|
Professor Seleznov
|
Взглянув чуть более внимательно на изготовление электронных ламп — нехитрых в сущности приборов, с прискорбием выясняется неутешительное — нагрев и пониженное давление превращают привычные, казалось бы, надёжные и незыблемые материалы, натурально, в предателей и прохвостов, так и норовящих подложить свинью и испортить лампу [1]. И только последовательная тщательная и большая подготовительная с ними работа и длительное маринование электровакуумных приборов (ЭВП) на откачном посту заставляет внутренние металлы, стекло, слюду ламп держаться приличий. Если подготовка и очистка — дело неизбежное, то длительную (иногда до суток и более!) откачку ламп на громоздком, сложном, дорогом и энергоёмком оборудовании позволил фантастически сократить некрупный специальный элемент внутри колбы прибора — газопоглотитель, иначе — геттер.
Являясь местным миниатюрным одноразовым высоковакуумным насосом, он поглощает остатки газов, сокращая откачку массовых радиоламп вплоть до единиц минут (!), поддерживает рабочий вакуум при натеканиях и небольшом газовыделении во время работы прибора. Первые немудрёные газопоглотители [2] уже позволили громадно ускорить и удешевить раннее электровакуумное производство, развившись же до распыления некоторых активных металлов [3], способ стал стандартом для массовых ламп, особенно когда на сцене появился барий — металл, умеющий связывать все оставшиеся в колбе газы (кроме инертных), работающий в течение всего времени жизни лампы. Рассмотрим, какие бывают варианты газопоглотителей на основе Ba, как они работают, каковы их манеры и особенности.
1. С какими газами придётся бороться Ba?
Как правило, в электронных лампах после предварительной форвакуумной откачки и при условии хорошей очистки материалов, можно говорить об оставшемся наборе — Н2, СО, СО2, N2, О2 и пары Н2О.
2. Некоторые свойства бария [4]
Барий, как весьма активный металл, связывает все оставшиеся (кроме благородных) газы и делает это не только во время распыления, как некоторые другие его коллеги, а и на протяжении длительного времени — речь обычно идёт обо всей жизни лампы. Барий распыляется при температуре, позволяющей до этого тщательно прогревать электроды прибора для их обезгаживания. По сравнению со своими щёлочноземельными родственниками (Са, Sr), барий активнее и имеет меньшую работу выхода (меньше шансов на вредную вторичную эмиссию, например, управляющей сетки). Барий плохо связывает углеводороды, однако, в работающей электронной лампе, их молекулы диссоциируют с образованием Н2, N2, СО. Активность бария зависит от температуры зеркала и начинается уже от 40 оС (взаимодействие с О2) — этот металл быстро окисляется кислородом воздуха, поэтому вводить его в прибор приходится с разными ухищрениями. Барий амальгамируется ртутью с потерей всех поглотительных свойств, в том числе и к О2.
3. Газопоглотители — сплавы бария
Невозможно изготовить газопоглотитель из одного чистого бария — он мгновенно окислится и уже в процессе монтажа потеряет все полезные свойства. Для защиты от действия атмосферы барий вводят в состав сплавов, например, с алюминием [5] — газопоглотитель «Альба» (алюминий-барий). На поверхности алюминия образуется пассивирующая плёнка окисла, предохраняющая активные металлы. Этот сплав, однако, имеет несколько серьёзных недостатков: высоковатую температуру возгонки, большой разброс выхода Ba, наличие в составе здорово летучего в вакууме Al, оседающего на бариевом зеркале и уменьшающего его активность. Кроме того, сплав имеет малую механическую прочность остатков после распыления и их склонность крошиться и пылить.
Рис. 3.1. Некоторые конструкции держателей газопоглотителей [7]
Рис. 3.2. Примеры расположения газопоглотителей [7]. А — в стеклянных лампах, Б — в металлических, где: 1 — таблетка газопоглотителя или отрезок Ba в оболочке; 2 — крышечка; 3 — экран
Фото 3.3. Western Electric (WE) 205D — прямонакальный НЧ триод с крупной электродной системой на стеклянном изоляторе. На куполе баллона аккуратное пятно бариевого зеркала
Более совершенный электровакуумный сплав-газопоглотитель на основе Ba — «Бати» (алюминий-барий-титан) и «Альбани» (алюминий-барий-никель). Порошки титана или никеля добавляют к измельчённому сплаву «Альба», из смеси прессуют таблетки. При их испарении алюминий реагирует с титаном или никелем, с образованием малолетучих соединений, исключая выход Al и загрязнение им бариевого зеркала. Кроме того, реакции Ni и Ti c Al экзотермичны, что кстати — тарелочку с геттером приходится меньше калить ТВЧ, при этом уменьшается риск перегрева близких электродов. В состав газопоглотителя «Бати» иногда дополнительно добавляют окись железа. Её реакция с Ti также выделяет теплоту (термит), что ещё сильнее снижает затраты тепла на процесс.
Фото 3.4. Приёмно-усилительные лампы в металлической оболочке: 1, 2 — низкочастотный триод 6С5 начала 1940-х, разных исполнений; 3 — ВЧ триод
Сплавы с барием получают в специальных печах с защитной (Ar, CO2) атмосферой, сплавляя чистые металлы или восстанавливая BaO алюминотермическими методами с избытком восстановителя. Для защиты активного бария от влияния атмосферы иногда применяют и сплавы с магнием («Бамаг»), медью [4]. Прессованные таблетки из чистого бариевого сплава или смеси, укрепляют на аноде или запрессовывают в никелевые полочки, тарелочки, флажки. Последние точечной сваркой закрепляют в нужном месте лампы, поближе к стеклу баллона, чтобы обеспечить лучшую связь с индуктором ТВЧ. В лампах с металлическим баллоном таблетка газопоглотителя закрепляется на стенке баллона и нагревается снаружи острым пламенем горелки. Газопоглотитель «Бати» применялся весьма широко, в том числе и в виде пасты (на выжигаемом связующем — биндере) в никелевых или молибденовых лодочках, тарелочках, колпачках, заделываемый в никелевые трубочки со швом (см. ниже).
Фото 3.5. Стеклянный магнетрон 1980-х 5J29. Конструкция с расщеплённым анодом, диапазон частот 350…770 МГц, мощность радиочастотного излучения 100 Вт, для работы требовалась внешняя магнитная система. Медная анодная петля охлаждалась водой, в макушке удлинённой колбы колпачок распыляемого Ba газопоглотителя
Фото 3.6. Малошумящий триод 717A WE «дверная ручка», для входных каскадов УВЧ радиолокационных приёмников, 1940-е. Отмечена тарелочка с Ba газопоглотителем
4. Газопоглотители — барий в защитной оболочке
Получил распространение и способ защиты Ba, снабжением его защитной тонкостенной металлической оболочкой. Обжигом BaCO3 в вакуумной печи или восстановлением ламповой сажей (углеродом) там же, получают BaO, который восстанавливают алюминотермическим методом в вакуумной печи до металлического бария. Полученный металл очищают дистилляцией в защитной атмосфере и хранят в небольших запаянных ампулах, в вакууме, под защитным газом или слоем жидкого парафина.
Фото 4.1. Примеры применения бариевого геттера в защитной оболочке, в лампах 1940…1950-х, где: 1, 2 — британские радиочастотные экранированные пентоды 6F1, 6F14; 3 — двойной УКВ триод 6J6 Westinghouse. Отрезок биметаллической проволоки с барием внутри приварен к С-образной (П-образной) рамке для лучшей связи с индуктором ТВЧ
Микропорции чистого бария снабжают защитной оболочкой так: расплавленный в реторте в защитной атмосфере барий стекает в металлические бесшовные, закрытые с нижнего конца трубки, диаметром около 6 мм с толщиной стенки около 1 мм. После остывания, трубки с барием протягивают до диаметра 0,6…2 мм, с толщиной стенки 0,1…0,3 мм. Второй вариант заполнения — тонкую металлическую трубочку помещают открытым концом в расплав металла в вакуумной печи, затем напускают в неё защитный газ.
Рис. 4.2. Установка для заливки бария в 6 мм трубки [4] (А), где: 1 — загрузка в виде кусочков Ba; 2 — сливная воронка с вмонтированными металлическими трубками; 3 — закрытые снизу трубки, наполняемые Ba; 4 — внутренняя излучательная печь с нагревательной спиралью; 5 — охлаждаемый водой корпус с крышкой 7; 6 — патрубок для откачки и напуска Ar; 8 — резиновое уплотнение; 9 — смотровое окно. Б — установка для наполнения Ba тонких трубочек [6], где: 1 — изогнутая металлическая трубочка со срезанными под углом концами; 2 — слиток Ba; 3 — рабочий цилиндр с подвеской; 4 — стальной цилиндр; 5 — крышка; 6 — печь; 7 — тройниковый кран
Тонкая биметаллическая проволока или раскатанная полоса с барием внутри режется на отрезки 5…15 мм тупым инструментом, концы оболочки при этом свариваются, а на оболочке делают утончённую зону, чтобы испаряющийся барий диффундировал или разорвал слабое место. Заготовки приваривают точечной сваркой на С-образных никелевых рамках или тарелочках и закрепляют в нужном месте лампы для нагрева ТВЧ.
Рис. 4.3. А — два вида металлических трубочек, наполненных Ba, с односторонне ослабленной стенкой; Б — пример поглотителя «Феба», распыляемого током, где: 1 — отрезок трубочки с барием; 2 — Ni держатель
Биметаллические бариевые газопоглотители называются по металлу защитной оболочки: «Куба» (медь-барий), «Ниба» (никель-барий) и «Феба» (железо-барий), из которых самым выгодным оказался последний.
Фото 4.4. Тепловое реле 1423 для работы со ртутными выпрямителями, могущими выйти из строя, если ток подавался до ионизации паров Hg. Вероятно, 1940-е. Под куполом баллона виден С-образный держатель кусочка биметаллической проволоки газопоглотителя — вероятно, оболоченого Ва
5. Газопоглотитель — барий из химических соединений
Способ получения микропорций Ba по месту, в лампе, разложением солей или восстановлением оксида. Азидный процесс — термическое разложение BaN6,мы уже рассмотрели [3], придя к неутешительному резюме — сложно, взрывчато, ядовито, трудно прогревать электроды лампы для обезгаживания, точно дозировать и размещать бариевое зеркало на колбе или активирующий слой на катоде.
Фото 5.1. Ранний триод 154V Mullard с подогревным катодом. Бариевое зеркало наносилось азидным процессом, контейнер с ним приваривался сверху анода. Из-за капризности и неприцельности процесса пришлось изобретать специальную электродную систему с широким коробчатым анодом, неудобную в монтаже, однако защищавшую от запыления барием стеклянную ножку лампы
Фото 5.2. Ещё одна интересная лампа с азидным процессом — 164V той же Mullard, 1929 г. Здесь для лучшего прогрева электродной системы ТВЧ анод выполнен вертикальным и сетчатым, верхний стеклянный изолятор 1 несимметрично вынесен на одну сторону, а глубокая лодочка 2 с азидом на другую
Небольшое количество чистого бария можно получить в ЭВП и термитным способом [4], смешав порошок Al, с мелкоизмельчённой окисью бария и запрессовав смесь в небольшие никелевые колпачки или сформовав из смеси таблетки, укрепляемые затем на аноде. Из-за большой гигроскопичности окиси, открытые части нераспылённого газопоглотителя покрывают слоем парафина, но и эта мера не всегда помогает уберечь BaO от влаги в процессе изготовления, отчего получается высокий процент брака.
Другая термитная реакция («Баталовый геттер») с применением в качестве восстановителя тантала, лишена этих недостатков и даёт возможность получать в приборе немного бария аккуратно, точно и без побочных явлений, причём окись получают тоже по месту, разложением малочувствительных к влаге карбонатов. Действуют так: на тонкую Ta ленту наносят смесь карбонатов Ba и Sr (кроме прочего, присадка SrCO3 предотвращает оплавление BaCO3), и нагревают её ТВЧ или прямым пропусканием тока сначала до 800…1100 оС. Образующийся при разложении углекислых солей СО2 откачивается насосами, при повышении же температуры ленты до 1300 оС, Та аккуратнейшим образом восстанавливает ВаО до Ва, испаряющегося и образующего налёт на колбе.
Рис. 5.3. Обычные конструкции баталового и бариево-бериллатного газопоглотителей для металлических и стеклянных ламп. А — спиральный поглотитель «баталум»; Б — бериллатный ленточный; В — бериллатный ленточный для распыления ТВЧ. 1 — танталовая спираль, покрытая BaCO3 и SrCO3; 2 — Ni экран; 3 — держатели (вводы); 4 — лодочка из Та ленты 25 мкм, заполненная бериллатом Ba; 5 — Ni дужка
Фото 5.4. Батарейный радиочастотный пентод 1АВ5 Silvania, 1940-х. Ba газопоглотитель на С-образном держателе похож на баталовый для распыления ТВЧ
Ещё более совершенный процесс — с применением вместо углекислых солей бериллата бария (BaBeO2), который, кроме тантала, можно восстанавливать торием или титаном.
Фото 5.5. Очаровательная стеклянная кнопка — УКВ триод WE — 4316A. Крохотное аккуратнейшее тёмное зеркало позволяет предположить какой-то из последних процессов
6. Ещё несколько слов о нравах и повадках бария в ЭВП
Распыление бария любым из способов здорово зависит от давления в лампе — при низких давлениях получается светлое зеркало с выраженными краями и умеренной (длительной и устойчивой) скоростью поглощения газов. Давление же более высокое во время распыления (наличие нейтрального газа), разбрасывает молекулы металла сильнее, налёт на колбе получается тёмным, пористым, с очень сильной и короткой поглощающей способностью. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, и удаётся или назначается сообразно обстоятельствам [5].
Фото 6.1. НЧ триоды 1920-х, изготовленные с применением азидного процесса для нанесения Ba зеркала и активирования прямонакальных катодов. Лампы имеют характерное тёмное напыление с невыраженными краями — термическое разложение BaN6 взрывоподобно, с большим количеством выделяющегося азота, повышающего давление и рассеивающего испаряющийся металл
Фото 6.2. Иногда в лампу помещают сразу два и более геттера, распыляя их по очереди. Таким образом, второй газопоглотитель испаряется при более выгодных условиях, причём материалы геттеров могут быть и разными: фосфор-вольфрам, магний-барий. На фото — прямонакальные двухполупериодные кенотроны подобного типа: 1 — британский (?) 57; 2, 3 — Fillips 1801 и 1821 1930-х
Скорость поглощения барием каждого из газов неодинакова и зависит от критической температуры реакции Ba с этим газом.
Состав газов в баллоне лампы с бариевым геттером зависит от температуры катода и интенсивности электронных потоков — возможности диссоциации углеводородов до Н2, N2, CO и способности Ba зеркала их связать. В холодном длительно бездействующем приборе накапливаются метан, этан, пропан, аргон [5]. Поэтому часто встречаются случаи, когда при хранении прибора в нерабочем состоянии происходит необратимое отравление катода, а при работе аналогичной лампы её катод эмиссионные характеристики сохраняет.
Отсюда же — обычно, бариевое зеркало в отпаянной лампе действует не сразу. Для его активации лампу иногда подогревают до 150 оС. Лучший же способ — «жестчение» (тренировка): током накаливают катод и подают напряжения на электроды — ионизация молекул оставшихся газов весьма их активирует, они быстро связываются Ba, давление в лампе падает. Аналогичные процедуры — ступенчатый прогрев и повышение напряжения в электронной лампе, вплоть до некоторого перекала, во многих случая позволяет возродить приборы после их длительного бездействия.
Здесь самое время припомнить, откуда взялся этот странный термин («жестчение») — в рентгеновских трубках с холодным катодом и газовым наполнением, длина волны лучей, испускаемых трубкой, уменьшается с понижением давления газа в трубке. Во время работы прибора ионизированный газ поглощается стенками и электродами, давление падает. Так как рентгеновские лучи с малой длиной волны называются жёсткими, то говорят, что трубка «жестится».
7. Итого
Кроме технической истории и расширения кругозора, позволяющих и лучше понимать, обычно скрытые от рядового пользователя, внутренние процессы в заводских электронных лампах, отметим «баталовый геттер» — весьма перспективный для энтузиастов-электровакуумщиков и штучных лабораторных приборов.
8. Дополнительные материалы
На благо всех разумных существ, Babay Mazay, апрель, 2026 г.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»-Источник
|
