Изготовление простой газоразрядной лампы с распыляемым Ti геттером

Очередная порция учебно-тренировочных работ в деревенской любительской лаборатории-мастерской — изготовление улучшенной индикаторной газонаполненной лампы простыми, недорогими средствами, с применением элементарного низковакуумного оборудования. Пониженное давление рабочего газа в лампе обеспечивается распылением титанового геттера. Заодно отрабатываем и совершенствуем стеклодувные операции и технологические мелочи.

Несколько общих слов

Стеклянную часть лампы выполним из очищенных, отмытых и протравленных от остатков впитанной ртути, колб линейных ламп дневного света (ЛДС) типоразмера Т12 и Т8 [1]. Это стекло платиновой группы [2] с высоким коэффициентом теплового расширения (ТКР) и склонностью к растрескиваниям при нагреве-охлаждении. Спасают только тонкие стенки заготовок и вдумчивая аккуратная работа с промежуточными отжигами деталей для снятия внутренних напряжений. Проволочные выводы через такое стекло — из специального биметалла, платинита. Конструкция лампы — с традиционной гребешковой ножкой, рабочий одноатомный газ — дешёвый аргон.

▍ Геттер

Откачка электровакуумных приборов (ЭВП) — дело долгое, хлопотное и дорогое. Решая её в лоб — удаляя ненужные газы, к примеру, приёмно-усилительной радиолампы, на внешнем высоковакуумном оборудовании откачного поста, придётся возиться часами. К счастью, известен целый ряд физических принципов, на основе которых построены высоковакуумные насосы разных типов, и некоторые из них легко масштабируются, вплоть до несложных и недорогих элементов электродной системы лампы. Шире всего используются такие микронасосы геттерного типа — геттеры, позволяющие укоротить откачку массовых ламп до минут.

Действие таких насосов основано на свойстве некоторых нагретых металлов впитывать газы и/или связывать их при напылении в вакууме зеркала. В массовом производстве ЭВП обычно применяется распыляемый высокоэффективный геттер на основе бария — металла активного и нестойкого на воздухе, отчего приходится получать его прямо в лампе из солей или использовать специальные сплавы.

Фото 2. Да вот, не угодно ли — типический бариевый распыляемый геттер ширпотребной (двойной «стабилизаторный» триод 6Н5С) лампы средней крупности. Две растопыренные тарелочки при сборке имели по заделанной таблетке с каким-то из соединений бария, позже испарённого, при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) сквозь стекло баллона

Свойством связывать газы при распылении в вакууме, в той или иной степени, обладают многие металлы, среди которых выделяется титан — вполне эффективный в таком качестве, сравнительно распространённый и недорогой, очень удобный в применении. Эксперимент по откачке им простой самодельной разрядной трубки, мы с тобой, дорогой читатель, уже проводили [3].

Фото 3. Та самая трубка, откачанная до ~10^-3 Торр, катодным распылением Тi закорючки

Изготовление лампы

▍ Колба

Фото 4. Кусок трубки ~30 см длиной разогрел в середине

Фото 5. Сделал перетяжку — растянул размягчённое место и переплавил тонкий усик

Фото 6. Мощности моей горелки не хватает для равномерного разогрева такой крупной стекляшки — получившиеся неровности снова разогрел и, захватив крупным пинцетом, оттянул лишнее, поддув в открытый конец, выровнял полукруглое донышко

Фото 7. Получившаяся пара заготовок

Фото 8. Отрезал кусочек тонкой штенгельной трубочки, сильно разогрев её конец, получил каплю стекла, полностью перекрывшую канал

Фото 9. Раздул её в тончайший пузырик, сколол тонкую часть, оставив утолщение-вороночку около основания

Фото 10. Оплавил неровные края вороночки

Припаял подготовленный штенгель на макушку колбы — разогрел донышко заготовки (Фото 7), провертел в центре отверстие нагретой вольфрамовой иглой, разогрел края обеих (Фото 7, фото 10) заготовок в мягком пламени и, примерившись, слепил. Разогревая место около впая, несколько раз раздул и осадил стекло, изловчившись не перекрутить и не переплавить тонкую трубочку в широком пламени.

▍ Выводы

Фото 11. Выводы лампы проволочные, трёхзвенные, собранные контактной сваркой. В середине платинит, обеспечивающий вакуумплотный впай в стекло платиновой группы, наружу лампы Ni, внутрь баллона — нержавеющая сталь. Выводы сварены попарно для удобства впаивания в гребешковую ножку

▍ Гребешковая ножка

Фото 12. Оплавил острые края у кусочка трубки Ø 26 мм и насадил на пробку с ручкой-державкой

Фото 13. Разогрел конец трубки и пинцетом сделал перетяжку, сильно разогрел донышко заготовки

Фото 14. Раздул тонкостенный пузырь, сколол его, прижав к ровной поверхности

Фото 15. Оплавил края вороночки

Фото 16. Ножка для колбы такого диаметра, крупновата, в её слишком широкий конец сложнее аккуратно впаять несколько несчастных выводов — насадив заготовку с вороночкой на державку, осадим стекло — сильно прогреем его в жёстком горячем факеле. Диаметр трубки при этом уменьшается, толщина стенок возрастает. Конец сужения отделяем перетяжкой, раздуваем на конце заготовки пузырь, скалываем, оплавляем

Фото 17. Несколько заготовок для ножек с сужениями

Фото 18. Элементы ножки на державке, готовы к запаиванию. Непрямыми выводы сделаны в стремлении несколько уменьшить высоту впая

Фото 19. Разогрев места впая на жёстком пламени. Размягчённое стекло сплющил пинцетом и хорошенько пропаял в горячем, с добавкой в воздушное дутьё кислорода, пламени

Фото 20. Готовую горячую ножку остудил-закоптил в светящем пламени и уложил медленно остывать в базальтовое одеяло

Фото 21. Несколько готовых остывших ножек. Их варианты со встроенным штенгелем. Копоть легко стирается с ровных и гладких поверхностей, а полностью выгорает при печном отжиге.

Фото 22. Примерка ножки к колбе лампы

Фото 23. Посмотрим на полярископе, что у нас с внутренними напряжениями. На удивление, ничего стоящего внимания, несколько едва заметных светлых областей — изготовление организовано правильно

Фото 24. Тем не менее ножки перед сборкой лампы лучше отжечь, тем более что они из ненадёжного платинового стекла, а деталь сложная и ответственная

▍ Геттер

Для распыления титана разрядом, вживим в нашу лампу дополнительный электрод в штенгель — вставим его вывод в канал, и отпаивая лампу от откачного поста, заодно вплавим в стекло и вывод геттера.

Платинит перед впаиванием в стекло должен быть окислен, но только слегка. Собранную же лампу перед откачкой придётся отжечь, при этом медная поверхность платинитового вывода может переокислиться и дать текущий впай — предварительно остеклуем её для защиты.

Фото 25. Чтобы вывод электрода-геттера поместился в штенгель, запаивать-остекловывать его придётся капилляром — вытянем его из обломка такого же штенгеля пинцетом, поместим внутрь кусочек подготовленного платинита, присоединим открытую часть трубочки к перистальтическому насосу и откачаем из заготовки воздух. Сильно нагреем капилляр вокруг проволоки, и атмосферное давление надёжно обожмёт размягчённое стекло вокруг вывода

Фото 26. Геттерный электрод — остеклованный платинитовый вывод, никелевая траверса-поперечина, две полуокружности из Ti Ø 0,2 мм

▍ Сборка лампы

Фото 27. Укоротил внутренние выводы ножки, контактной сваркой [4] приварил к ним простейшие электроды — две одинаковые пластинки из тонкой нержавеющей стали. Сверху пластинок приварил две проволочины, сформовал электроды в штатное положение, связал верхние выводы стеклянным изолятором

Фото 28. Две части лампы, готовые к спаиванию — заварке. Электрод-геттер в канал штенгеля только вставлен

Фото 29. Разогрев места заварки в мягком пламени. На столе видна ручная пропан — кислородная горелка наготове, асбестовый отражатель пламени позволяет равномернее распределить тепло

Фото 30. Сильный нагрев места заварки в пропан — воздушном пламени, в дело вступает и паяльный огонь ручной горелки

Фото 31. Собранную горячую лампу остудил, закоптив в светящем пламени, уложил окончательно остывать в базальтовое одеяло

Фото 32. Нарастил лампе штенгель, отжёг в печи для снятия внутренних напряжений

Фото 33. Лампа в сборе, готова к откачке-наполнению. При работе, однако, сломалась одна из проволочек-полуокружностей геттера, коснувшись стекла колбы

Откачка-наполнение лампы аргоном

Фото 34. Наполнение лампы аргоном под давлением ~200 Па сделал способом замещения (промывки), холодной лампы (отмечена на фото) на импровизированном откачном посте [5], 15 циклов откачки-наполнения

Распыление геттера

Фото 35. Катодное распыление титанового электрода-геттера сделал на регулируемом высоковольтном БП [6]. Напряжение — несколько сотен вольт, ток в цепи 6…8 мА, время распыления 3…4 часа, оба штатных электрода-пластинки соединены параллельно

Фото 36. В начале распыления, на малых токах, можно было видеть характерную картину со стратами

Фото 37. Через несколько часов характер и цвет разряда изменились

Фото 38. Спустя время, слой титанового зеркала на стекле колбы стал проводником и подключился к упавшей проволочке геттера. Распылять Ti дальше было чревато местным перегревом стекла с риском растрескивания

Фото 39. На свету хорошо заметен распылённый на стекло титан, его плёнка оказалась и на стеклянном изоляторе основных электродов

Что получилось

Фото 40. Свечение лампы на постоянном токе (один электрод)

Фото 41. Вид с торца электродов — свечение большего слоя плазмы намного ярче

Фото 42. Работа лампы на переменном токе — светятся оба электрода. На лампе ~200 В, ток в цепи ~7 мА. Лампа через токоограничительный резистор 5 кОм подключена к сети ~230 вольт. Баллон практически не нагревается даже при длительной работе

Итого

В результате работ опробовал новый способ вакуумной обработки ламп простыми средствами, усовершенствовал отдельные моменты в стеклодувной части.

Фото 43. Предложенный набор заготовок-стеклотрубок позволяет дёшево и сравнительно легко сделать крупную лампу, куда можно насовать много интересного. На фото, для сравнения — фабричные лампы в первом ряду, слева направо: передатчиковая ГУ-50, пальчиковый триод-пентод 6Ф5П, октальный выходной звуковой тетрод 6П6С

Тем не менее: способ с распылением громоздок, требует много места в лампе и специальных мер (экраны) для предотвращения ненужных замыканий и подключения зеркала на стекле. Лампа с аргоном, свечение имеет бледноватое, при дневном свете его практически не видно, такие приборы расцениваем как учебные.

Фото 44. Яркость свечения аргона невысока, хорошо видно его только при некотором затемнении

Дополнительные материалы

1. Применение стекла от ЛДС Т12. Конспект автора. ^[1]
2. Сорта электровакуумных стёкол. Конспект автора. ^[2]
3. Распыление геттера разрядом. Конспект автора. ^[3]
4. Контактная сварка для мелочей. Конспект автора. ^[4]
5. Упрощённая откачка и наполнение газоразрядных ламп. Конспект автора. ^[5]
6. Высоковольтный БП. Конспект автора. ^[6]
7. Библиотечка самодельщика-электровакуумщика. ^[7]

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, март, 2025 г.

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»