بخشی از مقاله
چکیده
در کاتدهای تنگستن ماتریسی،کاتد به شکل یک زمینه ی متخلخل فلزی - عمدتا تنگستن - است که درون تخلخل های آن با یک ماده ی فعال - اغلب ترکیبی از باریم - پوشیده شده است. ابتدا قرص تنگستن متخلخل، از طریق متالورژی پودر تولید می شود اما به دلیل ترد بودن ، قابلیت ماشین کاری ندارد. برای حل این مشکل درون تخلخل ها را با مس ذوب شده، پر می کنند و بعد از عملیات ماشین کاری، مس درون تخلخل ها به روش شیمیایی خارج می گردد. از جمله مهمترین عواملی که می تواند روی دانسیته گسیل الکترون و طول عمر این کاتدها تاثیرگذار باشد، میزان تخلخل باز درون این کاتدها می باشد.
در این پژوهش میزان تخلخل باز و همچنین میزان تخلخل تئوری - تخلخل باز و بسته - در چندین کاتد محاسبه شد و درصد تخلخل باز در این کاتدها عمدتا در حدود 15 تا 17 درصد بدست آمد. با مقایسه درصد تخلخل درون این کاتدها با میزان تخلل مطلوب جهت دستیابی به دانسیته گسیل و طول عمر بالا - که در مقالات بین 24 تا 28 درصد می باشد - می توان ارزیابی کرد که میزان تخلخل باز در این کاتدها کمتر از حد مطلوب می باشد. . از طرفی میزان تخلخل تئوری در این کاتدها در محدوده بین 38 تا 40 درصد بدست آمد.
میزان مس مورد نیاز جهت تزریق به درون تخلخل ها برای رسیدن به درصد تخلخل بهینه نیز محاسبه گردید و مشاهده شد که برای رسیدن به تخلخل بین 24 تا 28 درصد، میزان مس تزریق شده باید بین 14 تا 18 درصد وزنی تنگستن باشد.
-1 مقدمه
در تقسیم بندی کاتد ها می توان آنها را به دو دسته ی کلی کاتد های سرد - - Cold cathode و کاتد های گرم - Hot cathode - تقسیم نمود. کاتد های حرارتی یا کاتد های گرم نسبت به کاتد های سرد متداول تر اند. بیشتر دستگاه های تلوزیونی و رادیویی با استفاده از لامپ های الکترونی با کاتد های حرارتی که توسط فیلمان گرم می شدند، کار می کنند. امروزه یک کاتد حرارتی منبعی برای تولید اشعه ی الکترونی در لامپ اشعه ی کاتدی در بسیاری از دستگاه های تلوزیونی و مانیتور های کامپیوترمی باشد. کاتد های حرارتی همچنین در لامپ های فلوئورسنت به عنوان الکترود استفاده می شوند. از دیگر کار برد های مهم این دسته از کاتد ها عبارت اند از: سیستم های گرمایشی RF، کلیسترون و شتاب دهنده ها. کاتدهای حرارتی یا کاتدهای گرم نیز انواع مختلفی دارند از جمله :
الف- کاتدهای حرارتی فلزی
ب- کاتدهای حرارتی نیمه رسانا
ج- کاتدهای حرارتی اکسیدی
د- کاتدهای حرارتی ماتریسی
ه - کاتد حرارتی هگزابوراید به علت ضعف های ساختاری و ناپایداری های شیمیایی لایه های اکسیدی، بالا بودن تابع کار در اکثر کاتدهای فلزی و هگزابوراید و طول عمر پایین این کاتدها، توسعه ی کاتد به طرف ساخت کاتدهای حرارتی ماتریسی سوق پیدا کرده است.
در این نوع کاتدها،کاتد به شکل یک زمینه ی فلزی متخلخل است که درون تخلخل های آن با یک ماده ی فعال - اغلب ترکیبی از باریم - پوشیده شده است.در این نوع کاتدها یک ساختار ناهموار بدست می آیدکه گسیل بالاتری نسبت به فلزات خالص دارد. بنابراین زمینه ی فلزی متخلخل که عمدتا از جنس تنگستن می باشد، می تواند تاثیر بسزایی در کارایی و طول عمر کاتدهای ماتریسی داشته باشد.
1-1 مراحل ساخت کاتدهای تنگستن ماتریسی
-1-1-1 ساخت قرص تنگستن متخلخل
اولین مرحله در ساخت کاتدهای تنگستن، ساخت قرص تنگستن متخلخل و سپس عملیات ماشین کاری و ساخت ماتریکس تنگستن در اندازه و شکل هندسی مورد نطر است. پودر تنگستن با خلوص بسیار بالا را در ظرف مخصوص ایزواستاتیک قرار داده و فشار لازم را به آن اعمال می کنند.میزان فشار اعمالی را بسته به درصد تخلخل مورد نیاز تعیین می کنند. هر چقدر میزان فشار اعمالی افزایش یابد،درصد تخلخل کاهش پیدا می کند. سپس به مظور بدست آوردن استحکام کافی و تخلخل مطلوب، پودر تنگستن فشرده شده را زینتر می کنند. از آنجاییکه پودر تنگستن زینتر شده، ترد و غیر قابل ماشین کاری است، بنابراین پودر تنگستن را نمی توان بطور مستقیم بعد از زینتر کردن ماشین کاری کرد.برای حل این مشکل از تزریق مس به درون آن استفاده می کنند.
2-1-1 تزریق مس به درون قرص تنگستن
قرص تنگستن بعد از اینکه در دمای بالا زینتر شد ، پس از سرد شدن ترد و شکننده بوده وقابل ماشین کاری جهت شکل دادن نمی باشد. بنابراین برای شکل دادن آن قبل از ماشین کاری با تزریق موادی از جمله مس و طلا به قرص تنگستن آن را غیر شکننده و نرم نموده ،تا ماشین کاری بر روی آن به راحتی انجام شود .در این صورت می توان بوسیله ماشین کاری کاتد تنگستن با شکل و ابعاد مطلوب و مورد نیاز را تهیه نمود.
در این مرحله ابتدا مس بدون اکسیژن را که معمولا بصورت سیم می باشد ،به دور قرص تنگستن می پیچند. پس از اینکه مس به دور قرص تنگستن پیچیده شد،آنرا در یک ظرف مولیبدنی قرار داده و داخل آن را از پودر آلومینا پر می کنند.سپس ظرف مولیبدنی را در کوره ی هیدروژن برای مدت نیم ساعت در درجه حرارت 1400 درجه سانتی گراد قرار می دهند. تحت شرایط دمایی فوق ،مس ذوب شده و به درون تخلخل های قرص تنگستن نفوذ می کند.پس از سرد کردن،قرص تنگستن - مس تولید می شود که دارای خواص ماشین کاری عالی می باشد. این عملیات به منظور روانسازی قرص تنگستن و کاهش اصطکاک در طول عملیات ماشین کاری انجام می شود.هدف دیگر آن باقی ماندن تخلخل ها در طول عملیات ماشین کاری است .
3-1-1 خارج کردن مس
چون درون تخلخل های قرص تنگستن باید از ماده تولیدکننده الکترون پر شود، بنابراین بعد از اینکه مس به درون تنگستن نفوذ داده شد و موجب سهولت در ماشین کاری شد، باید مس از درون قرص تنگستن خارج شود.روش معمول جهت خارج کردن مس ،خارج کردن مس به روش شیمیایی می باشد. در این روش قرص تنگستن را به درون اسید نیتریک رقیق فرو می برند .سپس مس نفوذ داده شده از داخل قرص تنگستن خارج شده و بصورت نیترات مس وارد آب می شود. خروج مس از ماتریکس تولید شده ، طی واکنش زیر انجام می شود
4-1-1 بارور کردن کاتد و نفوذ مواد بارور ساز به درون تخلخل ها
بعد از اینکه ماتریکس تنگستن در اندازه و شکل مورد نظر تولید شد،مرحله ی بعد بارور کردن آن توسط مواد تولیدکننده الکترون می باشد. آلومینات ،مواد گسیل دهنده الکترون از کاتد بارور می باشد که موجب فراهم شدن گسیل موادBa وBaO از سطح کاتد می شود.در نتیجه تابع کار را در ماتریکس تنگستن کاهش می دهد. کاتدهایی که از آلومینات در آنها استفاده می شد،اولین بار در سال 1950 مورد استفاده قرار گرفتند و ویژگیهای کاری خوبی از جمله دانسیته گسیل بالا در دمای متوسط - حدود 1100 درجه سانتی گراد - و مقاومت بهتر در مقابل مسموم شدن ناشی از گاز های باقی مانده داشتند.
از جمله عوامل مهمی که می تواند روی دانسیته گسیل الکترون و همچنین طول عمر این کاتدها تاثیر گذار باشد، میزان تخلخل درون قرص تنگستن است تا بتوان درون تخلخل ها را با ماده بارور ساز پر کرد و دانسته گسیل را افزایش داد.[4]لذا با توجه با اهمیت میزان تخلخل بر بازدهی این نوع کاتدها، هدف از این پژوهش بدست آوردن میزان تخلخل باز و بسته و میزان تخلخل تئوری در کاتدهای تنگستن ماتریسی و سپس مقایسه آن با میزان مطلوب است. همچنین میزان مس مورد نیاز جهت رسیدن به تخلخل مطلوب نیز محاسبه و بررسی شد.
