Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формирование атмосферы остаточных газов ЭВП СВЧ сред него и высокого уровня мощности 22
1.1. Основные принципы откачки 22
1.2. Термическое обезгаживание материалов ЭВП 27
1.3. Обезгаживание электродов электронной бомбардировкой 32
1.4. Обезгаживание в среде водорода и других газов 34
1.5. Ионно-плазменная очистка электродов ЭВП 38
1.6. Способы снижения давления остаточных газов отпаянных ЭВП 44
1.7. Современные задачи совершенствования технологии откачки мощных ЭВП СВЧ и приборов среднего уровня мощности 49
1.8. Модель отпаянного прибора как динамической системы формирования атмосферы остаточных газов 50
1.9. Модель прибора и откачного поста как единого целого 55
1.10. Выводы 59
Глава 2. Управление процессом откачки ЭВП 61
2.1. Измерение давлений и встроенный МЭН 61
2.1.1. Перепад давлений между ЭВП и преобразователем откачного поста 61
2.1.2. Перепад давлений по ЭВП и эффективная быстрота откачки 64
2.2. Контроль процесса откачки ЭВП и встроенный МЭН 72
2.2.1. Достаточность обезгаженности ЭВП и его отдельных узлов 72
2.2.2. Выбор и обоснование критериев откачки 81
2.3. Особенности процесса откачки 82
2.3.1. Термическое обезгаживание ЭВП 82
2.3.2. Минимальное время обезгаживания 84
2.4. Выводы
Глава 3. Исследования эффективности процесса откачки на разных этапах технологического процесса 91
3.1. Определение эффективности процесса откачки отпаянного ЭВП 91.
3.1.1. Проверка давления остаточных газов 92
3.1.2. Исследование поверхностного содержания газов с непрерывным нагревом отпаянного ЭВП 95
3.1.3. Исследование поверхностного содержания газов с циклическим нагревом КПУ отпаянного ЭВП 97
3.1.4. Исследование поверхностного содержания газов с нагревом отпаянного ЭВП и циклическим нагревом КПУ 100
3.2. Определение эффективности процесса обезгаживания отпаянного ЭВП при высоковольтной тренировке 104
3.2.1. Газовыделение в процессе предварительной высоковольтной тренировки 105
3.2.2. Газовыделение в процессе динамической высоковольтной тренировки и настройки ЭВП 121
3.2.3. Определение основного вида газа в ЭВП с аномально высоким давлением остаточных газов 124
3.2.4. Практическое определение критического времени обезгаживания 133
3.3. Выводы 146
Глава 4. Технологический процесс откачки и течеисканияЭВП 148
4.1.Методика отработки технологии откачки 148
4.2. Обезгаживание ЭВП 151
4.3. Высоковольтная тренировка ЭВП, откачанных по разным режимам обезгаживания 156
4.4. Особенности процесса откачки 157
4.5. Обзор критериев процесса откачки ЭВП 161
4.6. Результаты использования и внедрения разработанных технологических процессов откачки ЭВП 163
4.7. Проблема течеискания отпаянных ЭВП 168
4.8. Расчет требуемой чувствительности течеискателя 169
4.9. Методы поиска течей отпаянного ЭВП
4.10. Классификация течей 178
4.11. Условия герметизации течей 181
4.12. Исследование вакуумных характеристик ЭВП после процесса герметизации течей 185
4.13. Полумагнетронный МЭН 187
4.14. Выводы 189
Заключение 191
Литература
- Обезгаживание в среде водорода и других газов
- Перепад давлений между ЭВП и преобразователем откачного поста
- Исследование поверхностного содержания газов с непрерывным нагревом отпаянного ЭВП
- Высоковольтная тренировка ЭВП, откачанных по разным режимам обезгаживания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие науки и техники в настоящее время требует разработки и производства ЭВП СВЧ среднего и высокого уровня мощности, в которых применяются многолучевые потоки электронов.
Характерной особенностью конструкции современных мощных многолучевых клистронов (МЛК) является наличие большого количества узких пролетных каналов и соответствующих мощных электронных пушек. Такая конструкция ЭВП создает трудности эвакуации газа через узкие пролетные каналы и проблему обработки пушек из-за большой мощности подогревателя катода. Кроме того, повышенный уровень адсорбированных газов на поверхностях электродов приводит к росту вероятности возникновения электрических пробоев между электродами, что недопустимо в работе радиолокационных станций (РЛС) или ускорителей заряженных частиц.
Применение в производстве МЛК традиционной технологии откачки однолучевых клистронов не обеспечивает достаточного уровня обезгаживания приборов и требует разработки новых подходов к технологическому процессу откачки. Аналогичные проблемы возникают и в производстве ламп бегущей волны (ЛБВ) и атомно-лучевых трубок (АЛТ).
Одной из причин является недостаточный уровень знаний физико-химических процессов с участием поверхностных газов и газов в вакуумном объеме ЭВП.
Формирование газовой среды ЭВП не заканчивается процессом откачки, а продолжается и после нее. Состав этой среды зависит от последующих технологических операций: проверки прибора на герметичность, предварительной высоковольтной тренировки, настройки, динамической тренировки и стабилизации параметров. Газовая среда отпаянных ЭВП изменяется и определяется, прежде всего, количеством и составом адсорбированных поверхностных газов.
Важной составляющей формирования газовой среды отпаянных ЭВП является газ, оказавшийся в приборе в результате натекания. Поиск места течи
представляет собой значительную трудность. Ограничение, прежде всего, связано с недостаточной чувствительностью течеискателей. Натекающие приборы после обнаружения в них места течи могут быть герметизированы. До постановки работы не было точных критериев, удостоверяющих условия герметизации течей, отсутствовали также данные о влиянии герметизации на работу ЭВП.
Таким образом, диссертация по совершенствованию технологии получения, сохранения и контроля вакуумных условий работы ЭВП СВЧ среднего и высокого уровня мощности является актуальной.
Целью диссертационной работы является снижение давления остаточных газов и уменьшение газовыделений приборов, сохранение вакуума на основе исследования физических механизмов формирования газосодержания приборов и создание по результатам исследования научно обоснованной методики по разработке технологического процесса откачки ЭВП СВЧ среднего и высокого уровня мощностей.
Основные задачи исследований:
исследование действующих технологических процессов откачки различных типов ЭВП (клистроны, магнетроны, ЛБВ, АЛТ);
исследование газовыделения отпаянных ЭВП в процессе высоковольтной тренировки, настройки ЭВП и при термической активации газовыделения;
определение причин аномального повышения давления остаточного газа отпаянных ЭВП и возможности снижения этого давления;
расчет и выбор режима течения газа в процессе откачки прибора, в том числе во время подъема температуры и выдержки при температуре обезгажи-вания;
исследование процессов течеискания и герметизации течей отпаянных ЭВП и определение условия их герметизации;
разработка конструкции встроенного в ЭВП магнитного электроразрядного насоса (МЭН), исключающего появление аргонной нестабильности.
Научная новизна работы:
1. Расчетным путем обоснована максимально допустимая скорость
подъема температуры обезгаживания ЭВП, где критерием выступает величина
общего давления газа в области высоковакуумного преобразователя откачного
поста. Установлено, что величина давления газа откачиваемого ЭВП опреде
ляется не только конструкцией откачного поста, но и геометрией откачивае
мого объема ЭВП.
2. Введена оценка качества обезгаживания отпаянного ЭВП, которая за
ключается в определении количества десорбированных газов с поверхностей
вакуумного объема в процессе нагрева отпаянного ЭВП по результатам откач
ки МЭН. На основе этих измерений рассчитывается количество адсорбиро
ванного газа и его поверхностная концентрация.
3. Определено минимально необходимое время обезгаживания ЭВП
в диапазоне температур 400... 550С.
Проведена классификация течей ЭВП. Разработаны методы оптимизации поиска течей.
Исследованы причины, снижающие чувствительность течеискателя отпаянных ЭВП и показаны возможности устранения этих причин. Исследована природа широкого диапазона динамической чувствительности течеиска-ния отпаянных ЭВП.
Исследованы необходимые и достаточные условия герметизации течей ЭВП. Определена максимальная величина герметизируемой течи.
Научные положения, выносимые на защиту:
Максимально допустимая скорость подъема температуры обезгаживания ЭВП определяется необходимостью достижения режима молекулярного течения газа в элементах конструкции ЭВП для создания одинаковых условий термовакуумной обработки элементов на всех этапах обезгаживания.
Минимально необходимое время обезгаживания (to6e3r, ч) ЭВП СВЧ среднего и высокого уровня мощности в диапазоне температур 673...823 (Т, К) определяется по формуле: іобезг=10зд17~0Д)288Т
Показателем эффективности обезгаживания ЭВП является количество газа, поглощенного МЭН в процессе нагрева отпаянного ЭВП при температуре 140±20С в течение 4±1ч.
Для предотвращения недопустимого газовыделения при высоковольтной тренировке отпаянного ЭВП СВЧ температура обезгаживания прибора перед обработкой катода снижается относительно 500С на величину:
АТ=700(Р - 0,23), где Р, Вт/см - удельная мощность, рассеиваемая внешними поверхностями пушки при нагреве катода.
Достоверность научных результатов и обоснованность научных положений подтверждается хорошим совпадением расчетов по процессам откачки ЭВП, поиска и герметизации течей с результатами их экспериментальных исследований, получением воспроизводимых результатов при использовании различной аппаратуры и методов исследования, опыта работы и применением технологических процессов при изготовлении ЭВП.
Практическая ценность работы.
Разработана методика по определению оптимальных режимов откачки и обезгаживания ЭВП различных типов. Внедрена в производство новая технология откачки более 30 типов ЭВП (клистроны, ЛБВ, магнетроны, АЛТ).
Установлено, что течи ЭВП более чем 2-10"'MJna/c, не подлежат герметизации. Классификация течей и разработанные на ее основе рекомендации по поиску течей позволили ускорить процесс анализа натекающих ЭВП.
Предложены два способа реставрации мощных ЭВП. Один из них обеспечил регенерацию ЭВП, основой которой является выбор режима обезгаживания и обработки катодов по динамике газовыделения. Во втором применены губчатые оксидно-никелевые катоды, которые повысили качественные характеристики ЭВП после их реставрации, так как они имеют больший запас активного вещества и устойчивее к ионной бомбардировке.
Разработаны конструкции электроразрядных насосов диодного (ДМЭН)
и полумагнетронного типов (ПМЭН) с различной быстротой действия. ПМЭН с быстротой действия 0,001 м3/с используется в ЭВП СВЧ. Для ДМЭН, применяемого в АЛТ, используемой в аппаратуре системы ГЛОНАСС, при неизменных габаритах и весе повышена быстрота действия в 1,6 раза.
Апробация работы. Практические результаты работы и основные теоретические выводы доложены и обсуждены на 7 научно технических семинарах и 6 научно технических конференциях, в том числе 1 международной, 1 международной научно-практической конференции. По теме диссертации опубликовано 9 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, получено 4 патента на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Материал изложен на 147 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков и 19 таблиц, а также титульный лист, оглавление на 3 страницах, список литературы на 14 страницах (148 наименований).
Обезгаживание в среде водорода и других газов
Обезгаживание ЭВП может проводиться и в среде различных газов [31...36]. Принцип обезгаживания в специально создаваемой атмосфере газов основывается на нескольких фундаментальных положениях: - так как известно, что газы конкурируют за место адсорбции на поверхности, то это можно использовать для вытеснения вредных составляющих с поверхностей обезгаживаемых деталей, но при этом применяемый конкурирующий газ частично займет место вытесняемых газов; - применение активных газов может создать условия, благоприятно сказывающиеся на физико-химических процессах ЭВП, например, восстанавливающие свойства применяемого газа помогут удалению окисных пленок, которые тормозят процесс обезгаживания и приводят к высоковольтным вакуумным электрическим пробоям; - конкурирующий газ при определенных условиях способствует повышенной скорости обезгаживания не только поверхности, но и приповерхностных слоев материалов вакуумного объема. Следуя приведенным положениям о конкурирующем газе, формируются требования; - газ должен быть химически активным к окисным слоям, но инертным по отношению материалам ЭВП; - он должен обладать низкой энергией адсорбции, чтобы быть легко удаляемым после применения; - химическая активность газа должна способствовать увеличению эмиссионных свойств катода, или быть нейтральной по отношению к его материалам, находящимся при повышенной температуре; - коэффициент диффузии газа обезгаживаемого материала должен быть высоким, но в толще материала не должно происходить процессов, приводящих к ухудшению его качества; - возможно применение газа, обладающего низким коэффициентом диффузии, что будет способствовать при обезгаживаниии ЭВП удалению других газов с поверхностей по мере их диффузии из материалов прибора и тем самым, создавая повышенный градиент концентрации удаляемых газов между объемом материала и его поверхностью; - газ должен быть чистым и не иметь в своем составе других газов. Рассматривая различные газы можно сделать вывод, что наиболее благоприятными конкурирующими газами являются: водород [21...26], азот и инертные газы.
Водород обладает восстанавливающими свойствами и легко диффундирует в материалы. В то же время водород должен осторожно применяться в ЭВП, где используются такие материалы, как титан, тантал, ниобий, цирконий. Эти материалы часто применяют в составе электронных пушек, магнитных электроразрядных насосах, вводах и выводах энергии и других узлах. Каждый конкретный случай применения материалов, активно поглощающих газ, требует отдельного анализа с целью оценки возможности применения водорода в процессе обезгаживания ЭВП. В диапазоне обычно применяемых давлении водорода, порядка 10 3 - Ю-2 Па, существенного влияния на механические свойства материалов ЭВП водород не оказывает.
Астафьев [37] показал, что применение потока водорода, соответствующего давлению 4,5-10-4Па при комнатной температуре в течение 3 часов равносильно обезгаживанию вакуумной системы откачного поста при температуре 450С в течение 15 часов. Известно, что водород обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду и углероду, образуя с ни 36 ми газообразные соединения, легко удаляемые средствами откачки. Поэтому применение водорода при обезгаживании и откачке способствует снижению вероятности высоковольтных вакуумных пробоев ЭВП, так как уменьшает количество углерода, инициирующего пробои.
Кроме того, водород повышает эмиссионные свойства оксидных и ме-таллопористых катодов, при этом: - улучшает структуру эмиссионного покрытия; - снижает расход бария на этапе термической обработки катода; - повышает эмиссионную способность катода; - снижает рабочую температуру катода на 30 - 40С; - ускоряет процесс разложения карбонатов; - уменьшает содержание кислорода в деталях ЭВП. Откачка и обезгаживание с потоком водорода, как известно, не всегда дают положительный результат, что иногда может выражаться в повышенном давлении, как в процессе откачки прибора, так и после его отпайки. Поэтому необходимо определить причины нестабильности технологического процесса откачки ЭВП с применением потока водорода.
Считается, что образование восстановительной атмосферы, в частности водорода, в отпаянных ЭВП обязано применению потока водорода в процессе обезгаживания прибора. Парциальное давление водорода в приборах, откачанных с применением потока водорода в процессе обезгаживания, всегда выше, чем в ЭВП, процесс обезгаживания которых происходил без применения потока водорода [11, 12].
Но при обезгаживании прибора с потоком водорода после его отключения происходит обычное термическое обезгаживание, которое должно снизить парциальную составляющую водорода до нормального уровня, учитывая, что энергия связи водорода с поверхностями ЭВП меньше, чем других газов, а эффективность откачки различных газов определяется свойствами средств откачки.
Увеличение времени обезгаживания после прекращения подачи потока водорода в вакуумную систему не всегда приводит к заметному снижению парциального давления водорода в вакуумной системе откачного поста и отпаянных ЭВП. Нестабильность технологического процесса в части парциальной составляющей остаточного газа - водорода может приводить и к аномально высокому давлению остаточных газов отпаянного ЭВП.
Выяснению причин повышенного уровня давления водорода в спектральном составе газов и способов его регулировки является актуальной задачей, так как ЭВП вместе с откачным постом представляет собой сложную физико-химическую систему.
Перепад давлений между ЭВП и преобразователем откачного поста
Рассчитано, что Unp некоторых ЛБВ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов от штенгеля до коллектора может составлять сотые доли л/с. Это вызывает перепад давлений между преобразователем откачного поста и коллектором ЭВП до 10 . Чтобы в коллекторе всегда существовал режим молекулярного течения газа, максимально допустимое давление преобразователя должно соответствовать уровню 10"6 Па. Такое давление достижимо только в конце процесса обезгаживания. Если требовать соблюдения рассчитанного давления в области преобразователя откачного поста, то время откачки и обезгаживания ЭВП становится недопустимо большим. Возможен второй вариант - предельное давление высоковакуумного насоса должно быть, по крайней мере, много меньше 10 8 Па.
Очевидно, что для таких приборов должны быть найдены иные способы обезгаживания. Например, может быть применена одновременная откачка ЭВП через два штенгеля, как со стороны пушки, так и со стороны коллектора, что существенно уменьшает требования по давлению при откачке прибора. Другим альтернативным способом является откачка с применением потока конкурирующих газов, например водорода, азота, или гелия.
Для мощных многорезонаторных клистронов, то, как показывают расчеты, их проводимость от штенгеля до коллектора находится на уровне (0,3...0,7 л/с) при проводимости штенгеля (2...5 л/с). Учитывая большие габариты коллектора, молекулярное течение газа соответствует меньшим величинам давлений, чем таких же приборов, но с меньшей мощностью. Перепад давлений для таких приборов между преобразователем давления и коллектором составляет 102 - 103. Поэтому приборы могут быть откачаны, как по технологии термического обезгаживания, так и по технологии обезгаживания с использованием потока конкурирующего газа.
Некоторые ЭВП в силу особенностей их применения имеют штенгель для откачки со стороны коллектора. Это накладывает дополнительные условия по обеспечению молекулярного течения газов в пушке ЭВП в процессе обезгаживания катода, так как перепад давлений по ЭВП требует увеличения времени обработки катода. В процессе обезгаживания катода должно быть
обеспечено не только молекулярное течение, но и значительно более высокий вакуум, потому что при давлениях выше 10"2 Па может происходить отравление катода выделяющимися газами при его обработке. Таким образом, простой расчет показал, что выбор режима обезгаживания (термическое обезга-живание или применение потока конкурирующего защитного газа) определяется не только параметрами откачного поста, но и геометрическими параметрами ЭВП.
Одним из путей снижения обратного потока является усиление обезгаживания вакуумной системы. Но обезгаживание вакуумной системы ограничено по температуре, так как в ее составе находятся преобразователя давления, температура эксплуатации которых ограничена в основном 150С. Поэтому обработку вакуумной системы лучше проводить с потоком, например, водорода перед началом обезгаживания ЭВП [14... 17, 27].
Обычной практикой процесса откачки предусматривается контроль; - давления газа вакуумной системы откачного поста по показаниям преобразователей, в том числе масс - спектрометрических; - натеканий и поиск места течи по показаниям преобразователей вакуумной системы; - динамики давления газов в вакуумной системе в процессе откачки и обезгаживания ЭВП и катодно-подогревательного узла; - токов утечек по изоляторам ЭВП; - эмиссионных характеристик катода; - вольтамперных характеристик между разными электродами; - обеспечения заданной электрической прочности и другие.
Обычно достаточность обезгаженности ЭВП проверяется на стадии его термообработки при максимальной температуре следующими способами [11, 37, 85]: - исследованием изменения потока газов в высоковакуумной системе с использованием двух преобразователей; если изменение потока газов за контролируемое время отсутствует, то считается, что обезгаживание закончено; - в случае наличия в высоковакуумной системе одного преобразователя исследованием давления газов в момент резкого открытия клапана 4 (рис.2.1.) после выдержки клапана в закрытом состоянии в течение нескольких минут.
Качество обезгаживания трубопроводов откачного поста проверяется и по показаниям преобразователя 9 откачного поста (рис.2.1). Для хорошо обез-гаженной вакуумной системы откачного поста после перекрытия клапана 4 и выдержки в течение 5 минут бросок давления, измеряемого по датчику 9 откачного поста после резкого открывания клапана 4, изменяется незначительно: обычно в пределах (1...5 1(Г6 Па. Однако контроль общего давления не дает полной картины динамики парциальных давлений газов.
Исследование достаточности обезгаживания может быть проведено и другим способом: с помощью встроенного МЭН. Если после снижения температуры обезгаживания перекрыть клапан 4, то по установившемуся току МЭН и по броску тока МЭН во время его включения после заданного времени выдержки МЭН (аналогично случаю присутствия в вакуумной системе одного преобразователя давления) в выключенном состоянии можно судить о качестве обезгаживания ЭВП. Такие измерения по току МЭН основаны на пропорциональной зависимости тока МЭН от давления газа.
Изменение тока МЭН от времени выдержки в выключенном состоянии даст возможность оценить не только реальное достигнутое давление газа отпаянного ЭВП, но и время достижения сорбционного равновесия при измеренном давлении (рис.2.4). По характеру изменения тока МЭН могут быть определены места течей или факт натекания, а также величина течи как откачиваемого ЭВП, так и вакуумной системы откачного поста [86]. Характеристика может служить и цели установления достаточности обезгаживания трубопроводов вакуумной системы, если величина тока МЭН или величина броска тока МЭН, измеренного способом, показанным выше, будет соответствовать установленным критериям. Как правило, броски тока МЭН для нормально обезгаженных ЭВП и вакуумной системы соответствуют давлению не выше 2-Ю"5 Па, хотя реальное давление отпаянных ЭВП находится обычно на уровне (0,5...3)х1(Г6Па (по данным измерения давления остаточных газов масс- спектрометрическим измерителем парциальных давлений ИПДО-1).
Объяснение разницы в показаниях ИПДО-1 и встроенного МЭН очевидно. Измерение давления по МЭН проводится в момент включения насоса после выдержки его без подачи напряжения на анод, и в образовании максимального броска тока МЭН участвует не только газ вакуумного объема, но и газ, который еорбировался насосом после очередного его отключения.
Чем меньше давление, тем большая разность в показаниях ИПДО-1 и МЭН будет наблюдаться вследствие зависимости сорбционного равновесия от давления (рис.2.5, 2.6).
Контроль качества обезгаживания отдельных еборочных единиц, прежде всего, относится к определению достаточности прогрева пушки, в состав которой входит катодно-подогревательный узел (КПУ). Во-первых, необходимо добиться полного активирования катода, что легко видно из исследования накальной характеристики и определения величины первеанса, соответствующего значению тока эмиссии катода. Во-вторых, при достижении заданных эмиссионных характеристик необходимо минимизировать газовыделение не только КПУ, но окружающих деталей. Последнее может быть достигнуто после установления термического равновесия КПУ и всех окружающих прогреваемых от КПУ деталей и последующей выдержкой для обезгаживания этих деталей, что может быть легко проверено по показаниям динамики давления в вакуумной системе откачного поста.
Исследование поверхностного содержания газов с непрерывным нагревом отпаянного ЭВП
Согласно теории, изложенной в главе 2, исследования проводились по результатам откачки металлокерамических ЭВП СВЧ. Причем одни приборы откачивались с применением потока водорода в качестве буферного конкурирующего газа, другие - по обычной технологии термического обезгаживания без применения потока водорода. При использовании потока водорода газ вводился в вакуумную систему при условии обеспечения молекулярного течения, но при этом давление было выше, чем при обычном высокотемпературном обезгаживании на 1 ...2 порядка. После проведения обезгаживания с потоком водорода проводились обезгаживание ЭВП без потока водорода и соответствующие измерения давлений газов в вакуумной системе при установленной температуре обезгаживания ЭВП. Для приборов с высокотемпературным обезгаживанием (без применения потока водорода) измерения давления газов в вакуумной системе проводились сразу после установления максимальной температуры обезгаживания ЭВП [92, 113,114].
Результаты экспериментов при обезгаживании без водорода представлены на рис.3.29 и 3.30. Из этих рисунков видно, что количество линейных участков колеблется от 4 до 5. Существенное отличие этих графиков в том, что предельное давление вакуумного поста на рис.3.30 достигало 3Т0 7Па, а на рис.3.29 выше этого давления; 6,5-10"6 Па. Ясно, что действие фоновых потоков газа для ЭВП рис.3.29 было сильное, чем для ЭВП рис.3.30, что проявляется заметным отклонением от линейности. Линейность прямолинейных участков рис.3.30 больше соответствует высказанным теоретическим посылкам. Таким образом, из экспериментальных данных видна роль откачного поста, что подтверждает действие формул (2.16). ..(2.19).
Для исследования отдельных механизмов превалирующего газовыделения, в том числе в процессе обработки катода, графики были приведены к одним и тем же начальным условиям изменения давления во времени и обработки катода, и ЭВП, соответствующим точкам перегиба кривых.
На рис.3.31 данные взяты с рис.3.29, а на рис.3.32 из рис.3.30. Отклонение от линейности участков здесь более наглядно заметно и видна роль фоновых значений, которые определяется качеством обезгаживания вакуумной системы до проведения обезгаживания прибора, что следует из величины предельного давления откачного поста.
Кривые Pi и Рн рис.3.32 параллельны, что свидетельствует об идентичности механизмов передачи газов в вакуумную систему. Следовательно, газ, выделяющийся из катода при его обработке, сначала сорбируется стенками ЭВП, а затем уходит в вакуумную систему, что чисто физически понятно и подтверждает высказанное выше предположение о механизме передачи газов.
Практический вывод следует из рис.3.32: после повышения давления в обезгаживаемом ЭВП для улучшения десорбции газа необходимо пройти те этапы обезгаживания, которые были пройдены до повышения давления, если требуется достичь такого уровня обезгаживания, какой был до повышения давления. представляет случай откачки и обезгаживания двух ЭВП с применением потока водорода. После прекращения подачи водорода и продолжения обезгаживания без водорода график также имеет участки, соответствующие разным механизмам газовыделения, при чем эти участки носят нелинейный характер, отличающийся от простого термического обезгаживания ЭВП.
Вогнутый характер некоторых участков кривых показывает более сложные процессы, чем процессы газовыделения при обезгаживании без водорода. Такое поведение каждой части кривой может быть объяснено большим влиянием водорода в начале процесса превалирующего газовыделения с уменьшением его роли по мере окончания этого процесса. Наиболее вероятно разная скорость влияния водорода в пределах одного механизма превалирующего газовыделения связана с его относительно высоким коэффициентом диффузии и по мере его диффузии и одновременного действия механизма газовыделения резко уменьшается влияние водорода на данный процесс, что и приводит к вогнутому характеру кривой. То есть механизм газовыделения испытывает одновременное действие двух факторов: собственного газовыделения и влияния водорода, которые по-разному изменяются во времени.
Существенным моментом графиков рис.3.33 является то, что время окончания действия превалирующего механизма газовыделения различно для разных условий обезгаживания ЭВП за исключением перехода на последний, короткий участок, где резко снижается давление. Отличие кривой Р в том, что соответствующее время обезгаживания ЭВП с потоком водорода меньше, чем для кривой PL Таким образом, различное время воздействия водорода на ЭВП в процессе откачки и обезгаживания вызывает и различный отклик материалов ЭВП на это воздействие. Длительное воздействие водорода вызывает и более длительное последействие, что находит и подтверждение в работе [80].
Высоковольтная тренировка ЭВП, откачанных по разным режимам обезгаживания
Высокое качество разработанной методики по формированию технологии откачки ЭВП подтверждено новыми технологическими процессами откачки более чем 30 типов приборов (в основном мощных клистронов и ЛЕВ). Доказано, что предложенная методика расчета основных параметров откачки подтверждается не только для ЭВП высокого уровня мощности, но и для ЭВП среднего уровня мощности.
ЛЕВ малой выходной мощности, имеющие небольшую проводимость замедляющей системы, также следует откачивать согласно предложенной методике. Для таких ЛЕВ особенно важен режим подъема температуры обез-гаживания, так как проводимость канала в виде замедляющей системы резко ограничивает возможности контроля давления в ЭВП без учета применения расчетов.
В то же время нельзя распространять предлагаемую методику разработки технологического процесса откачки на ЭВП, в которых имеются молекулярно напыленные оксидные катоды. Это ограничение связано, прежде всего, с падением эмиссионных характеристик катодов из-за отравления катодов парами серебра при температурах свыше 400С. Нет смысла распространять методику и на ЭВП с малым временем готовности из-за особых режимов их работы, что требует иного подхода. Однако в ряде случаев часть предложенных усовершенствований также может быть позаимствована после их тщательного анализа. В частности, проверка качества обезгаживания по определению количества и плотности поверхностных газов отпаянных ЭВП может быть полезна для оптимизации процесса откачки.
Разработанные технологические процессы откачки оформлены в виде лабораторных и технологических карт. Технологические процессы откачки, как правило, включают совмещенные режимы обезгаживания ЭВП и КПУ ряда ЭВП. В технологические процессы предварительной высоковольтной тренировки введены ограничение по газовыделению.
Использование разработанной технологии откачки для ряда ЭВП позволило создать условия формирования благоприятной газовой среды отпа 168 янных ЭВП, сократить длительность высоковольтной тренировки в 3...4 раза, увеличить процент выхода годных некоторых приборов на 5... 10% и оптимизировать процесс обезгаживания.
Предельная чувствительность серийно применяемых в электронной промышленности течеискателей составляет 2-Ю 12 м3Па/с [15, 39, 40, 68, 83]., в лучших образцах 7-Ю 13 м3Па/с.
Предельно допустимое значение натекания вакуумного прибора по данным разных авторов отличаются на несколько порядков [125, 126]. Очевидно, что величина натекания зависит от той величины давления, которое может быть допустимо в ЭВП. Меньшие натекания [125] гарантируют сохранение работоспособности прибора после гарантированного срока хранения, большие - в зависимости от их величины приводят к выходу ЭВП из строя на откачке, при испытаниях, при складском хранении, в процессе эксплуатации, если не принимаются меры по связыванию газов.
Существуют объективные причины, одновременное действие которых вызывает появление скрытых дефектов: - отсутствие возможности проверки на допустимую величину натекания ЭВП из-за недостаточной чувствительности течеискателя; - некоторая часть деталей и узлов, полученных в результате проведения тех нологического процесса, может иметь высокую механическую напряжен ность паяных и сварных узлов, что в дальнейшем может вызвать появление течей. Обычные методы течеискания после откачки ЭВП не позволяют найти место течи менее КГ8-1(Г9 мПа/с без применения специального оборудования. Очевидно, что наиболее экономически целесообразно применение таких методов поиска течей, которые просты и опираются на использование уже существующих конструктивных элементов ЭВП, например, магнитного электроразрядного насоса (МЭН) или других конструктивных элементов ЭВП.
Прежде чем ставить задачу по поиску течей необходимо решить вопрос о минимальной величине течи, которая не приведет ЭВП к выходу из строя после гарантированного срока хранения, обычно принимаемого на уровне 12 лет. Считается, что, если давление в ЭВП в конце срока хранения не превышает 1,33-10"3 Па (10"5 мм. рт. ст), то такой прибор годен для дальнейшей эксплуатации. Величина натекания определяется по формуле: Q = V— (4.1), где V- объем ЭВП; АР= 1,33-10 3 Па - изменение давления за 12 лет; А/=12лет= 3,784-10о с. - время натекания; Тогда максимально допустимое натекание Qmax = (1,33-Ш3 V)/(3,784-Ю8) = 5,52-W12-F [м Па/с] (4.)) В частности при объеме ЭВП равном 1 литр натекание gwax=3,52-10"15 м3Па/с, а для объема 0,1 литра О_=3,52-10-16 м3Па/с. Формула для максимально допустимой величины течи Qmax приобретает вид: Qmaxi3,52-10-15V/V0 (4.3), где V/Vo - нормированный объем ЭВП по отношению к объему V0= 1л при допустимом изменении давления АР=1,33-10-3 Па. С учетом иной допусти мой разности давлений АР/, отличной от АР формула для Qmax имеет вид: Єтах 3,52-КГ15 -— (4.4) АР V0 7 Определение допустимого уровня течей реально применяемых объемов ЭВП не может быть достигнуто ни одним современным течеискателем на стадии подготовки ЭВП к откачке и обезгаживанию. Факт натекания с ис 170 пользованием пробного газа при атмосферном или повышенном давлении снаружи испытуемого объема, как правило, фиксируется либо при измерении изменения общего, либо парциального давления газа вакуумного объема ЭВЩ126...131].
Очевидно, что чувствительность течеискателя отпаянных ЭВП зависит от возможности измерения минимального изменения тока преобразователя при изменении внешних условий воздействия на течь тем или иным способом, то есть чувствительность определяется свойствами измерительной аппаратуры и возможностями изменения внешних условий натекания. Возможности измерения изменения давления газа ЭВП в процессе поиска течи показаны в таблице 4.4. В этой таблице формула (4.1.1) применима для случая, когда 5 0 фу/уф1). Когда 5 0 и т«t0 используется формула (4.1.2), при этом (PY l и т«t0 - условие применимости этой формулы).
