如何克服釷鎢燈絲電子管的陰極濺散
本文通過(guò)對(duì)釷鎢燈絲電子管陰極濺散問(wèn)題的分析及避免陰極濺散問(wèn)題的探討，總結(jié)影響電子管陰極濺散的幾種因素，制定合理而科學(xué)的工藝規(guī)范，從而選用最佳的工藝方案，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
釷鎢陰極電子管在老煉過(guò)程中曾有以下現(xiàn)象發(fā)生：當(dāng)加上高壓，管內(nèi)有電流流通時(shí)，板流會(huì)逐漸下降，在數(shù)分鐘內(nèi)即可使電流從數(shù)百毫安降到數(shù)十毫安。生產(chǎn)中習(xí)慣把這種現(xiàn)象叫做陰流下降或發(fā)射下降。然而，當(dāng)把陽(yáng)極高壓降為零，其余各電極電壓亦降為零，僅加上燈絲電壓(額定值或額定值的120%～130%均可)連續(xù)老煉5至10min，然后再加上各極高壓，板流仍可恢復(fù)到正常值。但是，馬上又可能出現(xiàn)板流下降現(xiàn)象。如果再次重復(fù)上面的操作，又會(huì)出現(xiàn)一次板流由正常值下降的過(guò)程，這種現(xiàn)象就是陰極濺散現(xiàn)象。
1、陰極濺散情況分析
陰極濺散是氣體沒(méi)有排盡造成的，但此時(shí)殘余氣體的壓力并不高，否則將會(huì)出現(xiàn)板流劇增甚至放電現(xiàn)象。陰極濺散在生產(chǎn)中有時(shí)發(fā)生，并往往伴有陰極中毒或管內(nèi)蘭光的廢品同時(shí)出現(xiàn)。前一段時(shí)間，900F型電子管零板流下降的廢品較多，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，其中有的零板流下降的管子就是因?yàn)殛帢O濺散造成的。把零板流下降的管子重新進(jìn)行燈絲老煉后，得到以下四種結(jié)果：①有的管子零板流又可恢復(fù)到原來(lái)的板流值，但是接著又出現(xiàn)板流下降的現(xiàn)象，如此反復(fù)循環(huán)；②經(jīng)老煉后板流不能恢復(fù)，這是陰極中毒的表現(xiàn)；③對(duì)管子采用動(dòng)態(tài)高壓老煉，氣體被吸氣劑(鉭罩)吸收，經(jīng)15至30min動(dòng)態(tài)老煉后，再對(duì)燈絲進(jìn)行老煉，則可以使板流恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值，并可穩(wěn)定工作；④經(jīng)動(dòng)態(tài)老煉后，零板流不能恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值，可能出現(xiàn)零板流比原來(lái)稍小，但仍在合格范圍之內(nèi)，并不出現(xiàn)板流反復(fù)下降的現(xiàn)象，再經(jīng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)完全可以穩(wěn)定工作。
上述試驗(yàn)中第1類(lèi)管子即是陰極濺散的表現(xiàn)，當(dāng)氣體分子在高速電子撞擊下，被電離為正離子和電子，正離子向陰極運(yùn)動(dòng)，轟擊陰極表面，使活性層被轟掉，發(fā)射下降；但當(dāng)對(duì)燈絲進(jìn)行老煉時(shí)，活性原子---Th原子又有機(jī)會(huì)擴(kuò)散到燈絲表面，從而發(fā)射又恢復(fù)。這時(shí)重新測(cè)試，板流又恢復(fù)，但電流的流通又會(huì)使氣體釋放出并發(fā)生電離，正離子又轟擊陰極，活性層重新受到破壞，電流又下降，如此反復(fù)。第2類(lèi)管子不能恢復(fù)發(fā)射是因?yàn)樵诘谝淮螠y(cè)試時(shí)不僅有陰極濺散現(xiàn)象發(fā)生，而且情況較嚴(yán)重，出現(xiàn)了陰極中毒，負(fù)電性離子使陰極表面氧化或逸出功增高，從而發(fā)射不能恢復(fù)。
第3類(lèi)試驗(yàn)是想以提高管內(nèi)真空度，消除造成陰極濺散和陰極中毒的根源來(lái)克服板流下降現(xiàn)象。當(dāng)?shù)谝淮螠y(cè)試時(shí)，只要陰極沒(méi)有中毒，僅僅是部分活性層被轟掉，那么動(dòng)態(tài)老煉時(shí)適當(dāng)提高燈絲電壓，以加速內(nèi)部Th原子向表面擴(kuò)散的速度，則可以使動(dòng)態(tài)試驗(yàn)得以進(jìn)行，這樣吸氣劑就可以處于工作溫度之下，從而把殘余氣體吸收掉，提高了真空度；再對(duì)燈絲進(jìn)行適當(dāng)老煉，使整個(gè)燈絲表面都有一層活性物質(zhì)，以提高陰極發(fā)射能力。這樣處理的電子管，有的則可完全恢復(fù)到正常水平，并能穩(wěn)定工作。此外，其中有的管子經(jīng)處理后不能恢復(fù)到原來(lái)發(fā)射能力，而是比原來(lái)低，但是卻可以穩(wěn)定地工作。這就是上述第4類(lèi)管子。這種現(xiàn)象說(shuō)明在測(cè)試過(guò)程中，燈絲已經(jīng)部分的中毒或輕微中毒，即使氣體最終已被吸氣劑吸收，不會(huì)再發(fā)生陰極濺散，而發(fā)射能力也不可能恢復(fù)到原有水平。
除上述四種情況外，還有一部分管子無(wú)論經(jīng)過(guò)何種處理，發(fā)射能力始終不會(huì)提高，說(shuō)明陰極已經(jīng)完全中毒。此外，在處理過(guò)程中，發(fā)射能力不斷下降的現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮，這是零件去氣太差，在處理過(guò)程中不斷釋放出氣體所造成的。
2、防止陰極濺散應(yīng)采取的措施
要解決陰極濺散問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是除盡管內(nèi)氣體，下面針對(duì)這個(gè)問(wèn)題就以下五個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
2.1、制訂合理而科學(xué)的排氣規(guī)范
排氣過(guò)程中必須掌握三個(gè)主要因素：即時(shí)間、溫度(功率)、真空度，三者缺一不可。如果溫度不夠，時(shí)間再長(zhǎng)，指示出來(lái)的真空度再高，去氣也是不徹底的；反之，如果溫度足夠，而時(shí)間不夠，真空度就達(dá)不到要求。總之，溫度和時(shí)間必須以保證真空度達(dá)到工藝要求為原則。
但是，電子管在排氣前的予除氣狀態(tài)不可能是完全一致的，在目前的工藝水平情況下，電子管各零部件的工藝一致性是有差別的，這樣就要求我們不僅要把管理水平進(jìn)一步提高，而且要根據(jù)現(xiàn)有水平制定出適應(yīng)性較強(qiáng)的排氣工藝規(guī)范。也就是說(shuō)排氣工藝規(guī)范要能滿足各種真空狀態(tài)的電子管。因此就不能按照最佳狀態(tài)來(lái)確定工藝規(guī)范；但是為了提高生產(chǎn)效率，也不能按照最差的情況來(lái)制定工藝規(guī)范。對(duì)于移植產(chǎn)品，絕不能原封不動(dòng)地照搬照抄別人的工藝，而要根據(jù)本單位的設(shè)備情況、管理水平，用實(shí)驗(yàn)的辦法來(lái)制定切實(shí)可行的工藝規(guī)范。
比如，某管型陽(yáng)極去氣溫度原工藝為850～900℃，60min，真空度8×10-4Pa。但是處理陽(yáng)極時(shí)因?yàn)榈獨(dú)獠患兘?jīng)常氧化或者存放期太長(zhǎng)，或者暴露大氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，含氣量較大。按上述溫度和時(shí)間進(jìn)行排氣，真空度低于8×10-4Pa。則應(yīng)該適當(dāng)延長(zhǎng)陽(yáng)極去氣時(shí)間，以使真空度達(dá)到8×10-4Pa為準(zhǔn)。
通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到的普遍規(guī)律是溫度850～900℃，保溫90～120min，才能使真空度達(dá)到8×10-4 Pa。在制訂排氣工藝時(shí)，就應(yīng)把60min改為90～120min。這樣，就可以使排氣規(guī)范具有更好的適應(yīng)性。幾年來(lái)的實(shí)踐證明，這一改進(jìn)大大降低了廢品率，提高了質(zhì)量。按原工藝進(jìn)行排氣的管子經(jīng)常出現(xiàn)釋氣高、陰極濺散現(xiàn)象，通過(guò)排氣工藝改進(jìn)后幾乎完全杜絕了這方面的廢品。
2.2、零部件良好的清潔程度
零、部件的清潔程度會(huì)直接影響排氣效果。無(wú)氧銅陽(yáng)極在封口前必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)清洗，不能有氧化物和贓物，否則將會(huì)成為放氣源。有的無(wú)氧銅陽(yáng)極在封口前要進(jìn)行噴砂打毛處理，其目的是提高輻射系數(shù)，以降低管芯溫度，減小柵放。但是噴砂后將會(huì)有殘留的金剛砂粉塵及壓縮空氣中的油脂沾在陽(yáng)極內(nèi)壁，這樣在排氣燒陽(yáng)極時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大量氣體，可能會(huì)使陰極中毒，從而造成發(fā)射不足。但是，有的贓物在燒陽(yáng)極時(shí)并不一定會(huì)受熱分解。而在測(cè)試過(guò)程中，電子轟擊陽(yáng)極時(shí)，這些未完全分解的氧化物或贓物，將會(huì)在電子沖擊下分解放氣。分解放出的氣體
就可能使陰極中毒，或者造成陰極濺散。其宏觀表現(xiàn)即為板流下降。為了克服上述弊病，可以在排氣過(guò)程中于燒陽(yáng)極去氣后采用電子轟擊陽(yáng)極的方法對(duì)陽(yáng)極進(jìn)一步去氣。這時(shí)可以使放出的氣體被泵抽走。但是仍然不能完全避免陰極中毒的危險(xiǎn)。事實(shí)證明，900F型電子管采用板沖工藝后仍然有放射低及零板流下降的問(wèn)題，雖然數(shù)量少了，但仍不能徹底消除。因此，要根本上消除陰極中毒和陰極濺散，良好的真空衛(wèi)生及合理的零部件處理工藝是很有必要的。然而，工藝一致性始終不可能達(dá)到100%，因此，還是有必要采取一些補(bǔ)救措施。目前較為有效的辦法是增加管內(nèi)的吸氣劑，可以在柵極上噴鋯或采用其它有效的非蒸散式吸氣劑，對(duì)大型電子管最理想的是采用鈦泵，這樣不僅徹底解決了陰極濺散問(wèn)題，而且電子管的可靠性也提高了。但是，目前國(guó)產(chǎn)鋯粉中某些雜質(zhì)含量(如氟)對(duì)陰極發(fā)射能力是有影響的，往往采用噴鋯?wèn)艠O的電子管，陰極發(fā)射能力不如鍍鉑柵極的高。但是只要能滿足技術(shù)條件的要求，稍微犧牲一點(diǎn)發(fā)射能力還是值得的。因此，提高真空用鋯粉的質(zhì)量也是一項(xiàng)很重要的基礎(chǔ)工作。
2.3、良好的動(dòng)力供應(yīng)
影響電子管質(zhì)量的因素是多方面的，除了管子結(jié)構(gòu)、零件、材料和工藝外，對(duì)動(dòng)力的要求也是很高的。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，各種氣體的質(zhì)量直接影響著電子管的質(zhì)量。比如，電子管生產(chǎn)中對(duì)氮?dú)獾囊笫呛芨叩模浼兌缺仨氝_(dá)到99.9999%，含氧和水汽都應(yīng)該極低，否則就會(huì)失去氮?dú)獾谋Ｗo(hù)作用。封口過(guò)程中一般都要用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。如果氮?dú)獠患儯蜁?huì)造成管子氧化，輕則增加零件放氣量，重則造成陰極中毒。由于氣體質(zhì)量不好造成的損失是十分嚴(yán)重的。
值得指出的一點(diǎn)是，由動(dòng)力車(chē)間生產(chǎn)出來(lái)的氮?dú)猓诔隹谔幗?jīng)化驗(yàn)分析純度是合格的，但是往往經(jīng)過(guò)送氣管道后，到了使用氣體的裝配車(chē)間，則純度就達(dá)不到要求了。一方面是地下管道有漏氣或氧化銹蝕；另一方面與四季氣候變化有密切的關(guān)系，尤其是夏天，管道里氣體溫度較高，而埋在地下的管道以及周?chē)寥罍囟容^低，水汽就云集于管道里，從而被流動(dòng)的氣體輸送到使用的地方，結(jié)果在生產(chǎn)車(chē)間反映出氣體不純。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在關(guān)鍵工序增設(shè)氣體終端凈化裝置是必要的。這一裝置的作用是去氧和去水汽。通常可在不銹鋼筒內(nèi)裝分子篩和催化劑來(lái)達(dá)此目的。在固體電路的生產(chǎn)中這種氣體終端凈化裝置更被廣泛地用于對(duì)氫氣的凈化。這種裝置并不復(fù)雜，而且可以再生使用，而效果卻是極為顯著的。
2.4、還要注意一些細(xì)小的工藝環(huán)節(jié)
比如封口時(shí)必須充入氮?dú)獗Ｗo(hù)。此時(shí)一定要使管內(nèi)充滿保護(hù)氣體，否則仍然起不到保護(hù)作用。氮?dú)夤艿牟迦肷疃扔绊懯呛艽蟮摹７饪谇肮苄驹诤嫦渲型ǖ獨(dú)獗Ｗo(hù)預(yù)熱，管芯外扣上罩子，如果罩內(nèi)氮?dú)馕闯錆M；或者氮?dú)夤懿迦肷疃炔粔颍瑒t仍然會(huì)造成管芯氧化。其次罩的下部與烘箱托板如果是緊密接觸的，而氮?dú)鈮毫Σ蛔銜r(shí)，罩內(nèi)即不可能充滿氮?dú)狻Ｍ瑯拥牡览恚嘶馉t中氮?dú)獗Ｗo(hù)退火時(shí)，如果氮?dú)夤懿迦肷疃炔粔颍膊荒苁贡Ｗo(hù)氣體充滿整個(gè)管芯空間，則仍然會(huì)造成氧化。
2.5、零部件的良好存放條件和適當(dāng)?shù)拇娣牌?/p>
裝架前的各種零部件都經(jīng)過(guò)了予除氣(燒氫或真空去氣)處理，如果這些零件存放期太長(zhǎng)，將會(huì)重新吸氣從而使予除氣失去了意義，也會(huì)增加排氣時(shí)的放氣量。尤其是石墨陽(yáng)極等，更不能在大氣里暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一定要保存在真空柜中。一般金屬零件必須存放于紅外線干燥柜中。不論儲(chǔ)存于真空柜或干燥柜中，存放期均不宜過(guò)長(zhǎng)(夏季不超過(guò)七天，其它季節(jié)不超過(guò)十天)。其次在組織生產(chǎn)時(shí)，必須保證整個(gè)生產(chǎn)線暢通無(wú)阻，這對(duì)于縮短管子周轉(zhuǎn)期，提高管子質(zhì)量也是至關(guān)重要的。
