ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрядный канал, генераторы и конденсоры паров меди из "Лазеры на парах меди - конструкция, характеристики и применения " Выбор материала и конструкции разрядного канала. Керамика из AI2O3 широко применяется в вакуумной технике, в том числе и при высоких температурах [177]. И тем не менее даже в настоящее время трудно иметь полное представление о ее поведении в процессе длительного срока службы при воздействии различных факторов (температуры, среды, нагрузок и т.д.). В работе [178] показано, что наиболее сильное влияние на свойства керамики оказывает высокая температура при длительном нагреве изменяется ее микроструктура — происходит так называемое термическое старение. Этот процесс связан с рекристаллизацией (ростом кристаллов) керамики, сопровождающейся уменьшением ее кажущейся плотности, прочности, термостойкости, теплопроводности, ползучести и испарения. Керамика из окиси алюминия подвергается существенному старению даже при относительно невысоких температурах, если время нагрева составляет тысячи часов. Термическая обработка (выдержка) корундовой керамики при 1300 °С в течение 500, 1000 и даже 2000 ч практически не приводит к заметному изменению ее структуры. Нагрев до 1700°С вызывает резкие изменения уже в первые часы работы. Установлено [178], что прочность спеченной керамики после нагрева в вакууме при 1900 °С в течение 10 ч снижается примерно в четыре раза, при этом размер кристаллов увеличивается в шесть раз. Поэтому керамика А-995, работающая в АЭ на парах меди при температурах 1500-1600 °С, с целью сохранения ее свойств предварительно подвергается обжигу при более высоких температурах. В нашем случае температура обжига составляет (1700 20) °С. [c.37] Основу разрядного канала 1 (см. рис. 2.5) составляют пять керамических трубок с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенки 3 мм, из которых три центральные имеют длину 195 мм, а две концевые — 70 мм. Между собой трубки соединяются 40-мм керамическими втулками. В местах соединений они взаимно перекрываются на 10 мм. В процессе сборки разрядного канала на внешние концевые поверхности трубок, на участки их перекрытия с втулками, а также в местах их перекрытий с конденсорами паров меди 3 наносится герметизирующий состав — высокотемпературный цемент из мелкодисперсного порошка. Состав порошка 98-99% AI2O3 и 2-1% Ti02. При тренировке АЭ, когда температура канала возрастает от 20 до 1600 °С, цемент спекается. Благодаря этому конструкция канала становится цельной и ей придается повышенная механическая жесткость. Возможность попадания теплоизолятора в активный объем и уход паров меди из этого объема через зазоры соединений практически устраняются. И истощение запасов меди из генераторов 2 определяется только скоростью диффузионного ухода паров меди вдоль разрядного канала на относительно холодные его концы, где расположены конденсоры 3. [c.38] Выбор материала подложки генератора. При конструировании узлов изделий электронной техники, работающих в условиях высоких температур, широко применяются металлы большой пятерки — ниобий, тантал, молибден, вольфрам, рений и их сплавы [180] (табл. 2.1). [c.39] Свойства ниобия и тантала близки. Ниобий более дешевый, зато тантал несколько превосходит его по тугоплавкости и химической стойкости [179]. Эти материалы характеризуются высокой пластичностью, из них легко делать детали выдавливанием и штамповкой. Не теряют пластичности они и при сильном нагреве в условиях высокого вакуума и в атмосфере инертных газов. При повышенных температурах ниобию и танталу свойственна высокая поглощательная способность по отношению к газам, например Н2, О2 и N2, в результате чего эти металлы становятся хрупкими. При тренировке АЭ наблюдается интенсивное газоотделение во всем диапазоне температур от комнатной до 1600°С и эти материалы становятся хрупкими. Такой процесс менее интенсивен при тренировке изделия в атмосфере инертных газов. Взаимодействие ниобия и тантала с керамикой из AI2O3 происходит уже при 1500-1600° С [178]. В зоне контакта металл-керамика протекают интенсивные окислительно-восстановительные реакции. Эти процессы могут идти и через газовую среду с разложением и разрушением решетки [182]. Внешне они проявляются в потемнении керамики по всей толщине, в прилипании металла к керамике, образовании слоя продуктов взаимодействия керамики с металлом и ее разбухании. [c.39] Из работы [178] также следует, что в контакте с молибденом и вольфрамом эта же керамика проявляет значительно большую устойчивость взаимодействие практически отсутствует до 2000 °С. Что же касается рения, то этот материал с AI2O3 взаимодействует даже в меньшей степени, чем молибден и вольфрам. Применяется рений чаще всего не в чистом виде, а в виде сплавов с молибденом и вольфрамом. Рассмотренные тугоплавкие металлы довольно хорошо смачиваются медью, в то время как их окислы, наоборот, не смачиваются. Плохо смачивается и окись алюминия [182]. Эти свойства при выборе материала подложки для конструкции генераторов (и также конденсоров) необходимо было учитывать. Из проведенного выше анализа следует, что из металлов большой пятерки , применяемых в производстве изделий электронной техники, требованиям к материалу подложки генераторов наиболее полно отвечают молибден и рений. [c.41] Конструкция на рис. 2.6, г отличается от варианта а наличием ограничительной металлической втулки (цилиндра) 4 с отверстиями. [c.42] Был изготовлен и испытан макет АЭ УЛ-101, в котором один из генераторов был с танталовой, а второй — с молибденовой втулкой толщиной 0,2 мм. Уже при тренировке (через 20 ч) медь из генератора с молибденовой втулкой вылилась через отверстия (диаметром 1 мм) и растеклась по ее поверхности, частично перекрыв апертуру канала. Через отверстия в танталовой фольге медь не пролилась. При уменьшении диаметра отверстий в молибденовой фольге до 0,4 мм протекание полностью не исчезло. Очевидно, при температуре 1600°С поверхность молибдена частично очищается от окислов, чем и объясняется появление смачиваемости ее медью. Как видно из табл. 2.1 [182-184], диапазон устойчивости стабильного окисла тантала находится в интервале 1000-1890°С. Диапазон устойчивости окислов молибдена (500-795° С) лежит значительно ниже рабочей температуры канала. Таким образом, практические результаты испытаний АЭ полностью соответствуют литературным данным. [c.43] Рений и вольфрам в качестве подложек генераторов АЭ не использовались ввиду дефицитности первого и повыщенной хрупкости второго материала. Ниобий более интенсивно, чем тантал, поглощает остаточные газы и разрушается. Были опробованы генераторы металлопористой конструкции, изготовленные из материала, представляющего собой медно-вольфрамовый псевдосплав [185]. Этот материал является тесной механической композицией меди и вольфрама, полученной прессованием их порошков с последующим спеканием. Спекание производится при температуре выше точки плавления меди (1250-1350°С). Другой метод, позволяющий получить такой материал с более высокой плотностью, состоит в том, что на первой стадии прессуется и спекается только один вольфрам. Затем пористое тело пропитывается расплавленной медью. Изготовленный по такой технологии в НПП Исток материал содержит 30 вес.% меди. Генератор из этого материала (рис. 2.6, (5) испытывался в АЭ ГЛ-201. Но примерно через 600 ч работы на одной трети разрядного канала как со стороны катода, так и со стороны анода импульсный разряд начинал шунтироваться по внутренней поверхности канала, вся вводимая в АЭ мощность выделялась на оставшемся центральном участке и канал разваливался. Анализ состояния внутренней поверхности канала после разборки АЭ показал, что проводящие участки покрылись чистым вольфрамом. Испытывался также генератор медно-молибденового состава. Проводящая пленка на внутренней поверхности разрядного канала не образовывалась. По мере истощения меди цилиндрические генераторы из псевдосплава деформировались. Через 600 ч из-за деформации генератора апертура канала перекрывалась на 15%. Другой недостаток такого генератора — малый запас меди (примерно в три раза меньше, чем в генераторах других конструкций). [c.43] Вернуться к основной статье