Особенности конструкции и технологии цилиндрических спаев сапфира с металлами, применяемых в газоразрядных лампах

Аннотация

Рассмотрены особенности конструкции и технологии цилиндрических спаев сапфира (корунда) с ниобием и коваром (сплав 29НК), разработанных для использования в импульсных газоразрядных лампах с разрядом в парах щелочных металлов. Выполнен анализ эксплуатационных характеристик газоразрядной лампы и определены основные требования, предъявляемые к спаям. Показаны основные виды дефектов, определяющие оптическую прозрачность и механическую прочность монокристалла сапфира, выращенного направленной кристаллизацией по методу Степанова, и сформулированы основные требования к профилированной сапфировой трубе. Приведены полученные результаты исследований по снижению внутренних напряжений при термической обработке сапфировой трубы перед пайкой. Основное внимание уделено изучению физико-химических явлений, происходящих в процессе пайки медью сапфира стеклокерамическим припоем с ниобием и медью с коваром. Для спая сапфира с ниобием доказана необходимость введения в структуру металла до 1 % примеси циркония, позволяющего снизить рекристаллизацию сплава и уменьшить скорость миграции образовавшихся зерен. В случае активной пайки сапфира с коваром показана важность соблюдения рекомендуемых температурных режимов плавления припоя для исключения образования интерметаллидов титана. Приведены основные конструктивные решения спаев с сапфиром и результаты их испытаний на устойчивость к механическим и климатическим факторам

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гавриш С.В., Пучнина С.В. Особенности конструкции и технологии цилиндрических спаев сапфира с металлами, применяемых в газоразрядных лампах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2022, № 2 (139), с. 96--111. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2022-2-96-111

Литература

[1] Гавриш С.В., Кобзарь А.И. Импульсный газовый разряд как источник оптической помехи в инфракрасной области спектра. Электронные информационные системы, 2019, № 2, с. 43--60.

[2] Гавриш С.В., Гайдуков Е.Н., Константинов Б.А. и др. Разрядные источники инфракрасного излучения для специальных целей. Светотехника, 1998, № 3, с. 22--24.

[3] Добровинская Е.Р., Литвинов Л.А., Пищик В.В. Энциклопедия сапфира. Харьков, Институт монокристаллов, 2004.

[4] Регель В.Р., Никаноров С.П., ред. Получение профилированных монокристаллов и изделий методом Степанова. Л., Наука, 1981.

[5] Vasil’ev M.G., Bakholdin S.I., Krymov V.M. Study of instability of sapphire tubes growth by Stepanov method. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1697, art. 012084. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012084

[6] Krymov V.M., Nosov Yu.G., Bakholdin S.I., et al. Blocks and residual stresses in shaped sapphire single crystals. J. Cryst. Growth, 2017, vol. 457, pp. 314--319. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.08.017

[7] Носов Ю.Г., Бахолдин С.И., Крымов В.М. Огранение кристаллов сапфира, выращиваемых из расплава способом Степанова. ЖТФ, 2009, т. 79, № 2, с. 76--82.

[8] Gavrish S.V. Dependence of the reliability of discharge radiation sources on the structural perfection of sapphire envelopes. Russ. J. Nondestruct. Test., 2010, vol. 46, no. 12, pp. 911--917. DOI: https://doi.org/10.1134/S1061830910120077

[9] Гавриш С.В. Технология выращивания и характеристики профилированных сапфировых труб для оболочек разрядных ламп. Технология машиностроения, 2008, № 6, с. 56--61.

[10] Пучнина С.В. Влияние свойств сапфира на надежность его цилиндрических спаев в приборах плазменной электроники. Сварочное производство, 2021, № 8, с. 40--45.

[11] Любимов М.Л. Спаи металла со стеклом. М., Энергия, 1968.

[12] Браиловский В.Б., Гайдуков Е.Н., Макарова Т.В. и др. Механическая прочность безблочных профилированных монокристаллов корунда. Электронная техника. Сер. Материалы, 1991, № 1, с. 53--55.

[13] Гавриш С.В., Пучнина С.В., Сурдо А.В. и др. Разрядная лампа с цезиевым наполнением. Патент РФ 134699. Заявл. 11.07.2013, опубл. 20.11.2013.

[14] Тахчиев С., Самунева Б., Джамбазин П. и др. Керамические припои для горелок натриевых ламп высокого давления. Стекло и керамика, 1990, № 12, с. 25--26.

[15] Пучнина С.В. Алгоритм термодинамического анализа при конструировании спаев сапфира с металлами в устройствах плазменной электроники. Успехи прикладной физики, 2021, т. 9, № 1, с. 18--24.

[16] Гавриш С.В., Кобзарь А.И., Логинов В.В. и др. Цезиевая лампа с двумя лейкосапфировыми оболочками. Патент РФ 109918. Заявл. 31.05.2011, опубл. 27.10.2011.

[17] Батыгин В.Н., Метелкин И.И., Решетников А.М. Вакуумно-плотная керамика и ее спаи с металлами. М., Энергия, 1973.

[18] Gavrish S.V., Loginov V.V., Puchnina S.V. Technology for producing permanent joints between sapphire and metals. Weld. Int., 2015, vol. 29, no. 1, pp. 78--80. DOI: https://doi.org/10.1080/09507116.2014.888196

[19] Жмудь Е.С., Шмелев А.Е. Исследование механизма активной пайки металла с керамикой с помощью рентгеноструктурного анализа. Влияние длительности спекания и повторных спеканий на взаимодействие титана с окисью алюминия. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1970, № 8, с. 102--112.

[20] Жмудь Е.С., Шмелев А.Е., Метелкин И.И. Исследование взаимодействия титана с высокоглиноземистой керамикой. Неорганические материалы, 1973, т. 9, № 10, с. 1798--1801.