缺陷仍然沒有解決。
[0008]為提高自帶熱子吸氣劑的可靠性，中國專利200810116163提出了另一種新的制備方法，其是將鎢、鑰等加熱絲表面涂覆氧化鋁后高溫成瓷，然后將熱子穿過一雙孔陶瓷片后，用鈦膏固定，真空燒結(jié)成固定加熱組件，然后在陶瓷片涂有鈦膏的一面再燒結(jié)一層吸氣金屬。這種制備方法雖然解決了吸氣劑熱子根部的吸氣合金易于脫落的問題，但是其熱子強(qiáng)度仍然不高，不能采用先壓制后燒結(jié)的方法是吸氣劑成型，因此其他表面的吸氣合金牢固度仍然不是很高，并且早期技術(shù)的第1、2種缺陷仍然沒有解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的提出的是一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其目的在于解決自帶熱子吸氣劑在沖擊、振動(dòng)條件下的絲腳斷裂，絕緣顆粒、吸氣合金顆粒脫落等問題。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
I)陶瓷基座制備:按吸氣劑外徑尺寸要求制備帶凹槽的陶瓷片，并將陶瓷片進(jìn)行必要的潔凈處理和烘干。
[0011]2)加熱絲制備:將加熱絲繞制成外徑小于陶瓷基座凹槽寬度的螺旋狀，并進(jìn)行必要的潔凈處理。
[0012]3)絕緣漿料制備:將絕緣微粉與粘結(jié)劑溶液混合，配制絕緣漿料。
[0013]4)上下電極制備:將一定厚度的金屬片沖壓成型，使之可與陶瓷基座緊密配合，上下電極互不相碰并進(jìn)行必要的潔凈處理。
[0014]5)熱子組件制備:將加熱絲盤入陶瓷基座，并且兩端伸出；然后將絕緣漿料倒入凹槽，并干燥、成瓷；將陶瓷基座上下表面金屬化；將上下電極與陶瓷基座釬焊成一整體，并且加熱絲的一端與上電極相連、另一端與下電極相連。
[0015]6)吸氣組件準(zhǔn)備:將一定厚度的金屬片沖壓成型，使其具有一平坦底面和一個(gè)或多個(gè)略向軸心傾斜的錨定裝置；將錨定裝置放入壓制模具，添加吸氣合金粉末壓制成型并脫模；將吸氣組件在真空中燒結(jié)成型。
[0016]7)吸氣劑制備:將熱子組件與吸氣組件在真空或惰性氣體保護(hù)下通過釬焊連接成一整體。[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過將加熱絲內(nèi)置解決了熱子絲腳在徑向振動(dòng)時(shí)易疲勞斷裂的問題；通過上下金屬電極包裹絕緣涂層及陶瓷基座解決了加熱絲表面的絕緣涂層易脫落的問題；通過將吸氣部件先壓制后燒結(jié)，然后與熱子部件釬焊牢固的技術(shù)，避免了吸氣合金顆粒脫落的問題。通過本發(fā)明方法制備的自帶熱子吸氣劑其可靠性大為增強(qiáng)，滿足了特殊電真空器件對(duì)自帶熱子吸氣劑可靠性的苛刻要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中的I是下電極；2是陶瓷基座；3是上電極；4是加熱絲；5是絕緣衆(zhòng)料；6是吸氣合金；7是錨定裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
I)陶瓷基座2的制備:按制備吸氣劑外徑尺寸要求制備帶凹槽的95陶瓷片，其凹槽的寬度及深度均為1mm，并將陶瓷片進(jìn)行必要的潔凈處理和烘干。
[0021]2)加熱絲4的制備:將直徑0.1mm的鎢鑰合金絲繞制成外徑0.9mm的螺旋狀，并進(jìn)行必要的潔凈處理。
[0022]3)絕緣漿料5的制備:將顆粒直徑小于10微米的氧化鋁粉50g與50g的1.5%的硝化棉乙酸丁酯溶液混合，并球磨6h。
[0023]4)上下電極制備:將0.5mm厚的鎳片沖壓成型，使之可與陶瓷基座緊密配合，上下電極互不相碰并進(jìn)行必要的潔凈處理。
[0024]5)熱子組件的制備:將加熱絲4盤入陶瓷基座2，并且兩端伸出；然后將絕緣漿料5倒入凹槽，并干燥、在氫爐中1600°C，保溫Smin中成瓷；將陶瓷基座上下表面金屬化；將上下電極與陶瓷基座釬焊成一整體，并且加熱絲的一端與上電極I相連、另一端與下電極3相連。
[0025]6)吸氣組件制備:將0.2mm的鎳片沖壓成型，使其成為由一平坦底面和4個(gè)寬度為2_，略向軸心傾斜翅片組成的錨定裝置；將錨定裝置放入壓制模具，添加鑰鈦吸氣合金粉末，并以3噸的壓力壓制成型并脫模；將吸氣組件在優(yōu)于5X KT4Pa的真空中900°C保溫20min燒結(jié)成型。
[0026]7)吸氣劑制備:將熱子組件與吸氣組件在優(yōu)于5X 10_4Pa的真空下通過釬焊連接成一整體。
[0027]所述的陶瓷基座是95瓷或99瓷。
[0028]所述的加熱絲是鎢絲或鑰絲或鎢鑰合金絲或鑰錸合金絲或鎢錸合金絲，絲徑
0.005 到 0.5mm。
[0029]所述的絕緣微粉是氧化鋁粉，粘結(jié)劑是質(zhì)量濃度為I一3%的硝化棉乙酸丁酯溶液，氧化鋁粉與粘結(jié)劑的重量比為1:2 — 2:1。
[0030]所述的上下電極有金屬鎳或可伐制成，厚度為0.2-0.6mm。
[0031]所述的錨定裝置的材料為鎳或可伐，厚度為0.1-0.3mm。
[0032]所述的吸氣粉末為由鋯、鈦、釔與釩、錳、鐵、鋁、鎳、鑰、鈷中選取的一種或多種成分的金屬粉末，其中鈦、釔、鋯的總重量與吸氣粉末總重量的百分比大于50%，鈦、釔、鋯的比例任意。
[0033]實(shí)施例2
只是將實(shí)施例1中的步驟6，改成將鑰鈦吸氣合金粉末更換為鋯粉與鋯釩鐵合金粉末的混合物，溫度提高到950°C。
[0034]實(shí)施例3
按現(xiàn)有技術(shù)制備自帶熱子吸氣劑。
[0035]將直徑為0.55mm的鑰絲繞制成螺旋狀，然后在熱絲表面電泳涂覆一層氧化鋁，接著在1650°C的氫爐中成瓷IOmin ;將雙孔瓷片按要求處理后與熱子裝配并涂覆鈦膏；在真空中燒結(jié)成帶陶瓷片的加熱元件。接著在加熱元件表面涂覆鑰鈦吸氣合金粉末的膏體，然后在優(yōu)于5 X KT4Pa的真空中950°C保溫20min燒結(jié)成型。
[0036]實(shí)施例4
按現(xiàn)有技術(shù)制備自帶熱子吸氣劑。
[0037]將直徑為0.55mm的鑰絲繞制成螺旋狀，然后在兩端分別套上絕緣瓷管，然后電泳涂覆一層氧化鋁，接著在1650°C的氫爐中成瓷lOmin。在熱子表面涂覆一層鋯粉與鋯釩鐵合金粉末的混合物，將吸氣組件在優(yōu)于5X 10_4Pa的真空中950°C保溫20min燒結(jié)成型。
[0038]實(shí)施例5
將實(shí)施例1與實(shí)施例3的樣品按照實(shí)際使用時(shí)的裝配形式固定在振動(dòng)夾具上，然后在產(chǎn)品的徑向和軸向方向分別進(jìn)行IOHz?2000Hz、0.15g2/Hz的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果實(shí)施例3的樣品在徑向振動(dòng)約5min時(shí)，絲腳根部即疲勞斷裂，而實(shí)施例1的樣品在徑向、軸向各120min的振動(dòng)試驗(yàn)后,結(jié)構(gòu)完好,重量沒有變化。
[0039]實(shí)施例6
將實(shí)施例2與實(shí)施例4的樣品稱重后分別放在無水乙醇中超聲振動(dòng)30min，然后取出干燥稱重量變化，觀察是否有顆粒脫落。結(jié)果實(shí)施例2重量減少了 0.5mg,而實(shí)施例4重量減少了 IOmg0
[0040]綜上，用本發(fā)明所提出的制備方法所制備的自帶熱子吸氣劑具有比現(xiàn)有技術(shù)更高的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是該方法包括如下步驟: 1)陶瓷基座制備:按吸氣劑外徑尺寸要求制備帶凹槽的陶瓷片，并將陶瓷片進(jìn)行必要的潔凈處理和烘干； 2)加熱絲制備:將加熱絲繞制成外徑小于陶瓷基座凹槽寬度的螺旋狀，并進(jìn)行必要的潔凈處理； 3)絕緣漿料制備:將絕緣微粉與粘結(jié)劑溶液混合，配制絕緣漿料； 4)上下電極制備:將金屬片沖壓成型，使之可與陶瓷基座緊密配合，上下電極互不相碰并進(jìn)行必要的潔凈處理； 5)熱子組件制備:將加熱絲盤入陶瓷基座，并且兩端伸出；然后將絕緣漿料倒入凹槽，并干燥、成瓷；將陶瓷基座上下表面金屬化；將上下電極與陶瓷基座釬焊成一整體，并且加熱絲的一端與上電極相連，加熱絲的另一端與下電極相連； 6)吸氣組件準(zhǔn)備:將金屬片沖壓成型，使其具有一平坦底面和一個(gè)或多個(gè)略向軸心傾斜的錨定裝置；將錨定裝置放入壓制模具，添加吸氣粉末壓制成型并脫模；將吸氣組件在真空中燒結(jié)成型； 7)吸氣劑制備:將熱子組件與吸氣組件在真空或惰性氣體保護(hù)下通過釬焊連接成一整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的陶瓷基座是95瓷或99瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的加熱絲是鶴絲或鑰絲或鶴鑰合金絲或鑰錸合金絲或鶴錸合金絲，絲徑0.005到0.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的絕緣微粉是氧化鋁粉，粘結(jié)劑是質(zhì)量濃度為I 一 3%的硝化棉乙酸丁酯溶液，氧化鋁粉與粘結(jié)劑的重量比為1:2一2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的上下電極有金屬鎳或可伐制成，厚度為0.2-0.6_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的錨定裝置的材料為鎳或可伐，厚度為0.1-0.3_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高可靠自帶熱子吸氣劑的制備方法，其特征是所述的吸氣粉末為由鋯、鈦、乾與銀、猛、鐵、招、鎳、鑰、鈷中選取的一種或多種成分的金屬粉末，其中鈦、釔、鋯的總重量與吸氣粉末總重量的百分比大于50%。
【文檔編號(hào)】H01J9/00GK103489733SQ201310371793
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】郭衛(wèi)斌, 薛函迎, 柴云川, 王瀏杰 申請(qǐng)人:南京華東電子真空材料有限公司