автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Форсированные режимы камерной откачки электровакуумных приборов

На правах рукописи

ПЕРЕВОЗНИКОВА Яна Валерьевна

ФОРСИРОВАННЫЕ РЕЖИМЫ КАМЕРНОЙ ОТКАЧКИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ЛЕН 2009

Саратов 2009

003487301

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Воронин Валерий Иванович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Кузьмин Николай Геннадьевич

кандидат физико-математических наук Неганов Валерий Алексеевич

Ведущая организация - СФ ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН

Защита состоится « 25 » декабря 2009г. в :00 часов на заседании диссертационного совета Д212.242.01 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» го адресу:

410)54, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государстиенный технический университет, корп. 2 , ауд.ПОа.

С. .диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан «25» ноября 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Димитрюк А. А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Несмотря на развитие полупроводниковой техники и технологии электровакуумные приборы (ЭВП) различных типов находят широкое применение в народном хозяйстве страны, что пыдвигаст требования создания большого количества новых ЭВП. Долговечность и надежность работы важнейших объектов промышленности по многом зависят от качества, надежности и долговечности ЭШ1. Неуклонное повышение качества и технологического уровня всех выпускаемых ЗИП, наряду с дальнейшим увеличением масштабов производства, является важнейшей задачей электронной промышленности.

Эти повышенные требования к ЭВП приводят' к разработке новых, более совершенных способов получения вакуума и новых, более эффективных технологий изготовления узлов и откачки ЭНН.

В области улучшения технологий откачки ЭВП наиболее важными являются работы по созданию новых и совершенствованию традиционных технологических процессов. Значительные успехи в этом направлении достигнуты благодаря работам ученых и специалистов электронной промышленности, вузов, ПИИ, РАН (Н.Д. Девяткова, С.И. Реброва, Н.В. Черепнина, В.Ф. Коваленко, В.Н. Батыгина, B.II. Марина, А.К. Михалева,

B.C. Прилуцкого, В.Б. Байбурина, Г.А. Тягунова и других).

Анализ результатов их работ показывает, что для получения высоких параметров, максимальной надежности и уменьшения себестоимости производства ЭВП. В числе обязательных условий необходимо:

• увеличить эффективную быстроту откачки приборов;

• понизить предельное разрежение в приборе.

Работы всех этих специалистов были, как правило, направлены на совершенствование традиционных методов откачки ЭВП через штснгсль. Поэтому достичь максимальных результатов для реализации этих задач не всегда было возможно. Новое направление - бссттепгсльная откачка -было предлолсено впервые выдающимся советским ученым академиком

C.А. Векшинским в 1934 году. Дальнейшее усовершенствование этого процесса напшо в работах А.Т. Александровой, Г.В. Кошоппсова, В.И. Воронина, В.П. Шумарина, JI.A. Радчеико, M.II. Печатникова, А.П. Краснова и Ф.Г. Закирова. Их работы были посвящены, в основном, созданию оборудования для камерного и гнездового способов откачки без теоретического обоснования э гах процессов.

Целью работы является разработка технологических процессов камерной откачки ЭВП с применением форсированных и совмещенных режимов термовакуумной обработки приборов, обеспечивающих увеличение долговечности, сокращение длительности циклов откачки, повышение эмиссионной способности катодов, обеспечение возможности групповой откачки приборов, снижение трудовых энергозатрат.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Пронести анализ технологических процессов откачки ЭВП и выбрать принципиальные схемы, обеспечивающие применение форсированных и совмещенных режимов термовакуумной обработай приборов при индивидуальном и групповом методах откачки.

2. Разработать математическую модель камерной откачки ЭВП с разнесением частей, обеспечивающую определение давления в приборе в зависимости от проводимости зазора (разнесения частей), конструкции и материалов прибора, параметров вакуумной системы, быстроты откачки насосов, предельного давления в камере и ее размеров.

3. Получить расчетные зависимости между проводимостью эвакуационных сечений откачиваемых ЭВП и величиной разнесения их частей и определить оптимальную величину разнесения, что позволяет сформулировать технические требования к конструкциям механизмов перемещения и давления.

4. Разработать типовой технологический процесс откачки ЭВП.

5. Разработать методику расчета производительности вакуумной системы при камерной откачке и рекомендации по проектированию оборудования.

6. Разработать методику объективной оценки степени обезгаженности ЭВП на откачке по величине газового потока и оптимального времени обезгаживания прибора.

7. Разработать технологические приемы, обеспечивающие улучшение вакуумных и электрических характерисгак ЭВП, сокращение циклов откачки.

8. Провести экспериментальные исследования, подтверждающие результаты теоретических исследований при различных способах откачки групп приборов различных типов (магнетронов, перестраиваемых напряжением (МПН), ламп бегущей волны (ЛБВ), вакуумных дугогасительных камер (ВДК), вакуумных конденсаторов, вакуумных реле).

Работа выполнялась в соответствии с Государственной программой развития вооружения, специальной и военной техники на 2001 - 2010 годы (утверждена Президентом РФ 23 января 2002 г.), с программой совместных исследований и разработок ОАО «НПГ1 «Контакт» и СГТУ (2003 г.) и в соответствии с директивной документацией федеральных учреждений электронной промышленности РФ по сокращению и совершенствованию циклоп откачки ЭВП.

Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы научные основы вакуумной техники и технологам, вакуумной элекгропики. Применялось математическое моделирование

процессов камерной откачки. Вычислительные эксперименты выполнены на компьютере класса Athlon Х2 с использованием программного пакет инженерных расчетов MathCAD 14.0 Academic version.

Использована стандартная аппаратура - приборы для измерений давления (маномегрпчеекие приборы) и электрических параметров (промышленные тренировочно-испытательные стенды), анализа спектра остаточных газов (ИГ1ДО-2А с датчиком РМО-4С), оборудование для диффузионной сварки (УДС-2), разрытия машина Р-5.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием известных положений фундаментальных и прикладных наук (вакуумная техника, вакуумная и плазменная электроншеа, физика тонких пленок), корректностью математических моделей и их адекватностью известным критериям оценки параметров изучаемых процессов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, а также промышленной проверкой.

Научные положения и результаты, выносимые па защиту:

1) Камерная откачка с форсированными и совмещенными режимами вакуумно-термической обработки ЭВП (оболочки, электродов и других элементов), предварительное обезгаживание и герметизация пайкой или диффузионной сваркой приводят к сокращению длительности циклов откачки в 1,5...2,0 раза.

2) Математическая модель камерной откачки позволяет определить величину давления в откачиваемом приборе п зависимости от проводимости зазора (разнесения частей), конструкции и материалов прибора, параметров вакуумной системы и времени.

3) Расчетные зависимости устанавливают взаимосвязь между проводимостью и величиной зазора и позволяют определить оптимальную величину разнесения частей прибора (II0,3d...0,5d) и время обезгаживания ЭВП.

4) Расчетные зависимости, учитывающие температуру обезгаживания, величину и время обезгаживания с учетом газовыдсления, позволяют определить оптимальную быстроту откачки камеры и выбрать средства откачки.

5) Технологические схемы и приемы (откачка через зазор, образованный гофрированным припоем; откачка через отверстие в корпусе с герметизацией заглушкой; откачка через все течение прибора с герметизацией заглушкой; откачка через короткий штенгель; предварительное обезгаживание оксидных катодов; оптимизация способа технологической подготовки металлических внутриламповых деталей) обеспечивают не только сокращение циклов откачки, а также повышение эмиссионной способности катодов, снижение остаточного давления в приборах, отбраковка (па

стадии производства) приборов с «внутренним» газовыделением и

увеличение долговечности катода.

Научная новизна работы:

• На основе научно обоснованного подхода к разработке технологических процессов откачки приборов различных классов (спутниковых ЛБВ, МПН, ВДК, вакуумных конденсаторов, вакуумных реле) предложены принципиальные и типовые технологические схемы процессов.

• Впервые разработана математическая модель технологического процесса камерной откачки ЭВП с разнесением частей, позволяющая рассчитать проводимость эвакуационного зазора, давления в полости прибора, время обезгаживания и параметры вакуумной системы.

• Разработаны методики технологических приемов обработки оксидного катода и внутриламповых деталей по форсированным режимам при камерной откачке, обеспечивающие снижение температуры активирования катода, улучшение параметров приборов, сокращение циклов откачки и тренировки.

• Обработка оксидных катодов приборов по форсированным режимам при камерной откачке позволяет снизить температуру активирования катодов на 100°С, что приводит к уменьшению испарения активного вещества и увеличению срока службы катодов.

• Определены группы приборов с учетом их конструктивных особенностей и требований к выходным параметрам, которые рекомендуются для откачки по разработанным принципиальным схемам.

• Разработан типовой технологический процесс и режимы герметизации пайкой или диффузионной сваркой при камерной откачке для определенной группы приборов.

• Разработаны требования и рекомендации к оборудованию для камерной откачки.

Практическая значимость.

Результаты работы могут быть использованы предприятиями электронной промышленности при разработке технологических процессов и оборудования для камерной откачки ЭВП практически всех типов, конструкций и габаритных размеров. Результаты работы при разработке технологических процессов откачки позволяют значительно сократить трудовые затраты, применить форсированные и совмещенные режимы групповой откачки ЭВП, снизить энергоресурсы за счет сокращения длительности циклов откачки и тренировки, улучшить эмиссионные и вакуумные характеристики приборов. Технологии прошли апробацию на ОАО «НПП «Контакт».

Разработаны технологические приемы (предварительное обезгаживание катодов, оптимизация технологии очистки внутриламповых

деталей, оптимизация способа герметизации прибора), приводящие к улучшению параметров приборов.

. Разработан метод оценки степени обезгаженности прибора при откачке по величине газового потока с учетом постоянной времени обезгаживания, определяемой изменением величины газового потока из прибора на один порядок.

Разработаны рекомендации и режимы герметизации приборов при камерной откачке диффузионной сваркой, обеспечивающие получение прочных, вакуумно-плотных соединений и исключающие газовыделение во внутреннюю полость прибора в процессе герметизации.

Установлена взаимосвязь между газовыми потоками из прибора, проводимостями эвакуационных зазоров и вакуумной системы, что приводит к более эффективному использованию вакуумных насосов.

Материалы исследований внедрены в учебный процесс на кафедре «Электронное машиностроение и сварка» Саратовского государственного технического университета в виде лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Технология материалов и изделий электронной техники» и «Оборудование производств изделий электронной техники».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: конференции молодых ученых машиностроительного факультета СГТУ. I тур (Саратов, 2008); XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008); IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008); 6-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2007); 7-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2008); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008); IV Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ (2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 10 статей в научных сборниках).

Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в постановке целей, задач исследований, обработке и обобщении результатов и основных выводов диссертации, разработке методик и моделей камерной откачки, оптимизации условий удаления газов из приборов различных типов, разработке оборудования, режимов откачки и герметизации приборов.

Обсуждение полученных теоретических и экспериментальных результатов проводилось совместно с научным руководителем и с соавторами публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 102 наименования, акта использования результатов в производстве. Работа изложена на 182 страницах, содержит 90 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, приведены положения, раскрывающие новизну, практическую ценность, цель и задачи исследований.

В первой главе содержится аналитический обзор схем и способов откачки, состояния теоретических и технологических вопросов.

В настоящее время при откачке нашли применение следующие основные технологические схемы вакуумно-термической обработки ЭВП на откачном посту:

- совмещенное обезгаживание оболочки прибора и катода, активирование катода при температуре обезгаживания оболочки прибора;

предварительное обезгаживание катода с последующим совмещенным обезгаживанием оболочки прибора и катода;

совмещенное обезгаживание оболочки прибора и катода, активирование катода при охлаждении оболочки прибора.

Совмещенное обезгаживание позволяет значительно сократить процесс, что уменьшает взаимное влияние электродов, перераспределение примесей и, в конечном счете, позволяет создать более благоприятную атмосферу для активирования катода, но при таком способе требуется достаточно быстрое удаление газов из прибора. Это достигается, как правило, откачкой с применением камерного способа вакуумно-термической обработки ЭВП.

Применение той или иной технологии обусловливается процессами, происходящими в приборе при его обезгаживании: выделением содержащихся газов и их перераспределением, влиянием парциального состава газовой среды и т.н.

Но этим причинам работы по исследованию процессов, происходящих при обезгаживании ЭВП, сокращению длительности и совершенствованию операций откачки за счет применения новых технологических приемов очистки, обезгаживания, влияния среды остаточных газов являются актуальными.

Зачастую для улучшения вакуума в отпаянном приборе прибегают к увеличению времени вакуумно-термической обработки ЭВП. Польза от этого времени может быть получена только тогда, когда вакуумные насосы и система обеспечивают получение в приборах сверхвысокого и свободного от углеводородов вакуума, при котором не возникает интенсивного отравления катодов и окисления деталей приборов. При отсутствии таких условий целесообразно отсоединить прибор от

вакуумной системы и завершить ио обработку при поглощении остаточных газов гетером или откачке встроенным насосом. Важным фактором при разработке технологического процесса откачки прибора является оптимизация времени его вакуумно-термической обработки.

Для оптимизации технологического процесса откачки ЭВ11 необходима разработка методики оценки степени обезгажеиггосш но величине газового потока из прибора. При разработке технологии камерной откачки с разнесением частей необходимо исследовать возможность сближения частей в конце процесса откачки во избежите обратного потока г азов в прибор из технологической камеры.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию типового технологического процесса камерной опсачгш ЭВП с совмещенными и форсированными режимами термовакуумной обработай.

В настоящее время малогабаритные приборы (титанокерамические лампы, МЛН и др.) откачиваются без разнесения частей через щелевой зазор между частями прибора (рис. 1 а) по методу С.А. Векшинского.

На основе анализа конструктивных особенностей различных типов приборов предложены принципиальные схемы процессов и оборудования для камерной откачки с разнесением частей (рис. 1 б-д).

1 Г1

№ЧШ « б)

и .12

А С

я

И;

х4

ЛЬ

»чка

г) Д)

Рис. 1. Схемы камерной откачки ЭВП: а - откачка через щелевой зазор; б - откачка с применением гофрированного припоя; в - откачка через отверстие в корпусе; г - откачка через короткий штенгель; д - откачка через все сечение в корпусе; е - групповая откачка; 1- прибор; 2- нагреватель; 3- штенгель; 4- камера; 5-заглушка; б- механизм давления; 7- подставка; 8- анодный блок прибора; 9- катодный блок прибора; 10- припой; 11- груз; 12- гофрированный припой

Оценка степени обезгаженности прибора при камерной откачке но величине давления в системе яшгяегся неэффективной из-за низкой чувствительности вакуумной системы и невозможности контроля давления

и приборе. Более эффективным способом является оценка степени обсзгаженности прибора по величине газового потока.

При исследовании влияния расстояния между частями прибора на изменение давления во время обработки на откачном посту была составлена эквивалентная схема камерной откачки, представляющая собой систему двух последовательно соединенных реципиентов (прибор-камера), откачиваемых насосом. На основании анализа динамики газовыделения была построена математическая модель процесса камерной откачки ЭВП с разнесением частей и виде системы дифференциальных уравнений:

dt v0

1 dG, 0

V К dt

F} + U s„

U + SH _ 1

dt F, 0 F, ' V, dt

О)

где Pi - давление газов в камере, IIa; Po - давление газов в приборе, Па; >. / dG,

l'a - проводимость зазора, л/с; •—- - поток газов, выделяющихся внутрь

Л

камеры ш материала оправок, л-Па/с; - поток газов, выделяющихся

внутрь прибора, л-Па/с; V0,V] - соответственно приведенные объемы камеры и прибора, л; Sn - быстрота откачки насоса, л/с; U - проводимость вакуум-пронода на участке «камера-насос», л/с; t - время, с.

Решение системы уравнений позволяет получить зависимости для определения давлений в приборе во время обработки прибора на откачном посту:

1 щ> "0К т "Iе xd.it > 4 '

где «я и о; - имеют размерность единиц давления и находятся то формулам вакуумной техники; ßo , ßi ~ функциональные величины, зависящие от температуры обезхажинания деталей прибора и камеры.

Анализ зависимости (2) показывает, что давление в приборе зависит от материалов и температур обезгаживания деталей, объемов прибора и камеры, проводимости вакуум-провода на участке «насос-камера», быстроты откачки насоса, предельного давления в камере и времени:

(3)

Исследования влияния разнесения частей при откачке на величину давления в приборе производились на специальных макетах электровакуумных приборов (МЭИ), размеры которых соизмеримы с размерами манометрических датчиков.

Основой унификации технологий откачки является типовой технологический процесс. При разработке типового технологического процесса откачки ЭВП отдается предпочтение процессам с совмещенными и форсированными режимами. Камерная откачка наиболее полно позволяет реализовать эту принципиальную схему (рис. 2).

Т. "С

Рис. 2. Принципиальная схема типового технологического процесса камерной откачки ЭВП: А- установка и откачка прибора; Ь - обезгаживание прибора; В - обезгаживание катода прибора; Г - обезгаживание катода титанового насоса; Д - обезгаживание спирали замедляющей системы; Е - обезгаживание анода титанового насоса; Ж - термическое активирование катода; 3 - обезгаживание управляющего электрода; И - совместное обезгаживание управляющего электрода и анода; К - обезгаживание анода; Л - высоковольтная обработка и герметизация прибора; М - подготовка прибора к холодному отпаю; Н - холодный отпай прибора; 1пн - ток накала катода насоса; 1нк- ток накала подогревателя катода прибора; 1зс - ток замедляющей системы; 1ан - ток анода-испарителя насоса; 11уэ- напряжение на управляющем электроде; Ш - напряжение па аноде; 'Г - температура оболочки прибора

При разработке технологии камерной откачки ЭВП для наиболее часто применяющихся конфигураций контактных поверхностей узлов приборов (рис. 3 а, б), герметизируемых диффузионной сваркой или пайкой. В работах С. Дэшмана, А.И. Пипко, I3.il. Плиекоиского получены зависимости, позволяющие установить соотношение между проводимостью зазора 1'з и величиной разнесения частей II:

где Fa — проводимость участка «А», л/с; 1;ц - проводимость участка «В», л/с.

При Н > a (5)

1 + 1,17----———2....... К }

!/s'ma(d¡ + d3)

11риП<а

1< 1,14 л

¡¡■а'та{(11 Н-а'тасоъа)^-—-)2

11 2,35-

(с1,-■//•зта-созаОИвта-*/, (я~# )+(Й7, - с122)]

,л/с; (6)

¡''и —11,65/с, , л/с,

(7)

где 1<1 - безразмерный коэффициент Клаузинга, учитывающий концевой эффект:

(8)

Рис. 3. Схемы контактных поверхностей ЭВП при камерной

откачке: а - Н>а; б - Н<а; а- расстояние между штснгелем и торцом заглушки; Н- величина разнесения частей; А- конический трубопровод; В- кольцевой зазор

а)

Полученные теоретические зависимости позволяют проанализировать процесс камерной откачки ЭВП с точки зрения обеспечения наибольшей эффективной скорости откачки и наиболее низкого давления в приборе во время обработки на откачном посту.

В третьей главе для решения задачи разработки технологических процессов камерной откачки ЭВП использованы типовой процесс откачки, технологические приемы (предварительное обезгаживание катодов и очистка внутриламповых деталей) и приводятся результаты экспериментальных исследований.

Влияние технологических приемов на параметры ЭВП проводилось па экспериментальном разборном диоде (рис. 4, 5).

Разработаны технологические процессы для представленных групп приборов (спутниковых ЛБВ, МПН, НДК, вакуумных конденсаторов, вакуумных реле).

Усовершенствован технологический процесс откачки ЛБВ в соответствии с типовым процессом. Проведение операции одновременного обезгаживапия катода и нагрева оболочки прибора позволило оценить степень обезгаженности внутренней арматуры.

Рис. 4 . Установка для откачки Рис. 5. Схематическое изображение

экспериментального разборного диода экспериментального разборного диода:

1 - катод; 2 - сильфон; 3 - анод;

4 - керамические стержни; 4 - катодная ножка; б - корпус прибора; 7 - микрометрический винт

Для определения общего времени, необходимого для обезгаживашга прибора, было предложено использование в качестве определяющего критерия ti постоянная времени обезгаживаиия. Время уменьшения газового потока из нрибора на порядок (tj=2,5 ч) (рис. 6) рассчитывается по формуле:

(9)

Л ост «о

где Р0 - начальное равновесное давление (Po=l-10"z Па); Рю - предельное давление в системе откачки прибора (Р«,—1-10"5Па); Р„ст - допустимое остаточное давление в конце процесса откачки нрибора (Роет~2-Рю).

Тогда:

to6 = 2,5 ■ lg1—'---' ,04- = 2,5 ■ з- = 2,5 -3 = 7,5 ч (10)

' 2 10 —1-10" Ы0~5

и следовательно, для достижения достаточной степени обезгажепности внутренней арматуры прибора необходимо время 7,5 ч. Эта величина хорошо совпадает со временем обезгаживаиия, определенным экспериментально (рис. 6). При температуре оболочки 300°С в печь напускается сетевой азот, при этом время охлаждения уменьшается с 7 до 3 ч. Во время охлаждения печи производится активирование катода термическое и токоотбором. Цикл откачки прибора сокращается с 40 до 20 ч.

Р,Па;С1,.*'Па/с

Рис. 6. Графики откачки приборов по усовершенствованной технологии: А - установка прибора, откачка в холодном состоянии; Б - формирование катода; В - подъем температуры; Г - прокачка прибора; Д - обезгаживание; Е - активирование катода;

Ж - обезгаживание управляющего электрода; 3 - обезгаживание анода;

И - высоковольтная обработка изоляторов; К- выгрузка прибора

Масс-спектрометрический анализ технологического процесса показал (рис. 7), что на протяжении всей откачки значения соотношений Рн2/Рн2о и Рсо/Рсо2 больше единицы. Особенно благоприятная восстановительная атмосфера в приборе во время обезгаживания оболочки (Рн2/Рн2о =15-50, Рсо/Рсо2=5-15) и во время обезгаживания управляющего электрода и анода (Рн2/Рн2о=30-40, Рсо/Рсо2=2-10). Объясняется это тем, что меньшее насыщение газами внутренней арматуры на предыдущих этапах способствует меньшему газовыделению при разложении оксидных пленок, в основном газовыделение происходит за счет выделения газов из объема материалов.

Усовершенствованный технологический процесс откачки ЛБВ реализован на модернизированном откачном посту Г10-012 с внедрением технологии групповой откачки.

Ри7. Изменение соотношений Рнг/Рнго и Рсо/Рсо2 при откачке приборов по усовершенствованной технологии

Откачка ЛБВ по усовершенствованной технологии приводит к улучшению их параметров: увеличилась плотность тока катода на 10%; увеличилось время 20%-го спада катодного тока с 55 до 75 с (рис. 8), что свидетельствует о повышении долговечности катода.

570 550 600

640

12 14

Цн.В/Тк)

700 аоо 670 750 850

Рис. 8. Нелокальные характеристики приборов, откачанных по базовой (1-4) и усовершенствованной (5-7) технологиям

При откачке ЛБВ по базовой технологии большая часть приборов (свыше 70%) имеет остаточное давление выше 2-10'5Па. Имеет место наличие давления в приборах на уровне 10"3...10"2Па (до 25%)- Имеет место (до 8%) наличие токов утечек по керамическим изоляторам. Значительная часть приборов (20%) имеет газовыделение из арматуры, окружающей катод, приборы требуют дополнительной вакуумной тренировки. После откачки ЛБВ по усовершенствованной технологии распределение их по остаточному давлению улучшается (рис. 9). Полностью исключаются приборы с утечками, снижается количество приборов с внутренним газовыделением, повышается до 70% доля приборов с остаточным давлением ниже 2- 10'5Па.

ю-

«Г

юо*-юшт.

16' 1д' Язвление. Па

К <й

§ 20 2

к п

а а

I

ГазоотЭЕЛишЕ №

Ю' ю 10' ДавЛЕяиЕ.Па б)

Рис. 9. Распределение ЛБВ по давлению после откачки - а и внутреннему газовыделению - б по усовершенствованной технологии

Отработка режимов технологического процесса откачки генератор-оболочек MUII производилась на экспериментальной установке (рис. 10).

Рис.10. Общий вид экспериментальной установки откачки МПН

Камерная откачка генератор-оболочек МПН с разнесением частей на величину гофрированного припоя позволяет форсировать режим обезгаживания, снизить давление в них в начальный период вакуумно-термической обработай на 2 порядка и улучшить эмиссионные

характеристики катодов при введении операции обезгаживания катода и управляющего электрода. Цикл откачки МПН сократился в 2 раза (рис. 11).

Р, На т .с

1-Ю3

аоо

1-Ю

1-Ю'

1-1

5 В 7

Время ,ч

1'ис. 11. Изменение давления в генератор-оболочках М[ (Н при откачке без разнесения (1) и с разнесением (2) частей; 3,4 - изменение температуры оболочки; 5- изменение давления в камере

Разработан технологический процесс камерной откачки В/1,К с применением гофрированного припоя (рис. 12,13).

Рис. 12. Конструкция ВДК, модифицированная под камерную откачку: 1- корпус;

2- заглушка

Рис. 13. Схема места герметизации в конструкции ВДК при камерной откачке: 1 - заглушка; 2 - кольцо ' гофрированного припоя; 3 ■• груз,

осуществляющий давление при пайке

Применение форсированных режимов при камерной откачке ВДК позволяет сократить время выдержки прибора при температуре обезгаживания с 16 до 6 ч; повысить температуру обезгаживании с 450 до 550°С; сократить время охлаждения камеры с б до 4 ч за счет напуска инертного газа в камеру; сократить время на герметизацию с 1,5 ч до 5 мин. Цикл откачки сокращается в с 30 до 16 ч, одновременно н камеру помещается 15 приборов (при откачке через штеигель 6 приборов). Время откачки одного прибора сокращается с 4,25 до 1 ч.

Использование вышеуказанных форсированных режимов камерной откачки позволяет:

- для вакуумных конденсаторов - повысить электрическую прочность обкладок на 10...15% за счет снижения остаточного давления, сократить длительность цикла откачки в 4...5 раз и снизить энергозатраты на 33,7 кВт-ч па один прибор;

- для вакуумных реле - ввести операцию очистки свариваемых поверхностей темновым предпробойным током, провести герметизацию диффузионной сваркой при пониженной температуре 650°С и понизить остаточное давление в приборах до 5-10"4 Па, что способствует повышению износостойкости контактов.

В четвертой главе разработаны рекомендации по проектированию установок для откачки ЭВГ1 и конетрукторско-технологичсская документация на установки камерной откачки:

- высоковакуумную установку с инфракрасным нагревом для

камерной откачки;

- модернизированный откачной пост для камерной откачки на базе

откачпого поста ЛМ-4850;

- полуавтомат камерной откачки малогабаритных ЭВП;

-• универсальную вакуумно-водородную установку для камерной

откачки и сборки узлов ВДК.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 110 РАБОТЕ

На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная задача, имеющая важное народно-хозяйственное значение и заключающаяся в разработке технологического процесса камерной откачки ЭВН с форсированными и совмещенными режимами и герметизацией корпусов диффузионной сваркой с номощыо заглушки, приводящего к сокращению длительности откачки, повышению эмиссионной активности катодов, повышению долговечности приборов, снижению энергозатрат и обеспечению высокого процента выхода годных изделий.

1. Впервые математически описан процесс камерной откачки ЭВП. Получены зависимости, позволяющие определить давление в ЭВП в любой момент процесса откачки. Полученные зависимости пригодны и для проведения подробного анализа процесса камерной откачки, т.к. устанавливают взаимосвязь между давлением в приборе и параметрами процесса откачки: величиной зазора между частями прибора, газосодержапием материалов деталей прибора, параметрами вакуумной системы, предельным давлением н камере и рабочими объемами прибора и камеры.

2. Впервые установлена зависимость давления в приборе от величины проводимости зазора между его частями в процессе откачки. Впервые получены зависимости для определения оптимальной величины проводимости зазора и величины разнесения частей для обеспечения этой проводимости.

3. Разработана методика определения оптимальной производительности вакуумной системы установок камерной откачки ЭВП, устанавливающая взаимосвязь между потоками газовыделения из прибора и камеры и параметрами вакуумной системы.

4. Разработала структурная схема типового технологического процесса откачки ЭВП, позволяющего применять форсированные и совмещенные режимы пакуумпо-термической обработки ЭВП на откачном посту и групповую откачку, а также позволяющею проводить контроль степени обезгаженности ЭВП но величине газового потока из прибора.

5. Исследовано влияние откачки по типовому технологическому процессу на параметры ЭВП. Данный процесс апробирован при откачке ЛБВ средней мощности: цикл откачки сократился в 2. раза, увеличилась

плотность тока катода на 10%, увеличилось время 20%-го спада катодного тока и понизилась характеристическая температура катода, что свидетельствует о повышении долговечности катода и прибора в целом.

6. Разработаны технологические приемы, позволяющие улучшить эксплуатационные характеристики электровакуумных приборов и сократить длительность циклов откачки: оптимизация способа предварительной очистки металлических внутриламповых деталей перед сборкой прибора и разработка способа предварительного обслуживания оксидных катодов.

7. Разработана технология камерной откачки приборов типа МПН с применением гофрированного припоя, что позволило снизить остаточное давление в генератор-оболочках МПН на 1,5...2,0 порядка, повысить плотность анодного тока на 30...35%, сократить длительность цикла откачки в 2 раза, применить форсированные режимы термовакуумной обработки генератор-оболочек и групповую откачку.

8. Разработана конструкторско-технологическая документация на четыре установки для камерной откачки ЭВП.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

В изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Перевозникова, Я.В. Камерно-штенгельная откачка вакуумных конденсаторов /В.И.Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2008. - № 2(32). Вып. 1.-С. 131-136.

2. Перевозникова, Я.В. Откачка электровакуумных приборов через короткий штенгель /В.И.Воронин, Я.В. Перевозникова //Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2009. - № 2(38). Вып. 1. - С. 159163.

В других изданиях:

3. Перевозникова, Я.В. Термическая обработка оксидных покрытий катодов /В.И. Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова //Быстрозакаленные материалы и покрытия: труды 6-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф. - М.: МАТИ, 2007. - С. 108-114.

4. Перевозникова, Я.В. Восстановление оксидных пленок на поверхностях металлических деталей /В.И. Воронин, Я.В. Перевозникова //Быстрозакаленные материалы и покрытия: труды 6-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф. - М.: МАТИ, 2007. - С. 315-320.

5. Перевозникова, Я.В. Влияние способа технологической обработки анодов на эмиссионную активность оксидных катодов электровакуумных приборов /Я.В. Перевозникова, В.И. Воронин //Актуальные проблемы электронного приборостроения - АПЭП-2008: сб. науч. статей Междунар. науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2008. - С. 364-369.

6. Перевозникова, Я.В. Влияние технологической среды при откачке на параметры оксидных катодов /В.И. Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В.

Перевозникова //Быстрозакаленные материалы и покрытия: труды 7-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф. -М.: МАТИ, 2008. - С. 89-95.

7. Перевозникова, Я.В. Модель гнездовой откачки электронных приборов /Я.В. Перевозникова, A.A. Лемякин //Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21: сб. трудов XXI Междунар. науч. конф.: в 10 т. /под общ. ред. B.C. Балакирева. - Саратов: СГТУ, 2008. - Т.4. Секция 5. - С. 77-79.

8. Перевозникова, Я.В. Модульный принцип разработки технологических процессов откачки ЭВП /Я.В. Перевозникова //Молодые ученые - науке и производству: материалы конф. молодых ученых. Саратов: СГТУ, 2008. - С. 166168.

9. Перевозникова, Я.В. Высоковакуумная установка с инфракрасным нагревом /В.И. Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова //Современные проблемы машиностроения: сб. трудов IV Междунар. науч. конф. - Томск: ТГУ, 2008 - С. 355-358.

10. Перевозникова, Я.В. Модульный принцип разработки технологических процессов откачки ЭВП /В.И. Воронин, Я.В. Перевозникова //Вакуумная техника и технология: материалы IV Рос. науч.-техн. конф. - Казань: Иниовационно-издат. дом «Бутлеровское наследие», 2009. - С. 66-67.

11. Перевозникова, Я.В. Высоковакуумная установка с инфракрасным нагревом /В.И. Воронин, Н.С. Дегтярева, С.А. Кондаков, Я.В. Перевозникова //Вакуумная техника и технология: материалы IV Рос. науч.-техн. конф. -Казань: Инновационно-издат. дом «Бутлеровское наследие», 2009. - С. 113-114.

12. Перевозникова, Я.В. Полуавтомат камерной откачки малогабаритных электровакуумных приборов /В.И. Воронин, A.B. Кулаков, A.B. Гладилин, Я.В. Перевозникова //Вакуумная техника и технология: материалы IV Рос. науч.-техн. конф. - Казань: Инновационно-издат. дом «Бутлеровское наследие», 2009. -С. 117-118.

Подписано в печать 23.11.09 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 509 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Введение

1 Состояние вопросов технологии производства, способов, схем и оборудования для откачки электровакуумных приборов

1.1 Основные направления разработки технологического процесса откачки электровакуумных приборов по сокращенному циклу

1.2 Технологический процесс камерной откачки ЭВП

1.3 Возможность устранения взаимного влияния электродов при камерной откачке электровакуумных приборов

Выводы

2 Исследование влияния разнесения частей при камерной откачке на изменение давления в приборе и проводимость зазора ^

2.1 Определение оптимального расстояния между частями из условий обеспечения эффективной скорости откачки прибора

2.2 Определение проводимости зазора между разнесенными частями прибора при камерной откачке

2.3 Определение зависимости проводимости зазора от величины разнесения частей прибора при камерной откачке

2.4 Обоснование структурной схемы технологического процесса откачки электровакуумных приборов

Выводы

3 Исследование влияния камерной откачки на параметры электровакуумных приборов

3.1 Исследование влияния величины разнесения частей на цикл откачки и параметры экспериментальных диодов

3.2 Технологические приемы при камерной откачке, приводящие к сокращению циклов откачки и улучшению параметров приборов

3.2.1 Исследование влияния откачки через короткий штенгель на параметры приборов с оксидными катодами

3.2.2. Исследование влияния предварительного обезгаживания оксидных катодов на эмиссионные характеристики приборов

3.2.3 Исследование влияния технологической обработки анодов на эмиссионную активность оксидных катодов электровакуумных приборов

3.3 Откачка лампы бегущей волны по типовому технологическому процессу

3.3.1 Описание конструкции и принцип действия ЛБВ

3.3.2 Анализ базового технологического процесса откачки ЛБВ

3.3.3 Разработка усовершенствованной технологии откачки ЛБВ

3.3.4 Влияние усовершенствованной технологии откачки на параметры ЛБВ

3.4 Исследование влияния камерной откачки на параметры магнетрона, перенастраиваемых напряжением

3.4.1 Методика исследования влияния камерной откачки на параметры МЛН

3.4.2 Анализ технологии откачки приборов типа МЛН через щелевой зазор

3.4.3 Определение оптимальной проводимости зазора между частями генератора-оболочек приборов типа МЛН при откачке

3.4.4 Влияние камерной откачки с оптимальным разнесением частей на вакуумные и электрические параметры МЛН

3.5 Исследование влияния откачки через короткий штенгель на выходные параметры вакуумных конденсаторов

3.6 Камерная откачка и герметизация диффузионной сваркой вакуумных реле

3.7 Исследование влияния камерной откачки на цикл откачки и параметры вакуумных дугогасительных камер

Выводы

4 Высоковакуумное оборудование для камерной откачки электровакуумных приборов

4.1 Универсальная вакуумно-водородная установка для откачки и сборки узлов с электровакуумного производства

4.2 Полуавтомат камерной откачки малогабаритных электровакуумных приборов ^^

4.3 Установка камерной откачки ЭВП на базе откачного поста ЛМ

4.4 Высоковакуумная установка с инфракрасным нагревателем для камерной откачки электровакуумных приборов

Выводы

Актуальность проблемы. Несмотря на развитие полупроводниковой техники и технологии электровакуумные приборы (ЭВП) различных типов находят широкое применение в народном хозяйстве страны, что выдвигает требования создания большого количества новых ЭВП. Долговечность и надежность работы важнейших объектов промышленности во многом зависят от качества, надежности и долговечности ЭВП. Неуклонное повышение качества и технологического уровня всех выпускаемых ЭВП, наряду с дальнейшим увеличением масштабов производства, является важнейшей задачей электронной промышленности.

Эти повышенные требования к ЭВП приводят к разработке новых, более совершенных способов получения вакуума и новых, более эффективных технологий изготовления узлов и откачки ЭВП.

В области улучшения технологий откачки ЭВП наиболее важными являются работы по созданию новых и совершенствованию традиционных технологических процессов. Значительные успехи в этом направлении достигнуты благодаря работам ученых и специалистов электронной промышленности, вузов, НИИ, РАН (Н.Д. Девяткова, С.И. Реброва, Н.В. Черепнина, В.Ф. Коваленко, В.Н. Батыгина, В.П. Марина, А.К. Михалева, B.C. Прилуцкого, В.Б. Байбурина, Г.А. Тягунова и других).

Анализ результатов их работ показывает, что для получения высоких параметров, максимальной надежности и уменьшения себестоимости производства ЭВП в числе обязательных условий необходимо:

• увеличить эффективную быстроту откачки приборов;

• понизить предельное разрежение в приборе.

Работы всех этих специалистов были, как правило, направлены на совершенствование традиционных методов откачки ЭВП через штенгель. Поэтому достичь максимальных результатов для реализации этих задач не всегда было возможно. Новое направление- беспггенгельная откачка- было предложено впервые выдающимся советским ученым академиком С.А. Векшинским в 1934 году. Дальнейшее усовершенствование этого процесса нашло в работах А.Т. Александровой, Г.В. Конюшкова, В.И. Воронина, В.П. Шумарина, JI.A. Радченко, М.Н. Печатникова, А.П. Краснова и Ф.Г. Закирова Их работы были посвящены, в основном, созданию оборудования для камерного и гнездового способов откачки без теоретического обоснования этих процессов.

Целью работы является разработка технологических процессов камерной откачки ЭВП с применением форсированных и совмещенных режимов термовакуумной обработки приборов, обеспечивающих увеличение долговечности, сокращение длительности циклов откачки, повышение эмиссионной способности катодов, обеспечение возможности групповой откачки приборов, снижение трудовых энергозатрат.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ технологических процессов откачки ЭВП и выбрать принципиальные схемы, обеспечивающие применение форсированных и совмещенных режимов термовакуумной обработки приборов при индивидуальном и групповом методах откачки.

2. Получить расчетные зависимости между проводимостью эвакуационных сечений откачиваемых ЭВП и величиной разнесения их частей и определить оптимальную величину разнесения, что позволяет сформулировать технические требования к конструкциям механизмов перемещения и давления.

3. Разработать типовой технологический процесс откачки ЭВП.

4. Разработать методику расчета производительности вакуумной системы при камерной откачке и рекомендации по проектированию оборудования.

5. Разработать методику объективной оценки степени обезгаженности ЭВП на откачке по величине газового потока и оптимального времени обезгаживания прибора.

6. Разработать технологические приемы, обеспечивающие улучшение вакуумных и электрических характеристик ЭВП, сокращение циклов откачки.

7. Провести экспериментальные исследования, подтверждающие результаты теоретических исследований при различных способах откачки групп приборов различных типов (магнетронов, перестраиваемых напряжением (МЛН), ламп бегущей волны (ЛБВ), вакуумных дугогасительных камер (ВДК), вакуумных конденсаторов, вакуумных реле).

Работа выполнялась в соответствии с Государственной программой развития вооружения, специальной и военной техники на 2001 — 2010 годы (утверждена Президентом РФ 23 января 2002 г.), с программой совместных исследований и разработок ОАО «Hiill «Контакт» и СГТУ (2003 г.) и в соответствии с директивной документацией федеральных учреждений электронной промышленности РФ по сокращению и совершенствованию циклов откачки ЭВП.

Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы научные основы вакуумной техники и технологии, вакуумной электроники. Применялось моделирование процессов камерной откачки. Вычислительные эксперименты выполнены на компьютере класса Athlon Х2 с использованием программного пакета инженерных расчетов MathCAD 14.0 Academic version.

Использована стандартная аппаратура — приборы для измерений давления (манометрические приборы) и электрических параметров (промышленные тренировочно-испытательные стенды), анализа спектра остаточных газов (ИГТДО-2А с датчиком РМО-4С), оборудование для диффузионной сварки (УДС-2), разрывная машина Р-5.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием известных положений фундаментальных и прикладных наук (вакуумная техника, вакуумная и плазменная электроника, физика тонких пленок), корректностью моделей и их адекватностью известным критериям оценки параметров изучаемых процессов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, а также промышленной проверкой.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1) Камерная откачка с форсированными и совмещенными режимами вакуумно-термической обработки ЭВП (оболочки, электродов и других элементов), предварительное обезгаживание и герметизация приборов, в горячем состоянии при температуре 500.650°С, пайкой или диффузионной сваркой приводят к сокращению длительности циклов откачки в 1,5.2,0 раза.

2) Расчетные зависимости устанавливают взаимосвязь между проводимостью и величиной зазора и позволяют определить оптимальную величину разнесения частей прибора (H=0,3d.0,5d) и время обезгаживания ЭВП.

3) Расчетные зависимости, учитывающие температуру обезгаживания, величину и время обезгаживания с учетом газовыделения, позволяют определить оптимальную быстроту откачки камеры и выбрать средства откачки.

4) Технологические схемы и приемы (откачка через зазор, образованный гофрированным припоем; откачка через отверстие в корпусе с герметизацией заглушкой; откачка через все сечение прибора с герметизацией заглушкой; откачка через короткий штенгель; предварительное обезгаживание оксидных катодов; оптимизация способа технологической подготовки металлических внутриламповых деталей) обеспечивают не только сокращение циклов откачки, а также повышение эмиссионной способности катодов, снижение остаточного давления в приборах, отбраковка (на стадии производства) приборов с «внутренним» газовыделением и увеличение долговечности катода. Научная новизна работы: о На основе научно обоснованного подхода к разработке технологических процессов откачки приборов различных классов (спутниковых ЛБВ, МЛН, ВДК, вакуумных конденсаторов, вакуумных реле) предложены принципиальные и типовые технологические схемы процессов. о Разработаны методики технологических приемов обработки оксидного катода и внутриламповых деталей по форсированным режимам при камерной откачке, обеспечивающие снижение температуры активирования катода, улучшение параметров приборов, сокращение циклов откачки и тренировки. в Обработка оксидных катодов приборов по форсированным режимам при камерной откачке позволяет снизить температуру активирования катодов на 100°С, что приводит к уменьшению испарения активного вещества и увеличению срока службы катодов. Определены группы приборов с учетом их конструктивных особенностей и требований к выходным параметрам, которые рекомендуются для откачки по разработанным принципиальным схемам. Разработан типовой технологический процесс и режимы герметизации пайкой или диффузионной сваркой при камерной откачке для определенной группы приборов. Разработаны требования и рекомендации к оборудованию для камерной откачки.

Практическая значимость.

Результаты работы могут быть использованы предприятиями электронной промышленности при разработке технологических процессов и оборудования для камерной откачки ЭВП практически всех типов, конструкций и габаритных размеров. Результаты работы при разработке технологических процессов откачки позволяют значительно сократить трудовые затраты, применить форсированные и совмещенные режимы групповой откачки ЭВП, снизить энергоресурсы за счет сокращения длительности циклов откачки и тренировки, улучшить эмиссионные и вакуумные характеристики приборов. Технологии прошли апробацию на ОАО «НПП «Контакт».

Разработаны технологические приемы (предварительное обезгаживание катодов, оптимизация технологии очистки внутриламповых деталей, оптимизация способа герметизации прибора), приводящие к улучшению параметров приборов.

Разработан метод оценки степени обезгаженности прибора при откачке по величине газового потока с учетом постоянной времени обезгаживания, определяемой изменением величины газового потока из прибора на один порядок.

Разработаны рекомендации и режимы герметизации приборов при камерной откачке диффузионной сваркой, обеспечивающие получение прочных, вакуумноплотных соединений и исключающие газовыделение во внутреннюю полость прибора в процессе герметизации.

Установлена взаимосвязь между газовыми потоками из прибора, проводимостями эвакуационных зазоров и вакуумной системы, что приводит к более эффективному использованию вакуумных насосов.

Материалы исследований внедрены в учебный процесс на кафедре «Электронное машиностроение и сварка» Саратовского государственного технического университета в виде лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Технология материалов и изделий электронной техники» и «Оборудование производств изделий электронной техники».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: конференции молодых ученых машиностроительного факультета СГТУ. I тур (Саратов, 2008); XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008); IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008); 6-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2007); 7-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2008); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008); IV Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ (2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 10 статей в научных сборниках).

Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в постановке целей, задач исследований, обработке и обобщении результатов и основных выводов диссертации, разработке методик камерной откачки, оптимизации условий удаления газов из приборов различных типов, разработке оборудования, режимов откачки и герметизации приборов.

Обсуждение полученных теоретических и экспериментальных результатов проводилось совместно с научным руководителем и с соавторами публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 102 наименования, акта использования результатов в производстве. Работа изложена на 182 страницах, содержит 88 рисунков и 7 таблиц.

Выводы

Разработанная конструкторская документация обеспечивающая внедрение в производство четырех установок камерной откачки приборов с разнесением частей на расстояние гофрированного припоя:

- универсальная вакуумно-водородная установка для откачки и сборки узлов с электровакуумных приборов;

- полуавтомат камерной откачки малогабаритных электровакуумных приборов;

- установка камерной откачки ЭВП на базе откачного поста J1M-4850;

- высоковакуумная установка с инфракрасным нагревателем для камерной откачки электровакуумных приборов.

Заключение

На основании исследований решена актуальная научная задача, заключающаяся в разработке технологического процесса камерной откачки ЭВП с форсированными и совмещенными режимами и герметизацией корпусов диффузионной сваркой с помощью заглушки, приводящего к сокращению длительности откачки, повышению эмиссионной активности катодов, повышению долговечности приборов, снижению энергозатрат и обеспечению высокого процента выхода годных изделий.

1. Установлена зависимость давления в приборе от величины проводимости зазора между его частями в процессе откачки. Получены зависимости для определения оптимальной величины проводимости зазора и величины разнесения частей для обеспечения этой проводимости.

2. Разработана методика определения оптимальной производитель-ности вакуумной системы установок камерной откачки ЭВП, устанавливающая взаимосвязь между потоками газовыделения из прибора и камеры и параметрами вакуумной системы.

3. Разработана структурная схема типового технологического процесса откачки ЭВП, позволяющего применять форсированные и совмещенные режимы вакуумно-термической обработки ЭВП на откачном посту и групповую откачку, а также позволяющего проводить контроль степени обезгаженности ЭВП по величине газового потока из прибора.

4. Исследовано влияние откачки по типовому технологическому процессу на параметры ЭВП. Данный процесс апробирован при откачке ЛБВ средней мощности: цикл откачки сократился в 2 раза, увеличилась плотность тока катода на 10%, увеличилось время 20%-го спада катодного тока и понизилась характеристическая температура катода, что свидетельствует о повышении долговечности катода и прибора в целом.

5. Разработаны технологические приемы, позволяющие улучшить эксплуатационные характеристики электровакуумных приборов и сократить длительность циклов откачки: оптимизация способа предварительной очистки металлических внутриламповых деталей перед сборкой прибора и разработка способа предварительного обезгаживания оксидных катодов.

6. Разработана технология камерной откачки приборов типа МПН с применением гофрированного припоя, что позволило снизить остаточное давление в генератор-оболочках МПН на 1,5.2,0 порядка, повысить плотность анодного тока на 30.35%, сократить длительность цикла откачки в 2 раза, применить форсированные режимы термовакуумной обработки генератор-оболочек и групповую откачку.

7. Разработана конструкторско-технологическая документация на четыре установки для камерной откачки ЭВП.

1. Черепнин, Н.В. Основы очистки обезгаживания и откачки вакуумной техники /Н. В. Черепнин М.: Советское радио, 1967. — 408 с.

2. Пипко, А.И. Конструирование и расчет вакуумных систем /А.И. Пипко, В.Я. Плисковский, Е.А Пенчко М: "Энергия", 1979. - 504 с.

3. Тягунов, Г.А. Основы расчета вакуумных систем /Г.А. Тягунов. М., JI.: Государственное энергетическое издательство, 1948. - 148 с.

4. Вакуумная техника: Справочник /Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова и др.; Под общ. ред. Е.С. Фролова. М: Машиностроение, 1992. -480 с.

5. Дэшман, С. Научные основы вакуумной техники /С. Дэшман М.: Мир, 1964.-716 с.

6. А.С. № 234527 СССР Способ обезгаживания электродов и арматуры электронных и ионных приборов /А. Г. Денисов, В. И. Перфилов, Ю. С. Спиридонов. — опубл. в Б.И. 1969, Бюл. № 4.

7. А.С. № 263751 СССР Способы очистки деталей металлокерамических радиоламп /А. П. Краснов. — опубл. в Б.И. 1970, Бюл. № 8.

8. А.С. № 352335 СССР Способ очистки электровакуумного прибора в процессе откачки /Ю. С. Спиридонов опубл. в Б.И. 1972, Бюл. № 28.

9. А.С. № 290343 СССР Способы обработки электровакуумных и газоразрядных приборов /Э. П. Гель, Ю. С. Спиридонов — опубл. в Б. И. 1970, бюл. № 2.

10. А.С. № 452879 СССР Способ очистки внутренних поверхностей электровакуумных приборов /В. М. Геллер, М. С. Чахнов. — опубл. в Б. И. 1977, Бюл. № 28.

11. А.С. №855784 СССР Способ очистки электродов электровакуумных приборов /А. Я. Фиксис, опубл. в Б. И. 1981, Бюл.№ 30.

12. А.С. №511646 СССР способ обезгаживания элементов электронныхприборов /В.В. Сухомлинов, А. И Шимко, — опубл. в Б. И. 1976, Бюл. № 15.

13. Электрофизические способы очистки поверхностей деталей в электровакуумном производстве. ЦСНТЭИ, 1975, №7.

14. Ингберман, М.И. Оптимальные режимы применения и эксплуатации электровакуумных приборов /М.И. Ингберман, М.С. Эпштейн — М: Радио и связь, 1985. 134 с.

15. Волчкевич, А.И. Анализ режимов и методов технологии откачки ЭВП с целью их регламентации /А.И. Волчкевич -М: Проспект, 1978. Вып. 3. 81с.

16. Орлов, К.Н. Разработка и внедрение в производство процесса откачки ЭВП с сокращенной в 2 3 раза длительностью /К.Н. Орлов, Н.И Батурина,

17. B.Н. Добренченко М: Проспект, 1979. - Вып. 4. - 90с.

18. Герасимов, А.Н. Плазменная технология / А.Н. Герасимов- JI: Лениздат, 1980. 152с.

19. Сытник, А.Н. Криодокачка остаточных газов из ЭВП /А.Н. Сытник,

20. C.И. Переварюха//Электронная техника. 1978. -Сер. 1. № 1. С. 85 — 88.

21. Решникова, Н.А. Системный подход к управлению технологией обезгаживания во время откачки. /Н.А. Решникова //Специальная электроника. "Электроника СВЧ". - 1973. - Серия 1, вып. 12. - С. 97-100.

22. Орлов, К.Н. Разработка и внедрение в серийное производство унифицированного процесса откачки ЭВП с целью сокращения цикла откачки в 2 раза /К.Н. Орлов, Т.Б. Демешкевич, Н.М. Батурина — М: Проспект, 1978. Вып. 3. 82с.

23. Федоров, М.И. Исследование откачного оборудования с целью обеспечения требований откачки ЭВП по сокращенному циклу /М.И. Федоров, Ю.П. Кирносов //Электронная техника 1981. - Сер. 7, №1. - С. 41-44.

24. Сорбционные процессы в вакууме /под ред. К.Н. Мызникова 2 изд. -М: Атомиздат, 1986. - 316 с.

25. Савостин, С.А. Изменения термоэлектронной эмиссии оксидного катода и состава его покрытия в процессе длительной работы /С.А. Савостин, И.Л. Тараш, Б.М. Царев //Электронная техника. 1969. - Сер. 1, вып. 4. — С. 1822.

26. Преображенский, О.В. Масс-спектрометрическое исследование технологического процесса откачки и тренировки МГЛ /О.В. Преображенский,

27. B.Г. Петарский, С.В. Брук //Электронная техника. 1973. - Сер. 4, № 5. - С. 111 -116.

28. Краснов, А.П. Исследование остаточных газов в малогабаритных титано-керамических ламп СВЧ диапазона и условий их бесштенгельной откачки: Автореф. канд. дисс. /А.П. Краснов — Томский политехнический ин-т, 1972. 22 с.

29. Никонов, БЛ. Физико-химические процессы, происходящие при откачке и тренировке ламп с оксидным катодом //Электроника. -1958.-№12,—1. C.97-101.

30. Batey Н. Carbon contamination of glassware used for vacuum purposes / vacuum, 1960, 10.-P.263-267.

31. Haas G.A., Jensen J.T. Preconversion of oxide cathodes / Rev. Sci.Jnstr., 1959, 30, №7. — P.562-565.

32. Эльмар, В. — Электроника в ядерной физике / В. Эльмар, М. Сендс -М.: ИЛ, 1961.-128с.

33. Риттнер, Э.С. Теоретическое изучение химии оксидного катода /Риттнер, Э.С. //VI межвузовской науч.-техн. конференции: сб. науч. тр. — М.: МГТУ, 1970.-С. 75-79.

34. Язова, А.А. Простой метод определения степени термического разложения карбоната бария в вакууме /А.А. Язова //VI межвузовской науч.-техн. конференции: сб. науч. тр. -М.: МГТУ, 1970. — С. 109-112.

35. Шофман, Г.С., Гущин, JI.H. Пути устранения брака подогревателей ППУЛ, вызванного высокочастотным пробоем //Обмен опытом в радиоэлектронной промышленности, 1962, №8. — С. 44-48.

36. Dluhy F., Schutze H.J. Emission von oxydkathoden wahrend der aktivierung und brenndauer in electronenrohren / telefimken — Rohre, 1961, H.39. — S.121-124.

37. Stoll S J. Origin and analisis of gas in electron tubes / Brit. J. Appl. Phys., 1956, vol.7. -P.94-98.

38. Воронин, В.И., Антонов, B.A., Полякова, P.A. О некоторых особенностях камерной откачки приборов с разнесением частей /В.И. Воронин. -М.: ЦНИИ Электроника. Деп. №2606/74,1974. 12 с.

39. Михайлов, Г.С. Взаимное влияние термокатодов и подвергающихся электронной бомбардировке элементов вакуумных приборов /Г.С. Михайлов //Вопросы радиоэлектроники. 1965. Сер. 4. - С.42-44.

40. Воронин, В.И., Кошошков, Г.В., Федоров, М.И. Влияние экранирования катода на запыление электродов и электрические параметры ЭВП при откачке /В.И. Воронин, Г.В. Конюппсов, М.И. Федоров //Электронная техника, сер.Ю, вып.4(95), 1978. С.23-28.

41. Воронин, В.И. К вопросу определения оптимальных условий камерной откачки электровакуумных приборов /В.И. Воронин, В.А. Антонов, Д.С. Дудников //Электронная техника, сер. 7, вып. 1(58), 1974. - С.72-79.

42. Воронин, В.И. Влияние разнесения частей экспериментальных диодов на продолжительность процесса откачки и параметры приборов /В.И. Воронин, В.А. Антонов, А.И. Голованов //Электронная техника. Сер. 10, вып. 7(47), 1971. С.25-30.

43. Орлов, К.Н. Пост камерной откачки крупногабаритных электровакуумных приборов / К.Н. Орлов //Электронная промышленность -1971.- Сер.З, №1 43 с.

44. Белоусов А.А. Совмещенные режимы откачки /А.А. Белоусов

45. Электроника. 1958. - Сер.4 №11 - С.28-29.

46. Кашлатый Р.Е. Исследование процессов, протикающих при вакуумнотермической обработке надежных и долговечных электронных приборов с оксидным катодом: Автореф. канд. дисс. / Р.Е. Кашлатый -Новосибирский политехнический ин-т, 1971. 24 с.

47. Б.П. Никонов Физико-технические процессы, происходящие во время откачки и тренировке ламп с оксидным катодом //Электроника. 1958. — Сер.2, №12- С.41-46.

48. Никонов, Б.П. Откачка и тренировка ламп с оксидным катодом /Б.П. Никонов, Б.М. Царев //НИИ, MPTTI, Вып.З(б), 1961.

49. Калябина, Н.А. Масс-спектрическое изучение режимов откачки /Н.А. Калябина //Электроника. 1958. - Сер.2, №12- С.47-51.

50. Антонов, В.А. Влияние выбора агрегата откачки на формирование характеристик катода электровакуумного прибора /В.А. Антонов, Ю.Н. Шанин //Электронная техника. 1969.- Сер. 10, вып. 5(44)- С.34-36.

51. Федоров, М.И. Некоторые особенности процесса откачки СВЧ — приборов на постах с агрегатами ЭРА и системами на паромасляных насосах с угольными ловушками /М.И. Федоров, В.А. Антонов //Электронная техника. -1969. Сер. 10, вып. 5(44), 1969. - С.36-37.

52. Пауэр Б.Д. Высоковакуумные откачные устройства /Б.Д. Пауэр М: Энергия, 1980. - 324 с.

53. Розанов, JI.H. Вакуумная техника /JI.H. Розанов. М: Высшая школа, 2007.-391 с.

54. Конюшков, Г.В. Исследование, разработка технологии и оборудования для диффузионного соединения узлов электровакуумных приборов при бесштенгельной откачке: Автореф. канд. дисс. /Г.В.Конюшков -М., 1963. 24 с.

55. Волчкевич, А.И. Влияние откачной системы на процесс обезгаживания материалов. /А.И. Волчкевич — Тезисы Ш Всесоюзнойконференции по физике и технике высокого вакуума. Л: Проспект, 1971. -С. 13.

56. Ворнаков, С.В. Исследования газоотделения вакуумноплотных сварных шов /С.В. Ворнаков, Г.Ф. Ивановский //Обмен опытом в электронной промышленности. 1969.- Вып. 7 — С.43.

57. Фрайтаг, Ж.П. Использование испытательного диода для контроля очистки деталей электронных ламп //В кн. Очистка деталей электронных приборов. /Ж.П. Фрайтаг; пер. с англ. под ред. Б.Д. Лудт и А.Л. Шустиной М: Энергия, 1964. - С. 191-211.

58. Сорокин, О.В. Электронное машиностроение /О.В. Сорокин // Энергия. 1967. - Вып.З. -347 с.

59. Иориш, А.Е., Кацман, Я.А., Птицын, С.В., Иориш, А.Е. Основы технологии производства электровакуумных приборов /А.Е. Иориш и др. М: Энергия, 1971. -312 с.

60. Михайлов, Г.С. Взаимное влияние термокатодов и подвергающихся электронной бомбардировке элементов вакуумных приборов /Г.С. Михайлов //Вопросы радиоэлектроники. Сер. IV. Технология, производство, оборудование. 1965. -№5. - С. 25-28.

61. Амакасу, К., Имаи, Т. Падение эмиссии, обусловленное разряженным катодом /К. Амакасу, Т. Имаи; пер с англ., под ред. Р.А. Шульмана //Сб. тр. Эффективные термокатоды. 1969. — Вып. 1 С.43.

62. Амакасу К. Падение эмиссии оксидных катодов/К. Амакасу; пер с англ., под ред. Царева Б.М. //Сб. тр. Оксидный катод. 1957. Вып. 1 - С.23.

63. Анякин, В.А. К вопросу о природе спадов эмиссионной активности оксидного катода в начальный период токоотбора /В.А. Анякин //Электронная техника.- 1967.- Сер. 5, вып. 1. С.34.

64. Анякин В.А. Изменение свойств оксидного катода при отборе тока в непрерывном режиме /В.А. Анякин //Электронная техника.- 1967.- Сер. 5, вып. 1.-С.38.

65. Никонов, Б.П., Смирнов В.А. Эмиссионные свойства оксидных катодов в импульсных и непрерывном режимах /Б.П. Никонов //Вопросы радиоэлектроники. 1961. -Сер. 1, вып. 3. — С. 42.

66. Фрост, Г. Изменение эмиссии в дежурном режиме. — Сб. «Остаточные газы в электронных лампах», — М: Энергия, 1967. 212 с.

67. Савостин, С.А. Изменения термоэлектронной эмиссии оксидного катода и состава его покрытия в процессе длительной работы /С.А.Савостин, И.Л. Тараш, Б.М. Царев //Электронная техника. 1969. - Сер. 1, вып. 4. — С. 1822.

68. Пламли, Р.Х. Явления электрического переноса в оксидном катоде. Перевод №53-68, ЗПУЛ, БТИ, г.Саратов.

69. Моргулис, Н.Д. Применение масс-спектрометра к исследованию процесса активизации оксидного катода /Н.Д. Моргулис, Г.Я. Пикус //Изв. АНСССР, т.ХХ, №10, 1085.

70. Мойжес Б .Я. Физические процессы в оксидном катоде /Б.Я. Мойжес — М: Наука, 1968. 125с.

71. Кудинцев, Г.А. Термоэлектронные катоды ГГ.А. Кудинцев, А.И. Мельников — М: Энергия, 1966. 207с.

72. Воронин, В.И. Некоторые вопросы герметизации электровакуум-ных приборов при откачке из разнесенных частей /В.И. Воронин, В.А. Антонов,

73. B.В. Заветный //Технология электровакуумного производства. -1969. №8(15).1. C. 10-17.

74. Краснов А.П. Изучение пропускной способности зазоров титано-керамических ламп в процессе откачки /А.П. Краснов, В.Д. Стрельников //Электронная техника. 1967. - Сер. 5, вып. 3. - С. 38-42.

75. Жолобов С.П. Изучение бесштенгельной откачки металл окерамических приборов /С.П. Жолобов, В. Д. Саратовкин //Электронная техника. 1966. - Сер. 5, вып. 1. - С. 13-17.

76. Краснов А.П. О влиянии режимов вакуумной откачки на качество

77. ЭВП с оболочкой из титана и керамики /А.П. Краснов, Г.Я. Антипов //Тезисы 1П Всесоюз. конф. — Л.: 1971. — С. 13.

78. Joshiniro Tachihara, Tokaya Yata and Masagasi Koitabashi. Influence of Exhaustions Process on Oxide Cathode. I. Appl. Plys, Japan, 1961, v. 30, №5, p. 366.

79. Краснов, А.П. Исследование остаточных газов в малогабаритных титано-керамических лампах СВЧ-диапазона и условия их бесштенгельной откачки: Автореф. канд. дисс. /А.П. Краснов — Томский политехнический ин-т, 1972. 22 с.

80. Перевозникова, Я. В. Модульный принцип разработки технологических процессов откачки ЭВП /Я.В. Перевозникова //Молодые ученые — науке и производству: материалы конф. молодых ученых. Саратов: СГТУ, 2008. С. 166-168.

81. Будников С.Ф. К вопросу об откачке электровакуумного прибора из разнесенных частей /С.Ф. Будников, В.А. Антонов, Б.П. Чесноков, А.Н. Любименко //Электронная техника. 1971. - Сер. 10, вып. 3 (43). — С. 18-22.

82. Конюшков, Г.В. Специальные методы сварки давлением. Учебное пособие /Г.В. Конюшков, Р.А. Мусин Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. - 632 с.

83. Казаков, Н.Ф. Эффективность диффузионного соединения узлов электровакуумных приборов //Н.Ф.Казаков, Г.В. Кошошков, В.И. Ерекин, М.И. Федоров, //Электронная техника. 1968. - Сер. 10, вып. 1. - С. 25-29.

84. Конюшков, Г.В. Исследование, разработка технологии диффузионного соединения деталей ЭВП при бесштенгельной откачке Г.В.Конюшков, Н.Ф. Казаков, В.И. Ерекин, М.И. Федоров М.: Металлургия, 1970.-321с.

85. Перевозникова, Я.В. Откачка электровакуумных приборов черезкороткий штенгель /В.И.Воронин, Я.В. Перевозникова //Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. - № 2(38). Вып. 1.-С. 159-163.

86. Перевозникова, Я.В. Термическая обработка оксидных покрытий катодов /В.И. Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова //Быстрозакаленные материалы и покрытия: труды 6-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф. М.: МАТИ, 2007. - С. 108-114.

87. Baty Н. Carbon contamination of glassware used for vacuum purposes/Vacuum, I960. Vol. 10. № 1/2. P. 263.

88. Черепнин H.B. Сорбционные явления в вакуумной технике /Н.В. Черепнин. М.: Сов. Радио, 1973. - 384с.

89. Перевозникова, Я.В. Восстановление оксидных пленок на поверхностях металлических деталей /В.И. Воронин, Я.В. Перевозникова //Быстрозакаленные материалы и покрытия: труды 6-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф. -М.: МАТИ, 2007. С. 315-320.

90. Решникова, Н.А. Выбор длительности откачки на этапах обезгаживания ЭВП /Н.А. Решникова, Молчанова Г.В. //Электронная техника. -1971. Сер. 10, вып. 8 (48). - С.45-49.

91. Цехонский, АЛ. Оценка качества оксидного катода по спаду тока в течение длительности импульса /АЛ. Цехонский //Электронная техника. — 1978. Сер. 1, вып. 1. - С. 46-49.

92. Волчкевич, Л.И. Электронное машиностроение : учеб. пособие /Л.И. Волчкевич и др.. М: Изд-во МГТУ, 1989. - 128 с.

93. Перевозникова, Я.В. Камерно-штенгельная откачка вакуумных конденсаторов /В.И.Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. - № 2(32). Вып. 1.-С. 131-136.

94. Антонов, В. А. Технология производства электровакуумных и полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1980. — 368 с.

95. Волчкевич, А. И. Кинетика обезгаживания материалов в вакууме ДЭ-712.-М.: ЦНИИ «Электроника», 1973.— 15 с.

96. Антонов, В.А. Об эффективности безштенгельной электро-вакуумных приборов /В.А. Антонов, Н.К. Варнаков, Г.В. Конюшков //Вопросы радиоэлектротехники. 1966. - Сер. 4, вып. 1. — С. 25-29.

97. Сливков, И.Н., Михайлов В.М., Сидоров Н.И. Электрический пробой и разряд в вакууме /И.Н. Сливков, В.М. Михайлов, Н.И. Сидоров М.: Высшая школа, 1966. — С.109-111.

98. Печатников, М.Н. Бесштенгельная откачка генераторных и модуляторных приборов средней мощности /М.Н. Печатников, Г.А.Востров //Электронная техника. 1970. - Сер. 16. №1. -45с.

99. Медников, М.И. Электротермические характеристики ламповых нагревателей для вакуумной печи и установки камерной откачкималогабаритных ЭВП /М.И. Медников, И.В. Муленков //Электронная техника. 1982. - Сер.7, вып.6. - С.61-64.

100. Перевозникова, Я.В. Высоковакуумная установка с инфракрасным нагревом /В.И. Воронин, Г.В. Конюшков, Я.В. Перевозникова //Современные проблемы машиностроения: сб. трудов IV Междунар. науч. конф. Томск: ТГУ, 2008 - С. 355-358.