Электровакуумные сплавы

 

Содержание 

1. Введение…………………………………………………………………………………………………3
2. Общие требования к металлам и сплавам для электровакуумных приборов
1. Вакуумная плотность металлов и сплавов……………………………………………………….3
2. Требования к химическому составу металлов и  сплавов……………………………….4       
3. Медь и ее сплавы……………………………………………………………………………………………………5
1. Медные сплавы повышенной прочности и проводимости…………………………….6
1. Сплавы МЦТ1,МЦТ2 и МЦТ3…………………………………………………………………6
2. Сплавы меди с присадками никеля и кремния (МНК)…… …………………..8

3.1.3     Сплавы меди с присадками железа (МЖ-3)………… ……………………………10

2. Сплавы меди с никелем…………………………………………………………………………………..11
4. Никель и его сплавы………………………………………………………………………………………………13
5. Сплавы для кернов оксидных катодов………………………………………………………………….14
6. Прецизионные сплавы для пайки с неорганическими диэлектриками………………14
1. Железо - никелевые, железо-никель-хромистые

и железо-никель-медные сплавы…………………………………………………………………...14

2. Железо-никелевые- кобальтовые сплавы……………………………………………………….16
3. Сплавы на основе тугоплавких металлов…………………………………………………………16
1. Вольфрам и его сплавы………………………………………………………………………...16
2. Сплавы молибдена………………………………………………………………………………..17
3. Сплавы ниобия………………………………………………………………………………………18
4. Сплавы тантала……………………………………………………………………………………….18
5. Сплавы рения………………………………………………………………………………………….18
6. Общие свойства тугоплавких металлов…………………………………………………19

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение.

  Электровакуумный прибор — устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой.

К таким приборам относят как вакуумные электронные  приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, так и газоразрядные  электронные приборы, в которых  поток электронов проходит в газе. Так же к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания.

   Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

   Сплавы обычно  получают с помощью смешивания  компонентов в расплавленном  состоянии с последующим охлаждением.  При высоких температурах плавления  компонентов, сплавы производятся  смешиванием порошков металлов  с последующим спеканием (так  получаются, например, многие вольфрамовые  сплавы).

Переплав  металлов и сплавов  в вакууме.

Одним  из  наиболее прогрессивных и экономически выгодных процессов получения металлов и  сплавов высокой степени чистоты является переплав их в вакууме. Наличие в рабочем пространстве печи достаточного глубокого вакуума (<1*10^-3 мм рт.ст.)позволяет сравнительно легко удалять из металлов летучие примеси и значительно снизить содержание в них газов. 
 
 
 
 

2. Общие требования к металлам и сплавам для  электровакуумных приборов.
1. Вакуумная плотность металлов и сплавов.

Вакуумная плотность-способность материалов деталей, ограждающих вакуумную полость приборов, сопротивляться проникновению газов внутрь прибора из окружающего его пространства.

Наиболее вероятным  путем проникновения газов через  оболочку прибора являются дефекты - микроскопические трещины и волосовины, а также сообщающиеся с атмосферой поры и раковины.

Образование дефектов в металле связанно в первую очередь  с условиями их выплавки и кристаллизации.

Кристаллизация реальных металлов и сплавов сопровождается двумя противоположными процессами: с одной стороны – сжатием  металла из-за уменьшения его объема с понижением температуры, с другой - расширение его вследствие выделения  газов, растворенных в жидком металле, или воздуха, увлеченного струей металла при его заливке в  изложницу.

Разветвленность дендритов  в чистых металлах, как известно, зависит от содержания в них примесей, а в сплавах – от интервала их кристаллизации. Отсюда можно сделать вывод о том, что оболочки электровакуумных приборов следует изготавливать из чистейших по содержанию примесей металлов или сплавов с очень узким интервалом кристаллизации.

2.2 Требования к химическому составу металлов и сплавов.

1. По содержанию газов и летучих в вакууме примесей.

Необходимость поддерживания  в электровакуумных приборах в течение  всего срока службы глубокого  вакуума (1*10^-6 мм.рт.ст и более) требует применения для их изготовления материалов и сплавов, не содержащих вредных летучих в вакууме примесей (Zn, Bi, Cd, Sb, Sn, Mn, P и др.). Наличие в металлах указанных примесей приведет при технологической обработке изделий (откачке) к их испарению и образованию налетов на деталях вакуумной полости.

Общее количество газов, абсорбированных поверхностью металлов и содержащихся в них. (таб. 1)

Материалы	Общее содержание газов, мкл газа в 1 см3 металла
Никель Никель, дегазированный в вакууме Медь Медь, дегазированная в вакууме Алюминий Железо Вольфрам Молибден Графит	530-30000 310-700 45-550 30-150 80-350 70-670 3-6 8-80 450 и выше

 

Содержание вредных  летучих примесей применяемых для  изготовления металлов и сплавов  не должно превышать 0,0001 %, а содержание газов: водорода 0,0001% и азота 0,01%. Отрицательно влияют на работу приборов содержащихся в металлах и сплавах окислы.

2. По содержанию легирующих элементов.

Для изготовления идентичных по качеству и электрическим  параметрам электровакуумных приборов необходимо иметь металлы и сплавы, свойства которых внутри одной плавки, а также от плавки к плавке изменялись бы в очень небольших пределах.

Идентичность свойств  определяется в сплавах – содержанием  легирующих элементов, примесей, термической  обработке и режимами ее проведения.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов  в расплавленном состоянии с  последующим охлаждением. При высоких  температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы). 
 
 

3. Медь  и ее сплавы.

Широкое применение меди в производстве электронных  приборов обусловлено исключительно  благоприятным сочетанием ее свойств  – высокой электропроводности и  теплопроводности с высокой пластичностью, химической стойкостью и удовлетворительными  прочностными и др. характеристиками.

Производство электровакуумных приборов неизбежно связанно с нагревом их деталей и узлов в среде  водорода или других восстановительных  средах. Поэтому для их изготовления могут применяться только специальные марки меди: МБ, МВ и МВК. 

Химический состав меди вакуумной плавки различных  марок приведена в таб.2, из которой видно, что содержание кислорода в меди строго регламентировано и не должно превышать 0,001 %.  
 
 
 
 
 
 

Наименование  марки меди

ТУ

Содержание элементов в весовых  процентах, не более

Содержание  газов в весовых процентах

Zn

Fe

Ni

Pb

Sn

Bi

Sb

As

P

S

Cu

O2

H2

Медь бескислородной плавки (МБ)

ЦМТУ-3302-53

а)0,003 б)Следы

0,005 0,005

0,002 0,002

0,005 0,005

0,002 0,002

0,002 0,002

0,002 0,002

0,002 0,002

0,003 нет

0,005 0,002

90,969 99,978

- 5*10-4

- 1,1*10-4

Медь вакуумной  плавки(МВ)

ТУ-ЦМО-29-64

а) Следы  б) 0,001

0,001    0,0005

Следы  0,0007

0,001    0,0005

-    0,005

н/о    -

Следы  0,001

-    0,0009

-    -

0,001    0,001

-    99,9894

-    5*10-4

-    8*105

Медь  электронно-лечевого переплава (МЭ)

ТУ-ЦМО-31-65

а) н/o б)<0,0008 в)<0,0008

0,007 0,0005 <0,0004

0,0007 0,0005 0,0005

0,0007 0,0002 0,0002

н/o <0,0001 <0,0001

н/o <0,0001 <0,0001

н/o <0,000 <0,0006

н/o <0,0002 <0,0002

- >0,01 <0,005

- 0,0048 0,0039

- 99,9822 99,9882

1*10-4 6*10-4 -

1*10-5 2,7*10-5  -

Механические свойства меди в большой степени зависят  от содержащихся в ней примесей, которые можно разделить на три  группы:

• Примеси  Zn, Sb, Sn, As, Fe, Ni и др., образующие с медью твердые растворы;
• Примеси Pb, Be и др., образующие легкоплавкие эвтетики;
• Примеси S и O₂ образующие хрупкие химические соединения.

 
 

3.1 Медные сплавы повышенной прочности и проводимости

3.1.1 Сплавы МЦТ1,МЦТ2 и МЦТ3. Для изготовления анодных блоков магнетронов, клистронов, генераторных ламп и других приборов, работающих при повышенной температуре (до 500^оС) и испытывающие большие механические нагрузок, целесообразно использовать вместо меди сплавы на основе меди с присадками циркония и тантала. Химический состав некоторых марок этих сплавов приведен в табл. 3

Марка сплава	Содержание, %
	Zr	Ta	Cu
МТЦ1 МТЦ2 МТЦ3	0,25 0,25 0,50	0,25 1,00 0,50	Остальное Остальное Остальное

Тантал в медь вводят через лигатуру Cu-Zr-Ta, шихтовой состав которой 50% меди и 50% циркония с танталом в заданном соотношении. Выплавка лигатуры производится в дуговой вакуумной печи. Выплавка этих сплавов производится в индукционной вакуумной печи с остаточным давлением не выше 1*10^-4 мм.рт.ст.

Сплавы системы  Cu-Zr-Ta являются вакуумплотными материалами, обладающими высокими пластическими свойствами. Эти сплавы легко прокатываются в ленту, полосу, пруток, тянутся в проволоку как в подогретом, так и в холодном состоянии и хорошо обрабатываются резанием(значительно лучше, чем медь). Пайка таких сплавов припоямиПСр72,Ср999, ПСр83  и др. также не вызывает каких-либо трудностей. Пайку сплавов МЦТ1, МЦТ2 и МЦТ3можно производить в вакууме и других газовых средах, применяемых в электровакуумном производстве. Физико-механические свойства сплавов в сравнение с медью и другими сплавами приведены в таб.4

Материал, марка сплава	Твердость НВ в литом состоянии,кГ/мм2	Предел прочности  при растяжении σВ, кГ/мм2		Относительное удлинение при 20о С, % ϭ	Электропроводность, % к электропроводности меди при 20о С
		При  20о С	При 600о С
Медь МБ Zr-25%, Cu-остальное Zr-0,5%, Cu-остальное Zr-1,5%, Cu-остальное Сплав МЦТ1   Сплав МЦТ2   Сплав МЦТ3	38-40 40  40-42  44-46  40-42  42-43  42-44	22 22-24  25-26  30-32  24-25  28-30  27-28	4,38 8,00  8,5-90  10-12,0  13-14,0  15-16  15-16	- -  -  -  40-42  40-42  38-40	100 92-93  90-91  83-84  92,0  90,0  88,0