генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления
Классы МПК: | H01J9/12 фотокатодов и электродов с вторичной электронной эмиссией H01J7/12 щелочных металлов |
Автор(ы): | Чунтонов К.А., Мелехов Л.З., Катаев А.А., Кривошеев В.И., Грищенко С.Н., Чунтонов С.А. |
Патентообладатель(и): | Товарищество с ограниченной ответственностью "Север" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-08-23 публикация патента:
20.03.1996 |
Использование: при изготовлении вакуумных фотоэмиссионных приборов. Сущность изобретения: генератор пара щелочных металлов содержит токопроводящую оболочку с интерметаллическим рабочим веществом в виде литых сферических гранул из галлидов щелочных металлов с защитным галлиевым покрытием. В качестве галлидов могут быть использованы Na22 Ga39 или AGa3, где A = K, Rb, Cs, при этом защитное галлиевое покрытие создают путем сбрасывания гранул указанного состава в воду с температурой верхних слоев 30 - 95oС, а нижних 0 - 10oС. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Генератор пара щелочных металлов, состоящий из токопроводящей оболочки и интерметаллического рабочего вещества, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют галлиды щелочных металлов в форме литых сферических гранул с защитным галлиевым покрытием. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые галлиды отвечают формуле Na22 Ga39 или AGa3, где A = K, Rb или Cs. 3. Способ изготовления генератора пара щелочных металлов путем загрузки рабочего вещества в токопроводящую оболочку, отличающийся тем, что перед загрузкой рабочего вещества, выполненного в виде интерметаллических гранул состава Na22 Ga39 или AGa3, где A = K, Rb, Cs, на поверхности гранул содержит защитное галлиевое покрытие путем их сбрасывания в сосуд с водой, верхние слои которой поддерживают при температуре 30 - 95oС, а нижние - при 0 - 10oС.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к генераторам пара щелочных металлов и к способу его получения. Генераторы пара предлагаемого типа предназначены для производства электровакуумных фотоэмиссионных приборов, например фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, видиконов, электронно-оптических преобразователей и т.д. Генераторы пара щелочных металлов, применяемые в современных пленочных технологиях, должны гарантировать особую чистоту выделяемого пара и обеспечить высокую управляемость процесса напыления. Практически эти требования сводятся к следующим четырем условиям:особому закону изменения давления пара РА щелочного компонента с температурой Т:
PА
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056661/2056661t.gif)
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056661/2056661-2t.gif)
сумме парциальных давлений всех остальных компонентов пара в режиме напыления, не превышающей 10-9 Па;
химической устойчивости рабочего вещества к воздействию атмосферы (что связано с открытой сборкой узлов прибора);
монотонности функции Р(Т) в области температур Т > Тпр (интенсивность испарения нарастает с температурой плавно без скачков и осцилляций). Все известные генераторы пара щелочных металлов состоят из двух элементов: рабочего вещества, содержащего как один из своих компонентов тот или иной щелочной металл, и токопроводящей оболочки, служащей одновременно контейнером для рабочего вещества и нагревателем. В зависимости от состава рабочего вещества различают солевые генераторы пара [1, 2] и интерметаллидные [3, 4]
Рабочее вещество первых это порошковая смесь хроматов или бихроматов щелочных металлов и металла-восстановителя. При нагреве рабочего вещества до температур выше 500оС начинается экзотермическая редокс-реакция, одним из продуктов которой являются пары щелочного металла. Солевые генераторы не обеспечивают строгое выполнение последних трех пунктов общих требований, а именно в парах присутствует водород, рабочее вещество гигроскопично, а скорость испарения со временем снижается. Все это приводит к невоспроизводимости свойств обрабатываемой парами поверхности и увеличивает процент непригодных приборов. Кроме того, токопроводящая оболочка лучших моделей генераторов данного типа (диспенсеры фирмы SAES Getters) является сложным в изготовлении устройством, а сами хроматы и бихроматы щелочных металлов известны своей канцерогенностью. Интерметаллидные генераторы пара имеют оболочки, идентичные оболочкам солевых генераторов, а рабочим веществом здесь является бинарный интерметаллид AnMem, где A щелочной металл; Me либо Au (Ag, Cu) [3] либо B, Si [4] n и m стехиометрические индексы. Данные генераторы работают по принципу термического разложения AnMem в вакууме, причем реально используемые температуры разложения отвечают той области зависимости PA P(T), где скорость испарения почти линейно меняется с температурой. Последнее обстоятельство имеет большое значение, так как открывает возможность автоматизации процесса напыления. Эндотермический характер реакции термолиза, наличие в рабочем веществе всего двух компонентов и выбор второго компонента при условии, что PA >> PMe, дают интерметаллидным генераторам пара существенные преимущества перед солевыми в вопросах регулировки процесса напыления и в отношении чистоты пара. Однако при этом осталась нерешенной проблема третьего пункта общих технических условий защита рабочего вещества от атмосферы. В известном генераторе пара интерметаллидного типа [4] (прототип) рабочим веществом служат порошки боридов или силицидов щелочных металлов. По образующей токопроводящей оболочки в этом генераторе располагается узкая щель, запираемая изнутри тонкой проволочкой, которая удерживает частицы порошка от высыпания, но легко пропускает газы и пары. Единственной мерой защиты рабочего вещества от вредного воздействия атмосферы является его разбавление т. е. понижение концентрации химически активного щелочного компонента до уровня нескольких процентов к использованию согласно [4] рекомендуются соединения с соотношением щелочного компонента и основного компонента в пределах от 1:6 до 1:40. Однако указанная мера только уменьшает скорость коррозии упомянутых боридов и силицидов, не останавливая ее в принципе. Твердо установленным фактом является то, что все двойные соединения со щелочным компонентом на воздухе либо возгораются, либо, как минимум, гидролизуются, причем эти процессы химического разрушения протекают в порошковых материалах намного быстрее, чем в компактных литых образцах. За несколько часов пребывания на воздухе исходные порошки боридов и силицидов щелочных металлов полностью распадаются. Поэтому предлагаемое в [4] решение позволяет проводить на воздухе лишь непродолжительные операции, не обеспечивая защиту рабочего вещества от атмосферы на случай длительного хранения. Задача изобретения заключалась в создании интерметаллидного генератора пара щелочных металлов, который бы сохранил все преимущества интерметаллидных генераторов пара перед солевыми и одновременно гарантировал надежную защиту рабочего вещества от атмосферы без каких-либо ограничений относительно условий хранения, т.е. в создании генератора пара, удовлетворяющего всей совокупности общих технических требований. Согласно изобретению данная цель достигается благодаря тому, что в качестве рабочего вещества генератора пара предлагаются литые сферические гранулы галлидов щелочных металлов, покрытые сплошной галлиевой пленкой. Переход к литым гранулам, диаметр которых d подчиняется одному только условию d < D, где D внутренний диаметр токопроводящей оболочки, позволяет на порядок уменьшить величину удельной поверхности рабочего вещества по сравнению с традиционно используемыми порошковыми материалами. Сопровождающая нагрев рабочего вещества десорбция атомов, неизбежно загрязняющая пары щелочного металла при использовании порошковых материалов, в случае литых образцов сводится практически к нулю. Кроме того, замена порошков на литые гранулы относительно крупного размера полностью устраняет опасность засорения внутреннего объема прибора частицами рабочего вещества. Приготовить литые образцы стехиометрических боридов или силицидов щелочных металлов с помощью обычных металлургических приемов невозможно из-за их перитектической природы и чрезвычайно высокой температуры ликвидуса, намного превышающей точки кипения щелочных металлов. Единственный путь их синтеза обработка элементарного бора или кремния парами щелочных металлов, что приводит к образованию мелкодисперсных порошков. Напротив, галлиды щелочных металлов состава Na22Ga39 и AGa3 (A K, Rb, Cs) плавятся конгруэнтно при умеренных температурах и могут быть получены в виде образцов с литой структурой методами вакуумного смешения компонентов с последующей кристаллизацией. Кроме того, на поверхности литых галлидов промывкой их в горячей воде можно создать тонкую защитную пленку из галлия, которая прочно удерживается на поверхности галлида адгезионными силами независимо от агрегатного состояния этой пленки. В отличие от прототипа предлагаемая изоляция непроницаема для газов и влаги. Помимо своей основной цели обеспечения надежной защиты рабочего вещества от атмосферы применение галлиевого покрытия гранул позволяет также упростить и конструкцию корпуса генератора. На фиг. 1 изображены генератор пара и стадии его сборки: а капиллярная трубочка в исходном и конечном состоянии, где 1 отверстия для выпуска пара, 2 сплющенные концы для сварки с электродами прибора, б заполнение капилляра гранулами 3 интерметаллида с их разделением перемычкой, в заполнение капилляра гранулами 3 интерметаллида с их разделением гранулами 4 изолятора; на фиг. 2 показана травильная колонка: а устройство колонки, где 5 внутренний цилиндр с водой, 6 нагреватель, 7 тепловая изоляция, 8 сосуд Дьюара со льдом, 9 сборник, б распределение температуры по высоте во внутреннем цилиндре; на фиг.3 кривая отгонки натрия (
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056319/951.gif)
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056018/8776.gif)
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056018/8776.gif)
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056018/8776.gif)
![генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления, патент № 2056661](/images/patents/416/2056018/8776.gif)
Класс H01J9/12 фотокатодов и электродов с вторичной электронной эмиссией