испаряемое газоулавливающее устройство с уменьшенным временем активации

Формула изобретения

1. Испаряемое газоулавливающее устройство с уменьшенным временем активации, содержащее металлический контейнер со смесью в нем, содержащей порошок соединения BaAl₄, порошок никеля и порошок третьего компонента, выбранного из алюминия, железа, титана и их сплавов, в количестве от около 0,3 до около 5% от общего веса смеси.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третий компонент является алюминием и его весовое содержание в смеси составляет от около 0,8 до около 2%.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третий компонент является железом и его весовое содержание в смеси составляет от около 0,3 до около 1,2%.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третий компонент является титаном и его весовое содержание в смеси составляет от около 0,5 до около 5%.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что весовое соотношение никеля и BaAl₄ составляет около 1 : 1.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что весовое соотношение никеля и BaAl₄ составляет 5,3 : 4,7.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что порошок третьего компонента имеет размер частиц менее около 80 мкм.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что порошок третьего компонента имеет размер частиц менее около 55 мкм.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что порошок никеля имеет размер частиц менее около 60 мкм.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что порошок BaAl₄ имеет размер частиц менее около 250 мкм.

11. Испаряемое газоулавливающее устройство с уменьшенным временем активации, являющееся свариваемым, включает открытый сверху металлический контейнер, смесь порошков в контейнере в форме брикета, на верхней поверхности которого сформированы радиальные углубления, где смесь содержит порошки BaAl₄ и никеля, отличающееся тем, что добавляют третий компонент, выбранный из алюминия, железа, титана и их сплавов, в количестве от 0,3 до около 5% от общего веса смеси, и несплошной металлический элемент, по существу, плоской формы и, по существу, параллельный дну контейнера, погруженный в брикет из порошков в положении, отдаленном от дна контейнера так, чтобы не сливаться со свободной поверхностью самого брикета.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испаряемому газоулавливающему устройству с уменьшенным временем активации.

Как известно, испаряемые газоулавливающие материалы в основном используются для поддержания вакуума во внутреннем пространстве кинескопов для телевизионных приемников и компьютерных мониторов. Использование испаряемых газоулавливающих материалов внутри плоских дисплеев, которое находится в настоящее время на стадии разработки, также исследуется.

Газоулавливающий материал, повсеместно используемый в кинескопах, представляет собой металлический барий, который осаждают в виде тонкой пленки на внутренние стенки трубки. Для получения такой пленки используют устройства, известные в данной области как испаряемые газоулавливающие устройства, которые вводят в трубку во время ее изготовления. Эти устройства образованы открытым металлическим контейнером, где присутствуют порошки соединения бария и алюминия, BaAl₄, как правило, имеющие размер частиц, меньший чем около 250 мкм, и порошки никеля, как правило, имеющие размер частиц, меньший чем 60 мкм, в весовом отношении около 1:1. Эти устройства хорошо известны в технике; в этом отношении сделаны ссылки, например, на патент США 5118988, принадлежащий автору настоящей заявки. Испарение бария вызывается индукционным нагревом устройства посредством катушки, расположенной снаружи этого кинескопа, в процессе активации, определяемом также как "мгновенное испарение", когда температура порошков достигает значения в пределах между 800 и 850^oC, имеет место следующая реакция:

BaAl₄ + 4Ni ---> Ba + 4NiAl.

Эта реакция является сильно экзотермической и повышает температуру порошков до около 1200^oC, при этом барий испаряется и осаждается на стенке трубки, с образованием при этом металлической пленки.

Время, необходимое для испарения всего бария, содержащегося в устройстве, измеряемое, начиная с момента, при котором на устройство начинает подаваться мощность посредством катушки, определяется в данной области с помощью термина "полное время", которое будет использоваться в последующей части описания, а также в формуле изобретения в его сокращенной форме - ПВ. Например, для получения пленок бария из около 300 мг, как необходимо для цветных кинескопов большого размера, требуемое ПВ для существующих газоулавливающих устройств составляет 40-45 с. Однако это время соответствует медленной стадии в существующих линиях для производства электронных трубок, поэтому существует необходимость у производителей в получении устройств, которые могут высвобождать барий при более низких значениях ПВ.

Для получения такого результата, в принципе, может быть увеличена мощность, подаваемая катушкой, или может быть увеличена реакционная способность порошков путем уменьшения размера их частиц.

Однако у имеющихся газоулавливающих устройств увеличение мощности катушки является невозможным. На самом деле при этом контейнер с порошками увеличивает свою температуру слишком быстро, и нет времени, достаточного для гомогенного диффузионного распределения тепла в брикете из порошков, поэтому происходит плавление контейнера.

Уменьшение размера частиц порошков также невозможно, поскольку это привело бы к избыточному и локальному увеличению скорости реакции между BaAl₄ и Ni с последующим вспучиванием брикета из порошков и возможным выбросом кусков из последнего.

Целью настоящего изобретения является создание испаряемого газоулавливающего устройства с уменьшенным временем активации, которое не демонстрирует неудобств, известных из литературы.

Такая цель достигается по настоящему изобретению с помощью испаряемого газоулавливающего устройства, имеющего уменьшенное время активации, включающего металлический контейнер, в котором присутствует смесь, содержащая порошок соединения BaAl₄; порошок никеля и порошок третьего компонента, выбранного из алюминия, железа, титана и их сплавов в количестве в пределах между около 0,3% и около 5% от общего веса смеси.

Количество порошка третьего компонента в смеси порошков зависит от реально используемого компонента и обычно находится в пределах между около 0,3% и 5%. В частности, процентное содержание третьего компонента предпочтительно находится между около 0,8% и 2% в случае алюминия, между 0,3% и 1,2% в случае железа и между около 0,5% и 5% в случае титана. При количествах третьего компонента, меньше, чем те, которые указаны, желаемый эффект уменьшения времени испарения бария не достигается. Наоборот, при работе с количествами третьего компонента, более высокими, чем те, которые указаны, мгновенное испарение бария приобретает взрывную природу и становится трудно контролируемым. Весовое отношение между никелем и BaAl₄ такое же, как и в устройствах, известных из литературы, и составляет, как правило, около 1:1; в частности, в данной области используют газоулавливающие устройства, имеющие отношение между никелем и BaAl₄ 5,3:4,7.

Для целей настоящего изобретения не требуется третий компонент особенно высокой степени чистоты и могут быть использованы порошки коммерческих металлов или сплавов, как правило, имеющие степень чистоты около 98-99%. Размер частиц порошкообразного третьего элемента, пригодного для целей настоящего изобретения, составляет меньше чем около 80 мкм, а предпочтительно - меньше чем около 55 мкм.

Порошки никеля и соединения BaAl₄, которые используют в газоулавливающих устройствах настоящего изобретения, такие же как те, которые используют в устройствах, известных из литературы; как правило, используют порошки никеля с размером частиц, меньшим чем около 60 мкм, при этом обычно используют порошки соединения BaAl₄, имеющие размер частиц, меньший чем около 250 мкм.

Металлический контейнер может быть сделан из различных материалов, таких как никелированное железо или константан; предпочтительно использование сталей AISI 304 или AISI 305, которые демонстрируют хорошую устойчивость к окислению и тепловой обработке, а также легко обрабатываются в холодном состоянии. Металлический контейнер может иметь любую форму, и в частности, любую из форм, известных и используемых в данной области, таких как формы устройств, соответствующих патентам США 4127361, 4323818, 4486686, 4504765, 4642516, 4961040 и 5118988.

Особенно интересной является возможность получения испаряемых газоулавливающих устройств с уменьшенным временем активации, которые являются также свариваемыми; под этим термином подразумеваются газоулавливающие устройства, которые могут выдерживать окислительную атмосферу при температуре около 450^oC в течение времени вплоть до двух часов; это условия, которым должны подвергаться такие устройства в некоторых процессах производства кинескопов. Во время испарения бария из свариваемых газоулавливающих устройств выделяется большее количество тепла, чем из обычных газоулавливающих устройств, что соответствует большим трудностям при удержании брикета из порошков в контейнере. Свариваемые газоулавливающие устройства с количеством испаряемого бария вплоть до 200 мг производятся и продаются автором настоящей заявки в течение нескольких лет. В противоположность этому, герметизируемые свариванием газоулавливающие устройства, которые могут испарять большие количества бария, и в частности около 300 мг, требуют, чтобы были применены специальные решения, чтобы принять во внимание их более высокую реакционную способность; заявка на патент с заглавием "Свариваемое газоулавливающее устройство, имеющее высокий выход бария" на имя автора настоящей заявки, имеющая ту же самую дату регистрации, как и настоящая заявка, описывает производство свариваемых газоулавливающих устройств, получаемых путем добавления элементов, замедляющих распространение тепла по окружности в брикете из порошков, и добавление несплошного металлического элемента, по существу плоского, в этот же брикет по существу параллельно дну контейнера на таком расстоянии от дна контейнера, чтобы не сливаться со свободной поверхностью самого брикета. Путем добавления третьего компонента в свариваемые газоулавливающие устройства либо традиционного типа, либо типа с высоким выходом возможно получение свариваемых газоулавливающих устройств со сравнимыми характеристиками выделения бария, но за более короткое время испарения.

Изобретение далее будет иллюстрироваться посредством последующих примеров. Эти не ограничивающие примеры представляют некоторые исполнения, предназначенные для того, чтобы научить специалиста в данной области как работать с изобретением и представить наилучший возможный способ для осуществления изобретения на практике.

Пример 1. Ряд газоулавливающих устройств, идентичных друг другу, изготавливают с использованием для каждого из них контейнера, сделанного из стали AISI 304, имеющих диаметр 20 мм и высоту 4 мм с выступами на дне высотой 1 мм, как описано в патенте США 5118988, упоминаемом здесь. Для каждого образца в контейнер загружают гомогенную смесь, состоящую из 767 мг порошкообразного BaAl₄, имеющего размер частиц, меньший чем 250 мкм, 866 мг порошкообразного никеля, имеющего размер частиц, меньше чем 60 мкм, и 18 мг порошкообразного железа со степенью чистоты 99%, имеющего размер частиц, меньший чем 80 мкм. Смесь порошков затем прессуют внутри контейнера с помощью соответствующего пуансона. Образцы испытывают путем размещения их по одному в измерительную камеру, сделанную из стекла, соединенную с системой откачки, откачка камеры и проведения испытания испарения бария, следуя методу, описанному в стандарте ASTM F 111-72; каждое устройство нагревают посредством радиочастотных электромагнитных волн с такой мощностью, чтобы испарение началось через 12 с после начала нагрева; испытания отличны друг от друга в том, что касается полного времени нагрева, которое изменяется в различных испытаниях в пределах между 35 и 45 с. В конце каждого испытания детектируется количество испаренного бария. ПВ, необходимое для испарения из устройства количества бария в 300 мг, представлено в таблице.

Пример 2. Ряд газоулавливающих устройств, идентичных друг другу, изготавливают с использованием для каждого из них контейнера, сделанного из стали AISI 304, как описано в примере 1. В контейнере располагают сетку из стали AISI 304 с ячейками шириной 1,5 мм, покоящуюся на выступах на пне. Для каждого образца в контейнер загружают гомогенную смесь, которая состоит из 767 мг порошкообразного BaAl₄, имеющего размер частиц, меньший чем 250 мкм, 866 мг порошкообразного никеля, имеющего размер частиц, меньший чем 60 мкм, и 18 мг порошкообразного алюминия со степенью чистоты 99%, и имеющего размер частиц, меньший чем 50 мкм. Смесь порошков затем прессуют внутри контейнера с помощью пуансона такой формы, чтобы сформировать на поверхности брикета 4 радиальных углубления. Полученные таким образом образцы обрабатывают при 450^oC в течение 1 ч на воздухе для имитации условий герметизации свариванием. Затем проводят испытания испарения бария на каждом образце подобно тому, как это делается в примере 1. Также и в этом случае каждое устройство нагревают посредством радиочастотных электромагнитных волн с такой мощностью, чтобы испарение началось через 12 с после начала нагрева, при этом нагрев поддерживают в течение ПВ, которое отличается от образца к образцу и изменяется в пределах между 35 и 45 c, затем детектируя значение ПВ, необходимое для испарения из устройств количества бария в 300 мг.

Результаты испытаний представлены в таблице.

(Сравнительный) пример 3. Испытания из примера 1 повторяют с рядом образцов, идентичных образцам из примера 1, но без порошкообразного железа, путем нагрева устройства радиочастотными электромагнитными волнами с таким уровнем мощности, что испарение начинается через 12 c после начала нагрева, и используют различные ПВ, которые изменяются в пределах между 35 и 45 с. ПВ, необходимые для испарения 300 мг бария из этих образцов, представлены в таблице.

(Сравнительный) пример 4. Серию испытаний из примера 3 повторяют с использованием газоулавливающих устройств, идентичных устройствам из примера 1, но без порошкообразного алюминия. ПВ, необходимые для испарения 300 мг бария из этих образцов, представлены в таблице.

Как ясно из результатов таблицы, с устройствами по настоящему изобретению возможно получение выхода в 300 мг бария при ПВ в 35 с, при этом получение такого же выхода с образцами, известными из литературы, занимает времени на 5 или 10 с больше.