真空電子器件

零件經(jīng)處理、裝配，制造成真空電子器件，并通過老煉、調(diào)整、測試而達(dá)到設(shè)計所規(guī)定的性能要求，這一整個過程和方法即為真空電子器件的制造工藝。

真空電子器件的制造工藝隨器件的種類不同而有所區(qū)別,但就其共同的特點而言,大體上包括零件處理、部件制造與測試、總裝、排氣等工藝(圖1)。有些器件,如攝像管和顯像管，還采用某些特殊的制造工藝，如充氣工藝、鍍膜工藝、離子蝕刻和熒光屏涂敷工藝等。

真空斷路器拒分的原因及查找方法

1、電氣回路故障

①直流電壓過低;②操作保險及掉閘回路元件接觸不良或短線;

③掉閘線圈斷線;④開關(guān)低電壓不合格;⑤小車或開關(guān)連鎖接點接觸不良。

2、機(jī)械回路故障

①三連板三點過低;②掉閘頂桿卡勁或脫落;③合閘緩沖偏移、滾輪及緩沖桿卡勁。查找方法:電動掉閘失靈時，應(yīng)先判斷是電氣回路故障還是機(jī)械回路故障，當(dāng)頂桿鐵心不動，則說明是掉閘回路，否則是機(jī)械回路故障，然后再進(jìn)一步找出原因。當(dāng)發(fā)現(xiàn)開關(guān)掉閘失靈時應(yīng)以手動托開。

3、.真空斷路器拒合且出現(xiàn)跳躍的原因及處理方法

3.1、電磁操作機(jī)構(gòu)的合閘鐵心頂桿長度不夠，應(yīng)調(diào)整鐵心頂桿長度使其滾輪和托架之間間隙符合2±0.5mm的要求。

3.2、輔助開關(guān)斷開過早，此時調(diào)整輔助開關(guān)拉桿長度使其在斷路器觸頭閉合之后再斷開。

3.3、彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)合閘彈簧限位不可靠、合閘不到位，合閘彈簧儲能結(jié)束，但電機(jī)電位不能切斷。

4.彈簧儲能開關(guān)合不上閘

4.1合閘簧功率不夠，更換合閘簧。

4.2開關(guān)合閘時處于半分半合狀態(tài)，調(diào)整凸輪與滾輪間隙使之增大，調(diào)整超程使之減小。

在裝配、制造器件前首先對零件進(jìn)行處理，目的在于使零件本身清潔、含氣量少，并消除內(nèi)應(yīng)力。

金屬零件常用汽油、三氯乙烯、丙酮或合成洗滌劑溶液去除表面的油污，再經(jīng)過酸、堿等處理，去除表面的氧化層或銹垢等。有時還可在上述液體中進(jìn)行超聲清洗，以獲得更佳的效果。玻璃外殼或零件可用混合酸處理。經(jīng)化學(xué)清洗后的零件均需經(jīng)充分的水洗。陶瓷件經(jīng)去油、化學(xué)清洗和水沖洗后，還可再在馬弗爐中經(jīng)1000左右焙燒，使表面更清潔。

將清洗過的零件加熱到其熔點以下的一定溫度并保持一定時間，然后緩慢冷卻，以消除零件在加工過程中引起的應(yīng)力。大多數(shù)金屬要在保護(hù)性氣體或真空中退火，以免氧化，同時也可凈化表面和排除內(nèi)部所含氣體。玻璃零件加工后在空氣爐中退火即可。

為避免制造過程中氧化、便于焊接或減小使用時的高頻損耗，某些零件要在表面鍍鎳、銅、金或銀等。還有的零件須預(yù)先涂敷特殊涂層，如微波管內(nèi)用的衰減器可用碳化、石墨噴涂或真空蒸發(fā)、濺射等方法涂敷一層高頻衰減材料。有的零件還須涂敷某種材料，如碳化鉭等，以提高表面逸出功，降低次級發(fā)射。

為保證器件各電極能按設(shè)計要求，準(zhǔn)確、可靠地裝配起來，預(yù)先制成幾個部件和組件。對部分組件須進(jìn)行電氣參數(shù)的測試(亦稱冷測)，構(gòu)成管殼的組件則須經(jīng)過氣密性檢驗，合格后才能總裝。主要制造工藝有裝架、封接、焊接和測試等。

把零件裝配成陰極、電子槍、柵極、慢波電路、陽極或收集極等組件，或進(jìn)一步裝配成待封口的管子。裝架時采用的焊接方法有點焊、原子氫焊、激光焊及超聲焊。有時也采用微束等離子焊、電子束焊和擴(kuò)散焊。

玻璃之間和玻璃與金屬之間的熔封是常用的工藝之一，多已實現(xiàn)自動化操作。利用這種技術(shù)制成電極引線或芯柱，并將管殼與芯柱封接在一起。

兩種膨脹系數(shù)相差很大的玻璃或玻璃與各種晶體、玻璃與金屬間的真空密封，可用高純銦作焊料冷壓而成。這種工藝常用于攝像管窗口和管殼間的封接。它適合于不能承受高溫的零部件的真空密封，且銦能作為電極引出線使用。

為實現(xiàn)陶瓷絕緣件和金屬件的封接以構(gòu)成部件，廣泛采用燒結(jié)金屬粉末法和活性金屬法兩種工藝。前者是將鉬、錳等金屬粉末(有時添加少量氧化物作為活化劑)涂敷在待封接的陶瓷表面，再在氫爐中在 900~1600范圍內(nèi)的某一溫度燒結(jié)成金屬化層，經(jīng)鍍鎳后用焊料與金屬加以封接?；钚越饘俜▌t是利用鈦、鋯等活性金屬和焊料或含活性金屬的合金焊料，在真空爐中升溫至略高于焊料熔點的溫度，形成液相活性合金來潤濕陶瓷和金屬，完成封接。除這兩種工藝外，還有氧化物焊料法、擴(kuò)散封接以及利用蒸發(fā)或濺射金屬化來進(jìn)行封接等工藝。圖2是一些常用的陶瓷-金屬封接結(jié)構(gòu)。

金屬間的連接，常采用在氫爐或真空爐中釬焊的工藝。如果部件需多次釬焊，則應(yīng)先用高熔點焊料后用低熔點焊料進(jìn)行遞級釬焊。若部件的配合設(shè)計成具有翻邊的法蘭結(jié)構(gòu)，則可直接用氬弧焊加以連接。

有些高頻系統(tǒng)的部件，如諧振腔、慢波電路等，制成后應(yīng)先進(jìn)行"冷測"，以檢驗其電氣性能。必要時可對部件作些調(diào)整。對于光電器件，靶面制成后需經(jīng)動態(tài)測試，以檢驗其性能。封接、釬焊或氬弧焊的部件，如作為管殼的一部分，則必須用檢漏儀(如氦質(zhì)譜儀等)檢驗其焊縫的密封性能，合格后才能用于總裝。

經(jīng)檢驗合格的部件用高頻集中焊、釬焊或氬弧焊等方法裝配成整管后即可進(jìn)行排氣。如果是玻璃管殼，則要把管芯與外殼裝配起來，在連接處用火焰熔封，即封口。有時，在總裝后再進(jìn)行一次總體檢漏再行排氣。

將總裝好的器件內(nèi)部氣體抽出，使壓強(qiáng)達(dá)到10-5帕以下的過程稱排氣。在排氣過程中還必須進(jìn)行管殼去氣、電極去氣、陰極分解和激活等，以保證管子正常工作。排氣系統(tǒng)常用機(jī)械泵與油擴(kuò)散泵串聯(lián)的系統(tǒng)，近年來又逐漸采用無油排氣系統(tǒng)，這有助于改善器件的性能(見真空獲得技術(shù))。

在排氣過程中常用外部加熱的方法對管殼和零件進(jìn)行烘烤除氣，再由排氣系統(tǒng)排出管外。為防止管殼金屬部分氧化，還常在真空器件外部再設(shè)置一真空烘罩，以便在真空環(huán)境下進(jìn)行烘烤，又稱"雙真空排氣"。

管內(nèi)的電極系統(tǒng)除用外烘烤去氣外，還可用高頻加熱、電子轟擊以及直接通電加熱等方法進(jìn)行除氣。加熱的溫度應(yīng)高于使用溫度。

對于氧化物陰極，在排氣過程中須加熱陰極使碳酸鹽分解成氧化物。為提高陰極的發(fā)射能力，還應(yīng)進(jìn)一步提高陰極溫度或用支取較大電流的方法加以激活。陰極的分解激活也有在管子封離后進(jìn)行的，如顯像管的"臺下分解"。

在器件排氣過程終了，管內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)10-5帕以下時，將器件與排氣系統(tǒng)分開并保持密封的過程叫封離。對采用玻璃排氣管的器件，用火焰噴燒排氣管使玻璃融合而與排氣系統(tǒng)分開。采用金屬排氣管的器件，則用特殊夾鉗直接夾斷金屬管，夾口起密封作用以保持管內(nèi)的真空狀態(tài)。含有吸氣材料的器件常用高頻感應(yīng)加熱使蒸散型吸氣劑蒸散或使非蒸散型吸氣劑激活以吸收器件內(nèi)殘余氣體，進(jìn)一步提高真空度。

對排氣后的器件進(jìn)行電氣處理以獲得穩(wěn)定的電氣性能的工藝稱為老煉。

首先在陰極加熱條件下，各電極上加正常的或略高的電壓，并持續(xù)一定時間，使電極進(jìn)一步去氣，并使陰極發(fā)射電流和其他參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。對于高電壓器件，老煉前應(yīng)在陰極不加熱的條件下，各電極間加以比工作電壓更高的電壓，利用放電現(xiàn)象，去除器件內(nèi)各電極上殘留的毛刺、灰塵以及絕緣件表面的污點等，以免器件在使用時發(fā)生跳火現(xiàn)象。為保持器件內(nèi)足夠的真空度，有的器件本身還裝有鈦泵。

器件經(jīng)老煉后需要測試性能，主要參數(shù)應(yīng)達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。這種測試亦稱"熱測"。為使用可靠，還須抽樣進(jìn)行動態(tài)特性試驗、壽命試驗、耐沖擊試驗、耐震試驗及冷熱循環(huán)等例行試驗。

有些器件,如穩(wěn)壓管、閘流管和離子顯示器件等，內(nèi)部須充有一定的特種氣體如氫、氦、氖、氬等。氣體在排氣過程結(jié)束時充入。充入的氣體要非常純凈，因此充氣過程要采取一定措施，仔細(xì)控制。

在現(xiàn)代真空電子器件制造過程中，鍍膜工藝應(yīng)用很廣。鍍膜工藝包括真空蒸發(fā)、濺射、離子涂敷及化學(xué)氣相沉積等。在制作攝像管、光電倍增管時，各類透明導(dǎo)電膜、光電陰極和光導(dǎo)靶面材料采用真空蒸涂的方法制成。顯像管熒光膜內(nèi)表面常蒸鋁膜以防止熒光膜灼傷，也可提高管子的亮度和對比度?，F(xiàn)代鍍膜工藝也被用來改變某些材料的表面狀態(tài)，制作陰極以及使陶瓷或其他介質(zhì)表面低溫金屬化和實現(xiàn)高頻低損耗的封接等。

這是用離子能量將固體原子或分子從表面層上逐漸剝離的一種新型微細(xì)加工方法。使用掩膜可以制出精密圖形。這種工藝可用于器件零部件的表面薄層剝離、有機(jī)膜的去除以及對攝像管晶體靶面進(jìn)行清潔處理或制作靶面的精細(xì)網(wǎng)格等(見電子束與離子束微細(xì)加工)。

顯像管和示波管屏面內(nèi)表面須涂敷一層均勻的熒光物質(zhì)。涂屏的方法應(yīng)盡量保持材料的熒光性質(zhì)。對涂層的要求是均勻、顆粒大小分布要滿足一定要求、真空性能好、放氣量小、有足夠的粘附強(qiáng)度。涂屏方法主要有沉淀法、粉漿法和干法幾種。

黑白顯像管、示波管常用沉淀法涂屏。先將玻屏清洗干凈,注入含硅酸鉀的工作液,再注入含熒光質(zhì)的懸浮液。經(jīng)過一定時間的靜置沉淀后倒出殘液，通入60左右的熱空氣流，同時用紅外燈或熱空氣均勻地從外部加熱，使之干燥。在400~450下焙燒，以去除涂敷過程中引入的有機(jī)雜質(zhì)。

彩色顯像管熒光屏多采用粉漿法涂敷熒光粉，即采用含有水溶性感光膠的熒光粉漿注入屏面內(nèi)進(jìn)行旋涂,使熒光粉漿均勻分布,再經(jīng)光學(xué)曝光、顯影(溫純水沖洗)等步驟制造而成。

三種熒光物質(zhì)需分三次相繼涂敷以使其分別固定在相應(yīng)的位置上。有的管型需預(yù)先在三種色粉之間的位置涂以石墨黑底。熒光膜上要先用溶液法涂一層有機(jī)膜，再蒸涂鋁膜以保證鋁膜表面光亮，而有機(jī)膜在以后的焙燒中燒掉。由于屏面涂有熒光粉而不能經(jīng)受玻璃熔封的高溫，須采用低熔點玻璃焊料在 440左右將屏面與頸錐組件加以封接。

這是新發(fā)展的一種光粘工藝，屬于干法涂屏工藝。

先在屏面上涂以疏水性預(yù)涂膜，再涂以光粘膠。由于光粘膠曝光即有粘性，所以在撒上干熒光粉后，可用空氣噴吹屏幕，將未曝光部分的粉吹掉而達(dá)到涂屏的目的。彩色管的三種顏色的熒光粉分三次進(jìn)行涂敷。這種工藝簡單、成本低、熒光膜亮度高、分辨率高，可以滿足超高精細(xì)管對涂屏的要求。

產(chǎn)品主要包括:

--電子管:收訊放大管、發(fā)射管、鎖式管、超高頻管、穩(wěn)定管(穩(wěn)壓管、穩(wěn)流管、穩(wěn)幅管)等;

--微波管:磁控管、速調(diào)管、返波管、行波管、充氣微波開關(guān)管、前向波正交聲場放大管、噪聲管、微波

莫純昌、陳國平等編:《電真空工藝》，國防工業(yè)出版社，北京，1980。

劉聯(lián)寶主編:《電真空器件的釬焊與陶瓷-金屬封接》，國防工業(yè)出版社，北京，1980。

H.Kohl Walter，The Handbook of Materials and Techniques for Vacuum Devices, Reinhold Pub.Corp., New York,1967.

真空電子器件按其功能分為實現(xiàn)直流電能和電磁振蕩能量之間轉(zhuǎn)換的靜電控制電子管;將直流能量轉(zhuǎn)換成頻率為300兆赫~3000吉赫電磁振蕩能量的微波電子管;利用聚焦電子束實現(xiàn)光、電信號的記錄、存儲、轉(zhuǎn)換和顯示的電子束管;利用光電子發(fā)射現(xiàn)象實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的光電管;產(chǎn)生X射線的X射線管;管內(nèi)充有氣體并產(chǎn)生氣體放電的充氣管;以真空和氣體中粒子受激輻射為工作機(jī)理，將電磁波加以放大的真空量子電子器件等。自20世紀(jì)60年代以后，很多真空電子器件已逐步為固態(tài)電子器件所取代，但在高頻率、大功率領(lǐng)域，真空電子器件仍然具有相當(dāng)生命力，而電子束管和光電管仍將廣泛應(yīng)用并有所發(fā)展。 真空電子器件里面就包含真空斷路器，真空斷路器具有很多優(yōu)點，所以在變電站上應(yīng)用很多。真空斷路器已被快易優(yōu)收錄，由于采用了特殊的真空元件，隨著近年來制造水平的提高，滅弧室部分的故障明顯降低。真空滅弧室無需檢修處理，當(dāng)其損壞時，只能采取更換。真空斷路器運(yùn)行中發(fā)生的故障以操作機(jī)構(gòu)部分所占比重較大，其次為一次導(dǎo)電部分，觸頭導(dǎo)電桿等。

真空電子器件內(nèi)的功能材料。

陰極材料 常用的陰極材料有鎢絲、碳酸鹽、鋁酸鹽、鈧酸鹽、硼化鑭等，對它們的要求是純度高、蒸發(fā)小、電子逸出功低、釋放氣體少。碳酸鹽主要是碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣。常以兩種或三種碳酸鹽共沉淀使用，以粉末狀涂覆于基金屬上。這類陰極材料分解后,活性很強(qiáng)，遇有害氣體時極易中毒而使器件報廢。鋁酸鹽、鈧酸鹽均為新型的陰極材料，它們由鋇、鋁、鈣的氧化物和氧化鈧混合而成，特點是蒸發(fā)小、工作溫度低、發(fā)射密度高、壽命長，多用于大功率器件。

光電材料 廣泛用于制作光電管與光電倍增管、攝像管等器件的光電陰極。一般很少使用單質(zhì)體制作光電陰極，各個光電陰極都須在排氣系統(tǒng)上即時制作，如銀氧銫、銻銫、單堿銻化物或多堿銻化物陰極等。1970年后又有了Ⅲ-Ⅴ族化合物的GaAs(Cs)陰極。

光電導(dǎo)材料 主要利用其受光照時電阻率下降的內(nèi)光電效應(yīng)作攝像管的靶面材料。光電導(dǎo)材料有氧化鉛、硫化鉛、硫化銻、硒化鎘、碲化鋅鎘、硒砷碲等。在攝像管中,為了提高靈敏度、降低惰性和延長響應(yīng)波長,往往在上述材料中摻入少量的銅、碲等元素。

熱釋電材料 主要利用其熱電轉(zhuǎn)換性能制作熱成像器件，要求材料的熱釋電系數(shù)大、介電常數(shù)小、居里溫度高并具有良好的真空性能。這種材料雖然很多，但真正實用的不過十幾種，如硫酸三甘肽及其同類型晶體、鉭酸鋰、鋯鈦酸鉛和聚二氟乙烯等。主要用于 8~14微米和3~5微米兩個大氣窗口。這些材料的主要特點是可在室溫工作，無需致冷。

吸氣劑材料 用于吸收真空電子器件內(nèi)的殘余氣體，改善器件性能，延長器件壽命。吸氣劑分為蒸散型和非蒸散型兩類。蒸散型吸氣劑材料通常是鋇鋁合金，經(jīng)加熱分解后形成鋇沉積膜產(chǎn)生吸氣作用。工作溫度范圍從室溫至 200。顯像管中常使用摻有釋氮化合物的吸氣劑，如摻氮吸氣劑和延遲摻氮吸氣劑，以提高吸氣性能。在微波電子管中，常使用非蒸散型吸氣劑，分高溫激活和低溫激活兩種。高溫激活類吸氣劑材料有鋯鋁16(通常在高溫下使用)和鋯石墨吸氣劑(通常在室溫下使用)，激活溫度在 950左右。低溫激活類吸氣劑材料有鋯釩鐵合金等,激活溫度在450左右。這兩類吸氣劑都可多次激活，反復(fù)使用。鋯-石墨吸氣劑還有吸收甲烷的能力，常在像增強(qiáng)管中采用。鋯-石墨材料具有50%左右的孔隙度，能吸收氮、氫、氧、氧化碳、水汽及銫蒸氣等，吸銫溫度為550。

熒光粉材料 是受激發(fā)光材料的一種，其中陰極射線激發(fā)的熒光粉主要用在電子束管;關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是:發(fā)光效率、色度、余輝、粒度及其分布等。黑白顯像管用的 Y31白場熒光粉是由發(fā)黃光的銅、鋁激活的硫化鋅鎘【(ZnCd)S:Cu、Al】和發(fā)藍(lán)光的銀激活硫化鋅(ZnS:Ag)混合而成，在紫外線或陰極射線激發(fā)下發(fā)白光。彩色顯像管常用的紅色熒光粉是銪激活的硫氧化釔(Y2O3S:Eu);綠色熒光粉是銅鋁激活的硫化鋅鎘 【(ZnCd)S:Cu、Al】(硫化物含量與黑白管的不同);藍(lán)色熒光粉是銀、氯激活的硫化鋅(ZnS:Ag、Cl)。

有機(jī)硅材料 一種高分子材料，具優(yōu)良的電性能、防潮性和耐溫性。硅橡膠的擊穿電壓為20~25千伏/毫米，高頻損耗低，特別適于作高頻和高壓真空電子器件外包裝絕緣材料。液體有機(jī)硅可作高真空擴(kuò)散泵油，在常溫下蒸氣壓低，具有耐熱、抗氧化、無毒、無腐蝕等特性。有機(jī)硅密封堵漏膠可密封微細(xì)漏孔，耐溫-200~400。

石墨材料 是碳的同素異形體，熱和電的良導(dǎo)體。熱解石墨,也稱定向石墨,由碳?xì)浠衔餁怏w遇熱分解產(chǎn)生的碳沉積在固體表面而形成，用于功率管的陽極、柵極，可提高熱耗散能力并能抑制次級電子發(fā)射。石墨乳主要用于顯像管作為導(dǎo)電膜的涂料，要求分散性好、粘結(jié)牢固、顆粒度均勻等。彩色顯像管用的石墨乳可分為:①黑體(亦稱黑底)石墨，它對光有強(qiáng)的遮蓋力，可提高亮度;②外導(dǎo)電石墨，它可以用作電場屏蔽;③內(nèi)導(dǎo)電石墨乳。