Технологический процесс изготовления вольфрамового торированного карбидированного катода
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
рхности катода и структурой исходного материала. В зависимости от сочетания этих факторов возможно образование карбидов вольфрама двух разновидностей: полукарбида С с гексагональной плотно упакованной структурой и монокарбида WС с простой гексагональной решеткой. Для предотвращения образования на поверхности и в объеме катода включений свободного углерода С (что понижает эмиссионную способность катода) должно соблюдаться равновесие между скоростью образования атомарного углерода и скоростью диффузии его в вольфрам.
После карбидирования монокарбид WС преобладает в приповерхностном слое и резко уменьшается к центру катода, полукарбид W2С на преобладать, наоборот, с удалением в глубь катода. Чистый вольфрам появляется на границе половины толщины карбидного слоя, далее в глубь катода его концентрация возрастает и структура катода становится чисто металлической.
Монокарбид WС при температуре выше 1600 К метастабилен и переходит в полукарбид W2С. На этом основан процесс, называемый формированием рабочей структуры карбидного слоя, состоящего из W2С. При прогреве в вакууме 10 3 Па при Т > 2100 К WС разлагается на W2С и углерод С, который распространяется в глубь катода, соединяется с W и образует вновь W2С, толщина карбидного слоя при этом возрастает.
Таким образом, основной фазой, образующейся в сформированном карбидном слое, является W2С.
С целью уменьшения хрупкости карбидированного катода исходный материал подвергается электрохимическому полированию для снятия дефектного слоя и сглаживания микронеровностей поверхности. Толщина карбидного слоя (Д), как правило, лежит в пределах 10...40 мкм в зависимости от диаметра нити катода D. Это соответствует степени карбидирования по площади () 10...30 %.
Наиболее точный контроль степени карбидирования осуществляется разрушающим методом. Из средней части катодной системы извлекается участок нити катода, изготавливается микрошлиф, по которому определяют толщину и структуру слоя. К числу неразрушающих методов контроля относят: контроль изменения электрического сопротивления катода, контроль относительного увеличения диаметра нити катода, контроль уровня излучения при использовании радиоактивного изотопа углеводорода. Из этих методов наиболее простым и часто применяемым является метод измерения электрического сопротивления до (Rо) и после карбидирования Rк.
карбид вольфрам катод торированный проволока
5.2 Активирование ВТКК
Для приведения в рабочее состояние торированный вольфрамовый катод необходимо активировать. Этот процесс заключается в частичном восстановлении окиси тория и образовании одноатомного слоя тория на поверхности вольфрама. При этом работа выхода изменяется с 4,5 эв (для чистого вольфрама) до 2,7 эв. Уменьшение работы выхода связано с тем, что поверхностные силы превращают каждый атом тория в диполь, отрицательный полюс которого обращен к вольфраму. Совокупность таких диполей образует на поверхности двойной слой, электрическое поле которого облегчает испарение электронов. Для активирования торированного вольфрама производится термическая обработка. Сначала для частичного восстановления окиси тория производится прокаливание до Т > 2300 С. При этом окись тория восстанавливается вольфрамом и углеродом, и во всей толще проволоки создается запас атомов тория. Для карбидированного вольфрама реакция восстановления идет уже при
Т 1700 С.
Для образования поверхностной пленки атомов тория производится прокаливание при
Т = 1700-2000 С. При Т > 2000
скорость испарения атомов тория с поверхности превышает скорость их подхода к поверхности в результате диффузии и начинается дезактивирование.
При Т < 2000 С происходит накопление атомов тория на поверхности. Оно будет происходить до образования атомного слоя. Второй слой атомов тория не будет удерживаться при этих температурах, так как испарение тория с тория происходит намного легче, чем тория с вольфрама. Таким образом, при любой температуре Т < 2000 С произойдет одинаковое активирование, соответствующее минимальной работе выхода, но при низких температурах процесс активирования протекает крайне медленно и при Т <1500 С он практически совсем прекращается.
В связи с этим рабочая температура устанавливается в 1650- 1700 С. При более высоких температурах долговечность катода уменьшается за счет быстрого расхода тория в результате его испарения, а при более низких - катод теряет эмиссионную способность, так как подход новых атомов тория не успевает компенсировать убыль их с поверхности за счет испарения и главным образом за счет сбивания быстрыми ионами остаточных газов в приборе.
Диффузия атомов тория в основном происходит по поверхности кристаллов вольфрама, поэтому скорость активирования всегда зависит от кристаллической структуры. При длительной работе вольем рекристаллизуется, кристаллы становятся крупнее и диффузия атомов тория затрудняется.
6. Факторы, влияющие на долговечность ВТКК
Основными технологическими и эксплуатационными факторами, влияющими на долговечность ВТКК, являются:
- наличие микро- и макротрещин, расслоев и других дефектов в исходном катодном материале, степень шероховатости поверхности;
- энергетическая однородность поверхности;
- толщина, равномерность распределения, химический состав и структура сформированного карбидного слоя;
- температурный режим активирования кат?/p>