Особенности обезгаживания стеклянных деталей

Стекло может обезгаживаться четырьмя способами: нагревом в электрических и газовых печах; инфракрасным, ультрафиолетовым или световым излучением специальных ламп (чем больше в стекле содержится паров воды, тем сильнее оно поглощает инфракрасные лучи); излучением от раскаленной арматуры прибора; электронной и ионной бомбардировкой стекла. При прикосновении щупом аппарата «Тесла» к различным участкам стеклооболочки внутри прибора возникает высокочастотный разряд, что приводит к электронной и ионной бомбардировке стекла и к мгновенной десорбции газа.

Электронную бомбардировку стекла можно осуществить также возбуждением в объеме прибора вторичного электронного резонанса: откачиваемый прибор помещают между двумя металлическими пластинами, к которым прикладывают высокое напряжение определенной частоты. Вторичный электронный резонанс сопровождается флуоресценцией стекла, вызываемой его электронной бомбардировкой.

Зависимость газовыделения стекла от температуры в процессе его обезгаживания в печах вакуумных установок показана на рис. 27.13. Как видно на рис. 27.13, наибольшее количество газов и паров выделяется при температуре 250—300 градусов по Цельсию. В интервале температур Т— T_min происходит удаление газов и паров, сорбированных в приповерхностных слоях стекла, покрытия, а также стеклооболочка выделяют в основном водяные пары, электронно-оптическая система — водород, а оксидное покрытие — углеродсодержащие соединения.

В зависимости от состава стекла колеблется от 350—450°С. При 450°С удаляются все газы, проникшие в стекло при его хранении и химической обработке. Практика показывает, что, даже нагревая стекло до температуры размягчения, нельзя полностью обезгазить всю его толщу (для обезгаживания всей толщи стекла необходима температура, при которой стекло практически теряет свою форму). Однако ввиду того, что при Т = 35 + 450°С можно полностью обезгазить поверхностные и приповерхностные слои стеклянной детали, обезгаженное стекло является хорошим вакуумным материалом, не ухудшающим вакуума в приборе в процессе его эксплуатации. Будучи обезгажено в вакууме при оптимальной температуре, стекло практически не выделяет газов при более низкой рабочей температуре прибора. Применение вакуумных установок типа «вакуум в вакууме» позволяет повысить температуру обезгаживания стеклянных оболочек приборов, так как устраняет возможность их деформации под действием внешнего атмосферного давления.

При обезгаживании стекла неприменим принцип «чем выше температура и больше длительность обезгаживания, тем лучше». Стекла, в состав которых входят оксиды щелочных металлов, уже при нагреве свыше 360°С выделяют большое количество нейтральных частиц, ионов калия и натрия. Эти продукты термического разложения стекла оседают на внутриламповых деталях, окисляются в присутствии кислорода, создают на электродах изоляционные и полупроводниковые пленки. На таких пленках возникают положительные заряды, которые изменяют потенциалы электродов и снижают пробивное напряжение. Так, из боросиликатных стекол при 450°С интенсивно выделяется борный ангидрид.

Основными веществами, выделяющимися из стекла при обезгаживании, являются пары воды, диоксид углерода и водород. Установлено, что стекла с пониженной химической устойчивостью (С52-1, С96-1) обладают повышенным газовы-делением. Хранение стеклооболочек в воздушной среде с повышенной влажностью увеличивает газовыделение при обезгаживании прибора более чем в два раза.

Существует три способа снижения газовыделения стекол.

• 1. Предварительная (перед вакуумной обработкой прибора) прокалка стекла при высокой температуре в атмосфере сухого воздуха или азота. Поэтому отжиг, которому подвергают стекло-оболочки для снятия внутренних напряжений после заварки, снижает суммарное газовыделение из стекла во время вакуумной обработки (особенно резко уменьшается содержание вредных для катода водяных паров). Для уменьшения газовыделения и улучшения эмиссии катодов необходимо, чтобы на вакуумную обработку поступали горячие стеклооболочки, не успевшие остыть после операции «заварка ножки», иначе в процессе остывания стеклооболочка снова поглотит из воздуха значительное количество газов и паров. Хранение во влажной атмосфере стеклообо-лочек после заварки ножки увеличивает газовыделение более чем в семь раз.

• 2. Предварительное обезгаживание стеклооболочки в вакууме — предварительная откачка прибора с прогревом стеклооболочки до высокой температуры.

• 3. Промывка стеклооболочек в разбавленной 1 % -ной плавиковой кислоте: тонкий поверхностный слой стекла, содержащий основное количество сорбированных газов и особенно паров воды, растворяется, тем самым снижается газовыделение в вакууме более чем в восемь раз. Следует учесть, что применение более концентрированной плавиковой кислоты (например, 4—8%-ной), наоборот, увеличивает газовыделение стекла, так как образуется шероховатая поверхность стекла, активно • поглощающая газы и пары из атмосферы.

Наиболее качественная очистка стекла, снижающая его газовыделение в вакууме, достигается обработкой стеклянных деталей парами изопропилового спирта.

При работе ЭВП внутреннюю поверхность стеклооболочки могут бомбардировать рассеянные электроны и стекло заряжается до положительного потенциала близлежащего электрода. По мере увеличения положительного потенциала стекла электронная бомбардировка становится все более интенсивной и приводит к диссоциации оксидов, из которых состоит стекло. Поэтому рекомендуется защищать стекло от рассеянных электронов путем нанесения на него электропроводящих слоев, находящихся под потенциалом катода. Большинство стекол под действием электронной бомбардировки темнеет.

Введение в стекла оксидов бария и церия придает им устойчивость к воздействию электронной бомбардировки (например, стекла С54-1 и С88-9), введение этих примесей необходимо для стекол люминесцентных экранов высоковольтных приборов.