Вакуумная плавка

Хотя выплавка сплавов для электронных устрсйств в вакууме является молодой отраслью, однако с каждым днем она приобретает все более серьезное значение. В течение многих лет проводятся опыты по вакуумной плавке магнитных сплавов. Группа сплавов, например хром—медь, титан—медь, титан—никель, цинк—серебро, магний—серебро, магний—никель, содержит в больших количествах добавки высокоактивных металлов. Некоторые из этих сплавов в настоящее время выплавляются обычным способом на воздухе, однако первые опыты по выплавке их в вакууме дали положительные результаты. Например, хром трудно легируется медью, поскольку на поверхности жидкого хрома образуется трудноудаляемый окисный слой. Для ввода хрома в расплав необходимо медь нагреть до температуры плавления хрома. При плавке в вакууме введение хрома значительно упрощается : когда медь становится жидкой, добавляют хром. Некоторые трудности возникают при плавке титановых сплавов, так как последние хорошо смачивают керамику и разрушают стенки тигля. Согласно данным печати [2], в настоящее время изготовляют тигли из смеси двуокси циркония с металлическим титаном; такие тигли не смачиваются расплавом.

Материалы для катодных гильз

Материалы, используемые для катодных гильз электронных ламп, имеют сложный состав и сильно влияют на их свойства как в период производства ламп, так и в ходе их эксплуатации. Основой этих сплавов является никель с добавками кобальта, кремния, марганца, магния, углерода, вольфрама, алюминия, титана и других элементов в различных количествах и комбинациях, причем большинство из них составляет примерно 0,1—0,01%. Поскольку рабочая характеристика катода зависит от восстановительных реакций между легирующими элементами сплава и электронно-эмиссионным покрытием катодной гильзы из окислов редкоземельных элементов, наличие определенного количества восстановителей в никеле и степень их стабильности имеют серьезное значение. Следует указать на недостаточность контроля химического состава промышленных никелевых сплавов, которые применяются в больших количествах для производства электронных ламп. Наличие незначительного загрязнения или превышение допустимых пределов отдельных компонентов в нержавеющих сталях или высоконикелевых сплавах, на производство которых и идет в основном никель, не играет существенной роли. Однако те же небольшие отклонения в материалах, применяемых для ламп, сильно влияют на их рабочие характеристики. С целью получения сплавов с точно контролируемым составом были проведены опытные плавки этих сплавов в вакууме.

Фирма «Рейдио корпорейшн оф Америка» в течение ряда лет успешно проводит выплавку сплавов для подогревных катодов прямого накала. Поскольку большинство катодов все же является катодами косвенного подогрева (катодная гильза расположена сверху подогревателя), надо надеяться, что в ближайшее время будет решена проблема получения сплавов и для этих катодов. Опыты в этом направлении уже ведутся.

Материалы для тиглей

Ниже дается описание некоторых опытов и трудностей, встречающихся при разработке и производстве процессов вакуумной плавки сплавов для подогревных катодов. Рассмотрим материалы для производства тиглей. Так как каждая операция тигельной плавки сопровождается загрязнением металла, то в связи с необходимостью поддержания определенного состава компонентов сплава требовалось получить такие тигельные материалы, которые имели бы достаточную инертность, позволяющую снижение загрязнений до желаемого уровня. Были подвергнуты исследованию следующие материалы: окись бериллия, стабилизованная двуокись циркония, силикаты циркония, окислы алюминия и магния. Установлено, что все материалы, кроме окиси магния, с точки зрения выделения загрязнений являются удовлетворительными. Окись магния (в случае добавки углерода) загрязняет плавку магнием до нескольких сотых процента. Электроплавленная окись магния не имеет этого дефекта. Однако все исследованные материалы оказались механически непрочными, и продолжительность службы тигля оставалась ограниченной. Положительный результат в отношении увеличения сопротивления растягивающим и сжимающим напряжениям дал переход от плоского дна тигля к полусферическому. Путем лучшего подбора материалов требовалось уменьшить возникающую при обжиге усадку тигельных опорных стоек, сокращающую площадь контакта дна тигля со стойкой и ухудшающую в результате стойкость дна со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями.

Удовлетворительный срок службы тиглей пока еще не достигнут, тем не менее попытки улучшения их стойкости путем применения соответствующей футеровки оказываются небезуспешными. Этот метод пока неизвестен широкому кругу производственников, и стойкость тиглей для них все еще остается проблемой, требующей своего разрешения. В промышленной вакуумной плавке считается большим достижением, когда тигель выдерживает 10—12 плавок. С применением футерованного тигля значение этой стойкости можно увеличить в 10 раз. Технология изготовления футерованного тигля заключается в том, что обычный тигель устанавливают в индуктор, вокруг которого имеется засыпка из изоляционных материалов. На внутренние стенки тигля наносится слой специальной футеровки в виде пасты толщиной 12,5 мм. Слой этот обжигается при высоких температурах. При каких-либо неисправностях эта облицовка легко удаляется без разрушения тигля. Вторичную футеровку, или обмазку, выполнить гораздо проще и быстрее, чем осуществить набивку или установку нового тигля; на нее расходуется небольшое количество материалов, и ее легко дегазировать. Этот способ дает возможность подбирать такую футеровку, которая сходна с составом выплавляемого сплава, даже если тигель выполнен из другого материала.

Представляет интерес одна деталь, относящаяся к таким тиглям и откачным системам; дело в том, что керамика обычно содержит значительное количество влаги, которую удалить предварительным обжигом невозможно, особенно если применяется футеровка. Влага должна удаляться при нагреве в вакууме и выходить через откачную систему. В связи с этим особенно рекомендуется использование газобалластного устройства для предотвращения снижения производительности откачной системы.