Тренировка вакуумных приборов

Для устранения этих недостатков производится тренировка прибора. Тренировкой называется заключительная технологическая операция изготовления прибора, при которой к электродам прикладываются напряжения, обеспечивающие улучшение и стабилизацию основных параметров, повышение надежности и долговечности приборов.

В процессе тренировки улучшаются и стабилизируются эмиссионные свойства катодов; снижается давление остаточных газов и паров в объеме прибора; очищаются электроды прибора; улучшается изоляция между электродами, стабилизируется контактная разность потенциалов, улучшаются светотехнические параметры.

Тренировка обычно состоит из двух этапов.

1. Окончательное активирование катода. Катод нагревают постепенно (ступенчато) до температуры на 30—40 % выше рабочей температуры катода; при этом в катоде происходят физико-химические процессы формирования структур оксидного слоя, образования в толще катода свободного бария и его диффузии на поверхность. Оптимальная температура окончательного активирования тем ниже, чем меньше давление остаточного газа в приборе.

2. Стабилизация параметров и характеристик прибора. Катод нагревают до температуры на 10—20 % выше рабочей температуры, а на электроды прибора подаются экспериментально подобранные положительные относительно катода потенциалы. При этом происходит интенсивный отбор тока с катода, вызывающий электронную бомбардировку электродов прибора и их обезгаживание; диссоциацию и ионизацию молекул остаточных газов быстролетящими электронами; электролитическое разложение оксидов щелочноземельных металлов в оксидном покрытии, поглощение ионов газопоглотителем и активными поверхностями стеклооболочки и деталей.

Поглощение остаточных газов при тренировке происходит: ионной откачкой — путем внедрения ионов газов и паров в материал электродов при их бомбардировке; или сорбционной откачкой — путем поглощения газов и паров газопоглотителем.

Как известно, ионы и диссоциированные атомы газов и паров более интенсивно поглощаются газопоглотителем, чем нейтральные молекулы. Поэтому давление остаточных газов в приборе снижается.

Процесс превращения нейтральных молекул остаточных газов в ионы и диссоциированные атомы с последующим поглощением их внутренними поверхностями прибора и газопоглотителем, сопровождающийся улучшением вакуума в приборе, называется жестчением остаточных газов. Жестчение остаточных газов приводит к повышению вакуума в приборе практически на 1—2 . порядка.

Для обезгаживания электродов электронной бомбардировкой и интенсивного протекания процесса жестчения газов необходимы следующие условия: энергия электронов, вылетевших с катода, должна превышать энергию диссоциации и потенциала ионизации остаточных газов и паров; практически потенциалы ионизации газов невелики: кислорода—12,6 эВ, водорода—13,5, азота — 14,5, аргона—15,7; энергия электронов должна быть достаточной, чтобы обеспечить высокую вероятность ионизации остаточного газа (например, максимальная вероятность ионизации молекул азота достигается при ускоряющем напряжении 180 В, максимальная ионизация аргона составляет 50 % и достигается при ускоряющем напряжении 150 В).

Следует отметить, что в процессе тренировки с положительным потенциалом на электродах одновременно с бомбардировкой электродов электронами и ионами (полезный процесс) происходит бомбардировка катода положительными ионами, приводящая к разрушению центрального участка катода — ионному пробою (отрицательный процесс).

Практика показала, что наиболее эффективно процесс жестчения происходит при подаче на все электроды относительно катода отрицательного потенциала — это связано с тем, что положительные ионы лучше сорбируются и «замуровываются» в электроды, чем отрицательные. Положительные ионы остаточного газа при ударе о поверхность электрода нейтрализуются и, распыляя и разрушая оксиды металлов и другие загрязнения, сами поглощаются поверхностью и толщей электрода (глубина и прочность замуровывания ионов повышаются яри увеличении энергии ионов). Наличие на катоде при тренировке положительного потенциала предотвращает его бомбардировку и разрушение положительными ионами.

Выбор оптимального напряжения на электроде зависит от свойств материала электрода (температуры и скорости его испарения) и расстояния от электрода до катода. Например, на константовые модуляторы ЭЛТ нельзя подавать положительное напряжение выше 6 В, а на стальные — выше 25 В (причем чем меньше расстояние катод — модулятор, тем меньше допустимое напряжение). Иначе поток электронов, обладающих высокой энергией, вызывает распыление материала модулятора, напыление его на катод и отравление эмиссионного покрытия.

С внедрением в практику управляющих электронно-вычислительных машин можно производить тренировку каждого отдельного прибора по индивидуальному режиму в зависимости от его характеристик до тренировки и их изменений в процессе тренировки — это называется тренировкой с обратной связью. Тренировка с обратной связью предотвращает появление дефектов, связанных как с недотренировкой, так и с перетренировкой прибора.

При тренировке с обратной связью напряжение на электродах автоматически повышается при снижении давления остаточных газов в приборе и, наоборот, автоматически уменьшается при повышении давления (например, при давлении остаточных газов в приборе свыше 5 • 10³ мм рт. ст. тренировку следует прекратить и допилить газопоглотитель — иначе разрушается катод и происходит окисление материала электродов); напряжение накала при тренировке должно постепенно снижаться по мере приобретения катодом оптимальной величины эмиссионной способности.

В последнее время рекомендуется распылять газопоглотитель непосредственно при тренировке прибора — в процессе жестчения остаточных газов.

Газопоглотитель распыляют после подачи на подогреватель рабочего напряжения накала, на модулятор — небольшого отрицательного смещения (-3 + 5 В) и рабочего напряжения на аноды. Этот способ имеет следующие преимущества.

Пары бария, образующиеся в момент распыления газопоглотителя, имеют значительно большую сорбционную емкость, чем «зеркало» газопоглотителя (поэтому они поглощают газы, выделяющиеся при электронной бамбардировке электродов, и ГТредот-вращают их осаждение на катоде).

Газы, поглощенные парами газопоглотителя, «замуровываются» в толще зеркала газопоглотителя при конденсации паров бария на подложке, что предохраняет поверхностный слой зеркала газопоглотителя от насыщения остаточными газами и позволяет повысить долговечность приборов.

Высокая температура катода при распылении газопоглотителя предотвращает химическое отравление катода остаточными газами (см. с. 485), а наличие отрицательного потенциала на модуляторе препятствует проникновению положительных ионов газа на катод и защищает его от разрушения.

В процессе тренировки производится также операция прожига проводящих мостиков в изоляции между катодом и подогревателем.

Тренировку подогревателей производят путем приложения в готовом приборе разности потенциалов (порядка 200 В) между катодом и подогревателем, нагретым до температуры на 20—30 % выше рабочей. При этом очистка изоляционного покрытия подогревателя происходит в результате испарения и возгонки легколетучих примесей, а также диссоциации и разложения примесей, ионы которых направляются к электродам.

Наилучшие результаты дает тренировка при положительной полярности на катоде по отношению к подогревателю (однако тренировку можно производить и при переменном напряжении между катодом и подогревателем).

Повышение электрической прочности алундовой изоляции подогревателей катодов производится путем приложения к подогревателю импульса напряжения отрицательной полярности — значением порядка 10 кВ в течение 1—2 с — это позволит повысить электрическую прочность изоляции до 1,0—1,5 кВ и

значительно снизить величину утечек и пробоев между катодом и подогревателем.

Иногда применяют дополнительный этап тренировки — активный прогон приборов с повышенным токоотбором при подаче на электроды предельно допустимых рабочих напряжений. Это позволяет провести окончательную стабилизацию параметров и характеристик приборов и отбраковать потенциально ненадежные приборы.