57 ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВЫЕ КАТОДЫ - Страница 4

Исследовались как карбонатные, так и окисные катоды с основным слоем из двойного карбоната (Ва,Sr)СО3 или двойного окисла (Ва,Sr)О и с поверхностным слоем толщиной до 10 мкм из карбоната или окисла стронция. Двухслойные окисные катоды выбраны в качестве объекта исследования с целью уменьшения поверхностного загрязнения электродов продуктами испарения катода как в течение срока службы, так и в период откачки лампы. Эмиссионные свойства, электрическая прочность и долговечность исследовались по методике, принятой в п. 3.1. Результаты исследования эмиссионной способности двухслойных карбонатных и окисных катодов показывают, что критическая плотность тока искрения у них несколько меньше (10-11 А/см2), чем у однослойных карбонатных (11-12 А/см2). Сравнительный анализ вольт-амперных  импульсных характеристик экспериментальных диодов (рис. 3.2) показывает, что в диапазоне плотностей токов до 3,0-4,0 А/см2 эмиссионная способность двухслойных катодов ниже, чем однослойных.

Исследования, проведённые на этих диодах, показали также, что из двухслойных катодов более высокую эмиссию имеют карбонатные катоды.

 

 

Рис. 3.2.  Вольт-амперные импульсные характеристики экспериментальных диодов.

Катоды: 1 – однослойный карбонатный; 2 – двухслойный карбонатный; 3 –  двухслойный окисный

 

 

Применение двухслойного катода позволяет существенно повысить электрическую прочность ламп. В экспериментальных диодах с двухслойным карбонат- ным катодом критическая напряжённость электрического поля в междуэлектродном промежутке достигает 9,5 кВ/мм, т.е. на 30 % больше, чем у диодов с однослойным карбонатным катодом  в диоде без заслонки (рис. 3.3).

Результаты испытания на долговечность в статическом импульсном режиме при длительности импульса 10 мкс, скважности 1000 и при плотности тока 3  А/см2 свидетельствуют о более высокой стабильности эмиссионных свойств двухслойных окисных катодов. Долговечность, определяемая по снижению тока анода в импульсе на 10 %, у диодов с однослойным карбонатным катодом равна 1400 ч, а у ламп с двухслойным окисным катодом - 2000 ч.

 

 

Рис. 3.3. Зависимость количества пробоев в экспериментальных диодах от средней напряженности электрического поля в междуэлектродном промежутке:

1 – катод карбонатный, однослойный, диод с заслонкой;

2 – катод карбонатный, однослойный, диод без заслонки; 3 –  катод карбонатный, двухслойный

3.4. Катоды с циркониевым активатором

 

Добавка к керну обычного оксидного катода активатора –   циркония позволяет существенно повысить эмиссионные свойства катода [24,41], снизить его рабочую температуру и скорость испарения активного вещества, а следовательно, повысить электрическую прочность высоковольтного электронного прибора и увеличить его долговечность.

Для определения влияния добавки циркония к керну катода  на эмиссионные свойства оксидно-никелевого катода было проведено специальное исследование [44]. В качестве материала керна выбран сплав никеля с вольфрамом –  2-4 вес.% и цирконием 0,2-0,6 вес. % (НВЦр-МК).  Исследовалась импульсная эмиссия и долговечность в статическом импульсном режиме в высоковольтных диодах с медными принудительно охлаждаемыми анодами. На керн катода наносилась губка из щавелево-кислого никеля. Активное покрытие  - двойной карбонат с привесом, в 1,5 раза меньшим, чем никелевая губка. Плотность оксидного покрытия 1,2 г/см3. Рабочая температура катода 1150-1180 К. Одновременно изготовлена и испытана контрольная партия диодов с кернами из обычно применяемого никель-вольфрамового сплава НВЗВ (с содержанием вольфрама 2-4 вес.%). Эмиссионные свойства диодов с катодами на этих кернах исследовались в режимах с длительностью импульса 2-50 мкс при частоте следования импульсов 10 Гц и плотности тока в импульсе 1-4 А/см2. Результаты этих исследований свидетельствуют о практически полном совпадении вольт-амперных характеристик диодов с катодами на кернах из сплавов НВЗВ и НВЦр-МК (рис. 3.4).

Для определения стабильности эмиссионных свойств катодов на кернах из различных сплавов в течение длительного времени диоды с этими катодами подвергались испытанию на долговечность в статическом импульсном режиме при плотности тока 2,3-2,7 А/см2 , длительности импульса 10 мкс и скважности 1000. В процессе испытания в течение 2000 ч  ток анода в импульсе в диодах с катодами на кернах из сплавов НВЗВ и НВЦр-МК уменьшился на 40 % и существенного различия между катодами на кернах из различных материалов не наблюдалось.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что, в отличие от обычных катодов без никелевой губки, присадка циркония к никелевому керну оксидно-никелевого губчатого катода не приводит к увеличению его эмиссионной способности и не позволяет снизить рабочую температуру катода.

 

 

 

Рис. 3.4. Вольт-амперные импульсные характеристики экспериментальных

диодов с оксидно-никелевыми катодами на различных кернах (t=50 мкс):

--------  номинальный накал;

- - - - -  10 % -й недокал;

1, 1¢  – керн катода из сплава  НВЦр-МК;

2, 2¢ – керн катода из сплава НВЗВ

 

Как известно [25], применяемый для изготовления катодной губки порошок из щавелево-кислого или карбонильного никеля по степени чистоты (сумме примесей) соответствует электролитическому никелю, относящемуся к пассивным материалам кернов оксидных катодов. Вместе с тем простой расчёт показывает, что в губчатых катодах площадь соприкосновения активного вещества с никелевой губкой на порядок больше площади его соприкосновения с керном катода.

Поэтому было высказано предположение о том, что определяющее влияние на эмиссионные свойства оксидно-никелевого губчатого катода оказывает не материал керна катода, а материал губки. Для проверки этого предположения были проведены исследования катодов с губкой из порошка сплава никеля с цирконием вакуумной плавки НЦр-ВП с содержанием циркония 0,1 вес.%, изготовленного плазменным методом из проволоки, позволившим получить порошок гранулированной формы с размерами частиц 1-150 мкм [45]. Спектральный анализ исходной проволоки и полученного порошка показал, что разработанный технологический процесс практически не внёс дополнительных примесей в материал, а обеднение порошка активирующей присадкой циркония не превышает 10-15 %.

Исследование катодов проводилось в высоковольтных диодах по методике, принятой для исследования в качестве материала керна катода сплава НВЦр-МК. На керны катодов из сплава НВЗВ наносилась губка из гранулированного порошка сплава никель-цирконий фракции 40-70 мкм с удельным привесом 30-35 мг/см2; активное покрытие – двойной эквимолярный карбонат бария - стронция с удельным привесом 15-18 мг/см2. Параллельно была изготовлена и испытана контрольная партия диодов с катодной губкой из порошка щавелево-кислого никеля. У диодов с катодами обеих партий снимались вольт-амперные импульсные характеристики в режиме с плотностью тока до 6 А/см2 при длительности импульса 10  мкс и частоте следования импульсов 10 Гц. Установлено, что при одинаковой температуре катода  1180 К ток анода в импульсе у диодов с губкой из сплава НЦр-ВП на 10 % больше, чем у диодов с никелевой губкой. Снятые зависимости тока анода в импульсе (при плотности тока 2-2,5 А/см2 ) от температуры катода показали, что одинаковая величина тока у опытных и контрольных образцов достигается соответственно при 1020  и 1180 К (рис. 3.5).

 

 

Рис. 3.5. Зависимость тока анода в импульсе от температуры катода (напряжения накала)  для катодов с различной губкой:

--------- после тренировки;

- - - - - - после 100 ч работы;

1, 1¢ – губка из сплава НЦр-ВП;

2, 2¢ – губка из никеля ПНК-I

 

 

Эти результаты согласуются с данными работы [41], согласно которым присадка циркония к никелевому керну обычного оксидного катода позволяет снизить его рабочую температуру до 1010 К. Сравнительные испытания на долговечность высоковольтных диодов в статическом импульсном режиме при плотности тока 2-2,5 А/см2, длительности импульса 10 мкс и частоте следования импульсов 100 Гц показали, что в течение 1000 ч величина тока анода в импульсе существенно не изменяется и остаётся одинаковой в диодах обеих партий. Проводились также сравнительные испытания приборов, у которых на керн катода наносилась губка из сплава НВЦр-ВП и  из обычно применяемого порошка карбонильного никеля ПНК-1. Результаты этих испытаний такие, как и при использовании в качестве материала губки в контрольной партии щавелево-кислого никеля. Таким образом, можно сделать вывод, что добавка циркониевого активатора к керну оксидно-никелевого губчатого катода не оказывает влияния ни на эмиссионные свойства, ни на долговечность катода.

Этот вывод можно распространить и на другие материалы керна обычного оксидного катода. Применение в качестве материала губки сплава никеля с 0,1 вес. % циркония, не оказывая в течение 1000 ч влияния на долговечность, позволяет повысить эмиссионную способность катода, вследствие чего создаётся возможность снижения его рабочей температуры. Вместе с тем недостатком оксидно-никелевого катода  с губкой из сплава НЦр-ВП, полученного плазменным способом, являются пониженная пористость губки вследствие сферической формы частиц и, соответственно, уменьшение возможного запаса активного вещества  в 1,5 раза. Для повышения пористости губки из сплава НЦр-ВП необходима разработка другой технологии ее получения.

 

3.5. Кальциево-стронциевые катоды

 

Результаты исследований барий-стронциевых и барий-стронций-кальциевых катодов показывают, что решение задачи резкого (по крайней мере, на порядок величины) уменьшения скорости испарения активного вещества с этих катодов, наряду с обеспечением их высокой эмиссионной способности, стабильности эмиссионных свойств и долговечности, связано с большими трудностями. Поэтому представляет интерес изучение других типов оксидных катодов  с меньшей скоростью испарения активного вещества. Одним из них является оксидный стронциево-кальциевый катод, свойства которого мало изучены. Тем не менее данные, представленные в работах [3,26,46], свидетельствуют о том, что при температурах кальциево-стронциевого и бариево-стронциевого катодов, соответствующих одинаковой плотности тока в импульсе, скорость испарения активного вещества кальциево-стронциевого катода  (Sr,SrO), значительно меньше, чем у бариево-стронциевого катода  (Ва,ВаО). Так, например, при рабочей температуре 1300 К кальциево-стронциевого катода на рениевом керне скорость испарения SrО составляет 5*10-12 г/см2×с, что на порядок величины меньше скорости испарения ВаО (7*10-11 г/см2×с) с бариево-стронциевого катода при 1120 К [2].

Для исследования эмиссионных свойств оксидно-никелевых губчатых кальциево-стронциевых катодов оптимального состава (SrO – 40 %, СаO – 60 %) [2,26] были изготовлены и исследованы [47] высоковольтные диоды с катодами, имеющими площадь активного покрытия 1 см2,  и с медным принудительно охлаждаемым анодом. Керны катодов изготовлены из сплава НВЗВ. Удельный привес никелевой губки ПНК-1 –  33-37 мг/см2, а кальциево-стронциевого карбоната –  10-13 мг/см2. При рабочей температуре кальциево-стронциевого катода 1300 К обеспечивалась плотность тока в импульсе 5-10 А/см2. Вольт-амперные импульсные характеристики диодов с кальциево-стронциевыми (Тк=1300 К) и бариево-стронциевыми (Тк=1180 К) катодами в режимах с длительностью импульса от 2 до 50 мкс и при плотности тока до 5-10 А/см2 практически одинаковы (рис. 3.6).

Аналогичные результаты получены при использовании кальциево-стронциевого катода в мощном импульсном модуляторном тетроде с сетками из золочёного молибдена, охлаждаемыми в основном излучением. Ток анода в импульсе 70 А был получен у ламп с кальциево-стронциевыми катодами и бариево-стронциевыми катодами при температуре катодов 1300 К и 1180 К соответственно. При этом мощность накала у кальциево-стронциевых катодов в 1,6 раза больше, чем у бариево-стронциевых катодов (рис. 3.7).

 

 

 

 

Рис. 3.6. Вольт-амперные импульсные характеристики экспериментальных диодов с различными оксидно-никелевыми катодами:

1 – стронциево-кальциевый катод,           Тк=1300 К;

2 – бариево-стронциевый катод, Тк=1180 К

 

 

 

 

 

Рис. 3.7. Накальные характеристики импульсных модуляторных ламп с различными оксидно-никелевыми катодами:

1 – стронциево-кальциевый губчатый катод;

2 – бариево-стронциевый губчатый катод

 

 

 

 

При испытании тетродов с катодами обоих типов в динамическом импульсном режиме с напряжением анода до 30 кВ у приборов с кальциево-стронциевым катодом термоток управляющей сетки, который является характеристикой степени её загрязнения продуктами испарения катода, был в 4 раза меньше, чем ламп с бариево-стронциевым катодом, несмотря на то, что температура сетки была более высокой.

По электрической прочности лампы с различными катодами не отличались друг от друга. Вероятнее всего, это связано с тем, что выигрыш по электрической прочности, полученный в результате существенного уменьшения скорости испарения активного вещества в лампах с кальциево-стронциевым катодом, скомпенсирован отрицательным влиянием на электрическую прочность ламп перегрева сеток - об этом свидетельствует, в частности, и налёт золота, появившийся на стеклянных баллонах ламп с кальциево-стронциевыми катодами в процессе испытания.



 
холодильная камера краснодар купить описание