В процессе изготовления наиболее распространенных типов катодов ламп массового производства можно выделить следующие группы технологических операций: изготовление кернов, приготовление эмитирующих составов, нанесение эмиттеров на керны и контроль катодов.
а) Изготовление кернов.
Спиральные конструкции катодов изготавливаются с использованием рассмотренных выше методов спирализации (см. § 6.1). Для их изготовления обычно применяется вольфрамовая проволока с присадкой алюминия (марки ВА) диаметром от 10 до 200 мкм. Перспективным для этих целей является также вольфрам с добавкой рения, имеющий большее удельное электрическое сопротивление, лучшую дуктильность и температуру рекристаллизации на 150—200 К выше, чем вольфрам марки ВА.
Наибольшее распространение из спиральных конструкций катодов нашли биспирали и триспирали, применяемые, в качестве катодов люминесцентных ламп. Их развитая поверхность при относительно небольших размерах позволяет закрепить на катоде достаточно большую массу эмигрирующего вещества.
Специфической особенностью изготовления биспиралей для люминесцентных ламп является стремление получить прямые и одинаковые по длине тире, лежащие в одной плоскости. Это уменьшает брак при механизированном монтаже спиралей на ножки.
При изготовлении биспирали первичная спираль навивается на молибденовый керн. Вторичная спирализация производится на выдвигаемом стальном керне с образованием тире. Навивка вторичной спирали и нарезка биспиралей ведется на спирализационной машине типа СА1. Нарезанные биспирали обезжириваются, отжигаются с целью закрепления формы и дополнительной очистки и поступают на операцию вытравливания молибденовых кернов. После этого биспирали проверяются по внешнему виду, хрупкости, геометрически размерам и упаковываются.
В последнее время все более широкое применение для люминесцентных ламп находят триспиральные катоды. Их изготовление возможно по двум вариантам.
По первому варианту на вольфрамовую нить навивается молибденовая проволока, получается сплошная моноспираль с вольфрамовым керном. На эту спираль, как на керн, навивается тонкая вольфрамовая проволока. Получается первичная сплошная вольфрамовая моноспираль, иногда называемая гитарной струной. Она вторично спирализуется на непрерывный молибденовый керн. Полученная в результате этого сплошная биспираль подвергается спирализации в третий раз на выдвигаемом постоянном керне с образованием тире.
По второму варианту первичная сплошная вольфрамовая спираль изготавливается путем намотки вольфрамовой проволоки сразу на два керна, протягиваемые параллельно друг другу молибденовую и вольфрамовую проволоки. Вторая и третья спирализация производится аналогично первому варианту. После спирализации форма триспирали закрепляется отжигом, а молибден удаляется вытравливанием.
В полученном катоде оксидная масса при дальнейшей обработке занимает место удаленных молибденовых проволок, что приводит к желаемому увеличению запаса оксида, а следовательно, и долговечности катода. К недостаткам триспирального катода можно отнести большие сложность, материалоемкость и трудоемкость его изготовления.
Стержневые конструкции кернов катодов изготавливаются методами холодной обработки из проволочного или пруткового вольфрама. При необходимости отдельные части катодов свариваются. Последующая обработка заключается и обезжиривании, травлении и отжиге и среде во дорода или препарировочного газа и в вакууме.
Необходимая в ряде случаев полировка поверхности вольфрамовых катодов производится электролитическим путем в растворе каустической соды при температуре несколько выше комнатной и при плотностях тока 20— 40 А/дм2 в течение нескольких минут.
б) Приготовление эмигрирующих составов.
Приготовление эмитирующих составов для покрытия катодов рассмотрено в § 5.1.
в) Нанесение эмитирующих покрытий.
Приготовленный эмигрирующий состав должен быть нанесен и закреплен на керне катода с соблюдением следующих требований:
точное расположение покрытия по месту;
отсутствие покрытия на местах, не подлежащих покрытию;
масса нанесенного и закрепленного эмиттера на керне катода должна с большой точностью соответствовать норме;
в процессе нанесения покрытия не должно происходить загрязнения керна или эмигрирующего состава;
прочность закрепления покрытия на керне катода должна быть высокой;
способ нанесения должен быть в максимальной степени механизирован и автоматизирован.
Способы нанесения эмитирующих покрытий на катоды ламп могут быть различными в зависимости от конструкции и типа катода.
Способ окунания состоит в том, 41 о подготовленный керн катода погружается на короткое время в оксидную суспензию. Благодаря определенной вязкости суспензии на керне остается некоторая масса покрытия.
Особенно эффективно оксидирование в фонтанчике суспензии, широко применяемое в производстве люминесцентных ламп. Суспензия с помощью мешалки раскручивается в цилиндрическом сосуде и под действием центробежных сил поднимается по трубке к специальному наконечнику (мундштуку) со щелью в верхней части и выливается через нее в виде фонтанчика (рис. 6.13). В высшей точке фонтанчика направление движения суспензии меняется на противоположное и скорость струи оказывается равной нулю. Одновременно с этим достигается хорошее перемешивание суспензии и ее непрерывное обновление в месте нанесения. Керн катода погружается в струю фонтанчика на несколько секунд. Подбором вязкости суспензии ширины щели наконечника и частоты вращения мешалки можно добиться заданного распределения покрытия по керну и строгого постоянства его массы.
Рис. 6.13. Схема оксидирования катода в фонтанчике суспензии:
1 — мешалка; 2 — сосуд с оксидной суспензией; 3 — наконечник со щелью
Излишки суспензии сдуваются с керна хорошо очищенным сжатым воздухом сразу после оксидирования катода. После этого для улучшения предварительного сцепления покрытия с керном катоды подсушиваются в электрической печи или обдуваются горячим сжатым воздухом.
С точки зрения получения долговечных ламп со стабильными параметрами нежелательна как недостаточная, так и избыточная масса оксида на керне катода. Недостаточная масса оксида ведет к быстрому истощению запаса эмиттера на катоде, ее излишек сильно затрудняет обработку катода, так как в составе покрытия могут остаться неразложившиеся карбонаты.
В производственных условиях масса нанесенного оксида контролируется систематическим взвешиванием покрытых и непокрытых катодов. Ведется также визуальный контроль за тем, чтобы покрытой оказывалась только определенная часть керна катода. Для люминесцентных ламп мощностью 40 Вт с триспиральным катодом масса оксида на катоде должна быть в пределах 9—13 мг, спирализованная часть катода должна быть полностью покрытой, а участки тире — свободными от оксида.
В процессе оксидирования обычно происходит интенсивное испарение растворителей из суспензии и ее вязкость резко увеличивается. В связи с этим в суспензию периодически добавляют растворитель и буферную жидкость, например смесь амилацетата и ацетона.
В ряде случаев в момент окунания спирали в струю фонтанчика между спиралью и стержнем мешалки подается небольшое постоянное напряжение (минус — на спирали). Под действием электрического поля частицы карбонатов осаждаются на отрицательном катоде — спирали. Этот процесс называется катофорезом. Перенесенные полем и осевшие на спирали частицы могут быть значительно более прочно закреплены, чем при простом окунании. В массовом производстве люминесцентных ламп катофорез не применяется, так как целесообразность его применения не доказана.
г) Контроль покрытых катодов.
Оксидированные катоды контролируются по массе покрытия, шероховатости и по внешнему виду.
Массу покрытия определяют по разнице масс покрытого и непокрытого катодов. С этой целью катоды взвешивают на торзионных или аналитических весах. Для удаления покрытия с катода его промывают в уксусной кислоте. Шероховатость покрытия может быть определена методом сравнения с эталонными образцами, а также точно измерена на двойном микроскопе МИС-11.
При внешнем осмотре цвет оксидного покрытия должен быть белым, на покрытии не должно быть потеков, утолщений, сколов, кратеров, трещин, а также посторонних загрязняющих частиц; катод не должен иметь механических повреждений, металлический керн катода не должен быть окисленным или грязным; покрытие должно быть нанесено на предназначенную для этого часть катода.