Вольфрамовый торированный карбидированный катод для мощных электронных ламп

• Автор: Прилуцкий, Виктор Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 294 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Физические представления о работе ВТКкатода

1.1. Свойства карбидов вольфрама.

1.1.1.Диаграмма состояния системы вольфрамуглерод УС

1.1.2. Термические и термодинамические свойства

1.1.3. Электрические и магнитные свойства

1.1.4. Механические свойства.

1.1.5. Химические и электрохимические свойства.

1.2. Природа химической связи карбидов вольфрама.

1.3. Энергетическая модель металла. Поверхность металла, покрытая пленкой адатомов.

1.4. Пленочные катоды. Закономерности изменения работы выхода в системе
1.5. Физикохимические процессы, происходящие в приповерхностной зоне катода
1.5.1.Состояние поверхности активного катода.
1.5.2.Соотношение скоростей протекания основных процессов
1.5.3.Природа эмиссионной неоднородности торированного вольфрама.
2. Особенности технологии изготовления ВТКкатода
2.1. Методы получения карбидов вольфрама.
2.2. Исходный материал для изготовления ВТКкатода.
2.2.1. Изготовление исходного катодного материала
2.2.2. Подготовка вольфрамовой торированной проволоки
2.2.3. Свойства исходной вольфрамовой проволоки
2.3. Изготовление решетки ВТКкатода.
2.3.1. Деформация проволоки при изготовлении ВТКкатода
2.3.2. Технология сварки.
2.3.2.1. Нивелирование поверхности вольфрамовой проволок для повышения качества сварки
2.4. Карбидирование ВТКкатода.
2.4.1. Оптимизация структуры карбидного слоя.
2.4.2. Активирование ВТКкатода
2.4.3. Автоматизация процесса карбидирования.
2.4.4. Свойства карбидированного торированного вольфрама.
2.4.4.1. Удельное электрическое сопротивление
2.4.4.2. Теплофизические характеристики
2.4.4.3. Физикомеханические характеристики
3. Особенности конструкции и расчетВТКкатода
3.1 .Параметры ВТКкатода
3.2. Конструкции ВТКкатодов
3.3. Расчет эквитемпературного ВТКкатода
3.3.1. Учет влияния охлажденных концов.
3.4. Учет коэффициента самооблученности
3.4.1. Методика определения коэффициента самооблученности катода.
3.4.2. Методика и результаты эксперимента
3.4.3. Обобщение и анализ результатав
3.5. Расчет ВТКкатода стержневого типа
3.5.1.Расчет распределения температуры по длине ВТКкатода.
3.6. Долговечность ВТКкатода
3.6.1. Процессы деградации карбидного слоя.
3.6.2. Расчет долговечности ВТКкатода.
4. Исследование неравномерности токоотбора с поверхности нитей като
дов сложной конструкции
4.1. Исследование зависимости токоотбора с поверхности нитей катода от
их пространственного расположения.
4.1.1. Постановка задачи и описание моделей
4.1.2. Расчет эффективной поверхности анода
4.1.3. Оптимизация геометрии решетчатого катода.
4.1.4. Режим ограничения тока температурой.
4.2. Исследование эффективности разработанной методики и е реализация
в производстве МГП
4.2.1. Разработка и обследование экспериментальных образцов
4.2.2. Внедрение новой конструкции ВТКкатодов в производство
4.3. Влияние неравномерности токоотбора на температурный режим ВТК
катода
4.3.1. Учет неравномерности токоотбора при расчете катода
4.3.2. Исследование зависимости токоотбора от поперечного сечения нитей катода
4.3.3. Изготовление и обследование экспериментальных макетов.
5. Исследование напряженнодеформированного состояния решетчатого
катода и определение влияния геометрических характеристик катода
на его формоустойчивость
5.1. Методика расчета напряжений и деформаций решетчатого катода
5.1.1. Принятые обозначения
5.1.2. Расчетная модель
5.1.3. Дифференциальное уравнение прогибов.
5.1.4. Решение дифференциального уравнения прогибов
5.1.5. Определение напряжений в решетчатом катоде
5.2. Анализ напряжений и деформаций в решетчатом катоде.
5.2.1. Анализ функции прогибов.
5.2.2. Анализ напряжений, возникающих в решетке катода.
5.2.3. Анализ зависимости напряжений и деформации решетки катода от е геометрических характеристик
5.3. Расчет реальных катодов и сопоставление результатов расчета с экспериментальными измерениями.
5.3.1. Расчет напряжений и деформации катода мощного импульсного генераторного тетрода ГИА
5.3.2. Расчет напряжений и деформации катода мощного генераторного тетрода ГУА
5.3.3. Использование методики расчета напряжений и деформации при проектировании ВТКкатодов
5.4. Исследование влияния изменения конструкции ВТКкатода на его деформацию и возникающие напряжения.
5.4.1 Влияние на напряженнодеформированное состояние катода изменения соотношения нитей в наружном и внутреннем рядах.
5.4.2 Влияние на напряженнодеформированное состояние катода изменения поперечного сечения нитей.
6. Разработка и реализация методики ускоренных испытаний мощных ге
нераторных ламп с ВТКкатодом на долговечность.
6.1. Выбор метода ускорения испытаний.
6.2. Методика расчета режима ускоренных испытаний.
6.3. Формирование выборок ламп для проведения сравнительных испытаний.
6.4. Методика определения экспериментального коэффициента ускорения и сравнения результатов испытаний.
6.5. Реализация разработанной методики
6.6. Использование ускоренных испытаний при разработке и производстве мощных генераторных ламп
7. Заключение.
7.1. Научные и технические результаты, полученные при выполнении диссертационной работы
7.2. Практические результаты, полученные при выполнении диссертационной работы и использование их в промышленсти.
Список использованной литературы


Очевидно, что менее твердым является монокарбид вольфрама. Согласно работе , микротвердость существенно зависит от температуры карбидирования. Возрастание микротвердости с увеличением температуры карбидирования объясняется залечиванием микро и макродефектов зерен УС вследствие повышения подвижности атомов вольфрама и углерода. Недостатком карбидов является их высокая хрупкость, причина которой, по данным , заключается в уменьшении среднеквадратичных смешений структурных элементов кристаллической решетки. Под действием нагрузки упругие напряжения не успевают распространиться на весь объем кристалла и локализуются в месте приложения нагрузки, способствуя образованию зародышей трещин и быстрому разрушению. Прочность карбидов зависит от их метода получения, состава, зернистости и пористости. Например, прочность карбидов вольфрама наиболее резко уменьшается в интервале температур С . В таблице 1. УС и УгС при растяжении и сжатии в интервале температур С. Исследования прочности при изгибе карбида вольфрама в зависимости от температуры показали, что с повышением температуры до 0,4 0,5 Тпл. Т1Л. Таблица 1. Растяжение
0 0,
0,
Сжатие
0 2,
0,
Упругость как физическая постоянная позволяет определить термические и термодинамические характеристики и дает понимание природы тугоплавких соединений. Получение чистых тугоплавких соединений в беспористом состоянии затруднено, а пористость существенно влияет на величину определяемых упругих постоянных. Для определения постоянных упругости материала в беспористом состоянии в работе применен метод экстраполяции значений упругих постоянных, измеренных для образцов различной пористости, на нулевое значение последней. Для этой цели использовалось уравнение, учитывающее влияние пор как концентраторов напряжений в напряженном материале с той или иной релаксационной способностью. Ь эмпирические постоянные , учитывающие эффект концентрации напряжений, который характеризуется особенностями микроскопического строения испытываемых материалов и их релаксационной способностью для карбида вольфрама а 0, 6 2,. По описанной методике были определены упругие постоянные карбидов. Модуль упругости в температурном интервале до С определялся по собственной частоте колебаний, коэффициент Пуассона по отношению собственных частот продольных колебаний образца в области дисперсии частот. По известным величинам модуля упругости и коэффициента Пуассона расчетным путем получены модуль сдвига, модуль объемной упругости и коэффициент сжимаемости. Точность определения модуля упругости 1 , коэффициента Пуассона 3 , модулей сдвига и объемной упругости 4 . Изменение температурного коэффициента нормального модуля упругости от пористости соответствует экспоненциальной зависимости. Модуль сдвига, ГПа. Для полукарбида У2С модуль упругости равен 0 ГПа. При этом следует отметить, что монокарбид вольфрама имеет самые высокие значения модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона по сравнению с другими карбидами переходных металлов, т. Следующей характеристикой механических свойств является пластичность. В работе приведена температурная зависимость микротвердости карбидов. Полученные значения энергии активации пластической деформации, наблюдавшиеся при вдавливании индикатора в карбиды, приведены в таблице 1. Таблица 1. Энергия активации для монокарбида вольфрама минимальна по сравнению с карбидами других металлов IVVI групп и свидетельствует о самой высокой склонности к пластической деформации, хотя в указанной работе, по полученным значениям акгивизационного объема и ширины потенциального барьера карбида вольфрама см. МС, чем УС. В работе также указывается, что ширина потенциального барьера ковалентных кристаллов отличается значительной направленностью связей в решетке. Переход карбида вольфрама из хрупкого к пластическому состоянию, как показано в работе , наступает при температуре, равной примерно половине абсолютной температуры плавления металла V. Выше этой температуры прочность уменьшается пропорционально увеличению температуры.