Особенности работы тугоплавких Ме при высоких Т.
Окисляемость:
W: начинает окислятся на воздухе по 400С, быстро окисляется свыше 500С. Основной оксид WO3 при Е выше 800С – возгоняется (летучее соединение) ШО3 при Т 1470С начинает плавится.
М: начинает окислятся с 250 С , после 600С очень быстро. МоО3 текже летуч, его Тпл=700С.
Вывод: оксиды Ш и Мо не явл защитными.
Та: до 600С окисляется слабо, свыше 600С образуется Та2О5 значительно медленнее чем у Ш и Мо, но несовершенно недостаточно для горячей обработки на воздухе. Окисление идет до 1500С , далее разгонка.
Вывод: горячая обработка и эксплуатация этих Ме должна производиться в защитнчх атмосферах. Для Ш, Мо – это Н(водород), Для Та, Мо, Ш – инертные газы , типа аргона.
Вывод2: объемные детали из этих Ме, перед установкой в приборы необходимо чательно очищать от оксидов на поверх (хим обработка, травление), иначе при работе прибора, оксиды испарятся и осядут на внутрен стенках оболочки.
Испаряемость и электрон эмиссия.
Для повышения эмиссии нузно повысить Т, но срок службы уменьшится.
Нити накаливания выходят из строя прежде всего из-за испарения Ме в вакууме.
По ГОСТ-ам срок службы Ш-нагревателя определен временем испарения 10% первоначальной массы, далее на нити возникает «горячее место!, приводящее к его повышенному испарению и выгоранию.
R=l/s
Скорость испарения зависит экспоненциально для Ш: lgm(г/см2*с)=7.814-4.188*104/T (в К)
Медленнее всего испаряется Ш, далее Та, быстрее всех Мо (в 350 раз быстрее Ш) У Та лечшие эмиссионные свойства.
Эмиссия растет с температурой согласно уравнению Ричмонда –Дешмана
Je(плотность тока эмиссии) = AT2exp(-eφ/kT)
Выбор температуры работы нитей накаливания должен быть скомпенсированным с точки зрения испарения и эмиссии.
Эмиссию можно увел за счет уменьшения φ, с этой целью в Ш добавляют ThO2 (окись тория) (терированный Ш), или делают сложные катоды, сост из подогревателя и терна, покрываемого веществом с низкой работой выхода.
Оксидный катод косвенного накала
Схема:
1-подогреватель( Ш-биспераль с алундовой изоляцией Al2O3)
2- керн (Ni)
3- эмиссионное покрытие
Во время тренировки такого катода (например ВаО восстанавливается до металлического Ва) работа выхода такого покрытия при работе выхода φ такого покрытия при рабочих темпер (700-800С) гдето 1,6-1,8эВ.
Вольфрамовый катод 2500С такаяже эмиссия.
Применяются также эмиссионные покрытия из гексоборидов щелочноземельных Ме, редкоземельного Ме.
Особенности изготовления вольфрамовой проволоки.
На работувольфрам нагрев отрицательно влияют рекристализац процессы (увеличение зерна) (Тпл вольфр=3400С) 1000С+-100-150С- рекристализацион температура вольфрама.
1.Наклепаный Ме – мелкое зерно
2.Собирательная рекристаллизация
3.Рост зерна до размера диаметра
При высоких Т выраш крупные кристаллы получают возможность скользить по границам
Зерен и провисать под действием своего веса , следствие сдвиг фрагментов проволоки, разрушение (вибрация, неточные работы приборов). Провисание проволоки – явление крайне опасное, с ним борются. Прим:
1)присадки CaO, SiO2, Al2O3,ThO2 (1-2%) сдерживают рост зерна. ThO2 образует прослойки зерен затрудняют диффузию. Рабочая темп таких элементов 2500С.
2) Получение монокристалл проволоки. Очень мелкий порошок. Зерно меньше чем 0,5мкм + 1-2% ThO2 + органич связка, выдавливается через алмазные фильера (волоки). Темп около 2000С. Нить тянут через водород, скорость 2м/час. Монокристалич отрезки этой проволоки имеют конечную длину (250мм)
Такая проволока пригодна для нитей накалив миниатюрных приборов (ренген лампы)
3)Проволока не провисающая при Т>2500С
Еще в ШО3 делают добавки СаО, SiO2, Al2O3
После спекания штабика и получен проволоки путем волочения проводят рекристаллизацию при Т=2500С в течении нескольких минут. В проволоке получается пучек длинных, взаимосв, взаимопересек кристаллов, зацепляющихся по большой плоскости соприкосновения.
Са, Si, Al – способствует рекристаллизации вдоль оси: такой проволоке на данное время нет замены.
Применение W, Мо, Та:
W: нити накалив, катоды, сетки тяжелонагруженных ЭВП, крючки, пружина, аноды ренген трубок, нагреватели вакуумных печей до 2500С!! Герметичные спаи со стеклами, технологич тара для высоко темпера-ой обработки, грузики в кассетах для получения некоторых п-н переходов
Мо: сетки ЭВП, крючки держатели, аноды, вводы- выводы через стеклоизоляторы, нагреватели вакуум печей до 1600С, компонент молибдено-марганцевых паст, маталлизация керамики. Проволока лента в производстве кремния, лента стартового нагрева для вырашивания монокристаллов методами вместительной зонной плавки, компенсаторы (посадка кремневого чипа на кристалло держатели, пленочные резисторы в интегральных микросхемах, пленки фотолитографии.
Та: нити накаливания – первый металл. Нити накаливания ламп для транспорта ( сопротивление вибрации). Аноды, сетки, экраны. Нагреваемые детали из тантала в вакуумных приборов хороших геттеров (газопоглатитель). Нераспыляемые геттеры. Парашек тантала наносят на поверхности анода (повышение излучательной способности) При гелевых температурах (-195С) является сверхпроводниковым (криотроника, элементы памяти). Высоконагревные малогабаритные конденсаторы, интегральные микросхемы (фольга, микропленка).
Примечание: не применяется в вакуумных печах из-за геттернных свойств (охрупчивается)