Разновидности подогревателей и требования к ним
Подогреватель — металлический проволочный керн (тело накала), по которому пропускают ток, обеспечивающий нагрев подогревателя до рабочей температуры.
Подогреватели служат для нагрева катодов косвенного накала до температуры, необходимой для придания им высокой эмиссионной способности. Нагрев катода происходит в результате теплоизлучения от подогревателя и теплопроводности изоляционного покрытия.
По способу изоляции подогревателя от катода подогреватели подразделяются на следующие типы: алундированные, в которых металлический керн покрыт изоляционным слоем алунда; не -докрытые изоляционным слоем (на керамических держателях); залитые в керне катода изоляционными и теплопроводящими составами; «приклеенные» (припаянные) к керну катода; керметные.
Основными параметрами и характеристиками подогревателей являются рабочая температура и мощность накала. Рабочая температура подогревателя оксидных катодов ~ 1130°С, а для особо долговечных и надежных приборов ~ 1050°С.
Чем ниже рабочая температура подогревателя, при которой достигается рабочая температура катода, тем выше долговечность, надежность подогревателя и электровакуумного прибора и меньше шумы и паразитные сигналы. Например, повышение рабочей температуры подогревателя на 50 — 70°С сверх оптимальной в 8 — 10 раз увеличивает вероятность перегорания нити накала.
Снижения рабочей температуры подогревателя можно достигнуть: повышением излучательной способности подогревателя, т.е. черчением поверхности подогревателя; заполнением промежутка катод — подогреватель теплопроводным составом; повышением поглощающей способности катода, т.е. чернением внутренней поверхности катода и другими способами.
Рабочую температуру подогревателя можно определить по отношению «горячего» сопротивления проволоки У гор1 к «холодному» сопротивлению Кхол. Это отношение должно быть = 2,2 для проволоки из сплава ВР-20 и 6,4 для вольфрамовой проволоки.
Для обеспечения требуемого тока накала и температуры (при данном напряжении накала Un) подогреватель должен иметь определенное электрическое сопротивление Rxon- Требуемое сопротивление обеспечивают подбором определенной длины I и диаметра d керна подогревателя по формуле:
где р — удельное электрическое сопротивление металла керна.
Подогреватели должны обладать формоустойчивостью, доста» точной для сохранения неизменного расстояния между катодом в подогревателем (тем самым достигается постоянная и равномерная температура катода в течение всего срока эксплуатации прибора).
Электрическая изоляция между катодом и подогревателем должна быть надежной, так как нарушение изоляции и снижение электрического сопротивления может привести к утечкам, пробоям и коротким замыканиям между электродами и искажению параметров.
Металлы и сплавы для кернов подогревателей должны иметь: высокую температуру плавления, хорошую формоустойчивость при высоких температурах и малую скорость испарения; высокую температуру начала рекристаллизации (что препятствует снижению механической прочности и появлению хрупкости); малое давление насыщенных паров (что предотвращает «отравление» катодов и ухудшение вакуума в приборе); достаточно большое удельное электрическое сопротивление (что позволяет применять керны с большим диаметром и соответственно с более высокой механической прочностью и формоустойчивостью); химическую инертность к материалу изоляционного покрытия (что исключает снижение электрического сопротивления изоляции). Например, недопустимо образование оксидов вольфрама, так как они вступают в реакцию с оксидом алюминия изоляционного покрытия и ухудшают его изоляционные свойства.
Указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют сплавы вольфрама с различными присадками.
Сплав марки ВА — вольфрам с присадками оксидов алюминия, кремния и щелочных материалов. Эти присадки способствуют повышению температуры рекристаллизации, препятствуют росту кристаллов и появлению хрупкости при длительных температурных нагрузках.
Сплав марки ВР (например, ВР-20) — вольфрам с рением. Этот сплав пластичен, хорошо поддается формовке, характеризуется малой скоростью рекристаллизации и сохраняет достаточную Механическую прочность в рекристаллизованном состоянии.