# Технология электронных ламп

Леонид Александрович Ашкинази

Технология электронных ламп


Если бы существовали как отдельная область юмора "неприличные редакторские анекдоты", это стало бы ее венцом: рассказать о технологии электронных ламп в один присест. В лампах или при их производстве применяется почти все, созданное человеком в области технологии вообще, поэтому задача рассказать об этом в журнальной статье подозрительно напоминает задачу рассказать обо всем на свете в одной книге.


В нашем детстве была такая игра -- "разминирование". Высыпались из коробка спички, и надо было растащить их по одной так, чтобы остальные не пошевелились. Самое общее деление всего инженерного искусства -- это деление на теорию, конструирование и технологию. Но уже на этом уровне аккуратно разобрать природу не удается. Теоретик говорит -- нужен бесконечный плоский катод, бесконечно тонкая сетка во всю длину анода, не перехватывающая электроны, но фиксирующая потенциал и параллельная катоду... Но -- заявляет конструктор -- бесконечный катод не влезет в самолет, да и сетки будет некуда девать. Насчет строго параллельно -- это я на чертеже изобразить могу, но у всего на свете есть точность и погрешность. Какая нужна? -- и лишнего не просите, чтобы у меня остатки волос не встали дыбом. Теоретик садится делать расчеты реальных конструкций, тем временем конструктор ему понемногу помогает, а в углу тихо рыдает технолог. И вот о чем его печаль: знаем мы, что эти двое сейчас нарисуют... Они такое изобразят -- почище Эшера и Фоменко! Конструктор уговорит теоретика, что однородной сетки нулевой толщины не бывает, тот согласится на сетку из проволоки, сядет вычислять провисание потенциала в ячейки, фокусирующие свойства получившихся электронных линз, и возжелает проволоку нулевого диаметра. Пусть золотую рыбку просят!


Вот так, в противоречиях и конфликтах, но при этом в конструктивном сотрудничестве, складывается область и принятое в ней деление сфер влияния между названными выше персонажами. Деление на части, структура и организация взаимодействия между ними принципиально важны для выживания. Что является стимулом прогресса? Либо изменение внешних условий (началось оледенение -- люди изобрели огонь и шубы), либо взаимодействие между частями. Важно правильно организовать это взаимодействие, как между ветвями власти в США или как между женщиной и мужчиной на Таити.


Собственно, технология начинается с исходных материалов. Своих материалов требует любая область техники; специфика же состоит в том, какие именно материалы и с какими особыми свойствами требуются. Например, металл А, особо чистый по примесям В, С и Д --- это обычная формулировка. Но А, В и т. д. -- в каждой области свои. Электротехнике страшны те примеси к меди, которые понижают электропроводность -- 0,1 % Р или Si уменьшают ее на 30-40 %. Технике электронных ламп страшны примеси Cad и Zn к меди, на электропроводность не влияющие. Страшен кислород как примесь к меди, но совсем по другой причине.


Есть требования и по структуре -- материал может иметь кристаллическую структуру, и в этом случае важно, какого размера эти кристаллы и как они расположены. Причем окажутся и примеси, и структура важны не только для работы лампы, но и для процессов изготовления: примесь (S в меди) или структура (длинные одинаково ориентированные кристаллы), которые делают металл хрупким, не дадут применить пластическое деформирование (гибку, выдавливание).


Проблемой исходных материалов для техники электронных ламп занимались целые институты, были опубликованы тысячи статей, немало и книг на эту тему. Все это не аргумент -- скажите вы -- мало ли кто занимался ерундой, мало ли дурацких книг было издано. Но, обратите внимание -- в крупнейших электронных фирмах были специальные металлургические отделы. Те, кто делал лампы, считали необходимым иметь свою собственную металлургию. Значит, не могли обойтись...


После того, как изготовлены и разложены по полкам на складе исходные материалы, начинается изготовление деталей.


Для изготовления деталей ламп применяются те же способы, что и в технике вообще. Но одни применяются чаще, другие реже, а третьи -- в каких-то вариантах или модификациях. Например, реже применяется механическая полировка -- потому что при ней в поверхность внедряются загрязнения. Вместо нее используют химическую или электрохимическую полировку, а если надо применить именно механический процесс -- то шлифовку.


Требования к чистоте деталей в электронной технике намного выше, чем в технике вообще. Что бы понять, почему это так, достаточно посмотреть на лампу и осознать, что в ней вакуум.


В технологии электронных ламп, как и во всей технике, применяются химические способы очистки. Характерное отличие -- широкое применение ультразвуковой очистки. Возможно, это связано просто с тем, что технология электронных ламп создавалась позже общетехнической и впитала в себя новые (на тот момент) решения. Затем, вырастив эти решения внутри себя, она стала оплодотворять ими остальную технику. Позже такая же ситуация возникла между техникой электронных ламп и полупроводниковых приборов -- последняя строилась на более прогрессивных методах, но первая позднее заимствовала их, оценив, насколько они хороши.


Намного чаще, чем где-либо вообще, при производстве ламп используют отжиг для очистки. Когда он правильно проведен, концентрация загрязнений уменьшается не только на поверхности, но и в глубине деталей. Там, откуда они все равно при работе лампы появились бы сначала на поверхности деталей, а затем в ее объем. Таким образом процесс отжига в некотором смысле имитирует работу деталей в лампе.


При отжиге из металлов выделяется в основном водород, иногда азот и кислород. Выделение воды и оксидов углерода -- результат реакции вышедших из глубины металла атомов водорода и углерода с оксидами на поверхности, поскольку газы диффундируют в металлах не в виде молекул, а в виде отдельных атомов. При значительном содержании углерода желательно, чтобы металл был окислен, т. к. углерод сам по себе, без реакции с кислородом, с поверхности не удалится -- он и не испаряется (при этих температурах), и в реакцию с водородом не вступает. Если же оксида для окисления углерода не хватает, то металл отжигают во "влажном водороде" -- смеси водорода и воды -- для окисления.


В диэлектриках газы могут диффундировать и в виде молекул, поэтому выделяющиеся из стекол и керамик вода и углекислый газ -- не продукт реакций, а их собственные, имевшиеся в объеме вода и углекислый газ.


Вообще же для удаления примесей в печи должна быть среда, концентрация загрязнений в которой достаточно мала. Иначе загрязнения будут не удаляться из деталей, а насыщать их. Отжиг в вакууме является первым приходящим в голову решением, но не самым лучшим -- получить в большой печи, набитой грязными (по меркам электроники) деталями такой вакуум, какой нужен в лампе -- трудная задача. Поэтому чаще отжигают в водороде, который заодно восстанавливает оксидные пленки. Правда, при этом водород проникает в некоторые металлы; само по себе это не очень опасно -- при обработке уже собранной лампы водород относительно легко покидает детали и откачивается насосами. Но нельзя отжигать в водороде титан, тантал, ниобий, цирконий -- металлы, активно поглощающие водород. При поглощении водорода они становятся хрупкими и вообще изменяют многие свои свойства. В том числе те, которые определяют возможность дальнейших технологических операций -- сборки лампы.


Кроме того, проникновение водорода в металл опасно, например, когда проникший вглубь металла водород соединяется с кислородом и получившиеся водяные пары разрывают металл. Называется это явление "водородная болезнь", и чтобы ее избежать, в технике электронных ламп используют медь с пониженным содержанием кислорода (бескислородную медь). Кроме водорода детали отжигают в аргоне, иногда в смесях инертного и восстанавливающего газов. Отжечь детали так, чтобы они стали чище "снаружи и изнутри" -- сложная задача. В этой области выполнено множество исследований, в книгах же по технологии электронных ламп отжигу отводится обычно весьма заметное место. Температура, время, состав газа, скорость протока, загружаемые детали -- их количество, материал, расположение -- все влияет на результат, зачастую непонятным и непредсказуемым образом.


Загрязнения переносятся при отжиге с одних деталей на другие; несмотря на избыточное давление внутри печи, атмосферные газы проникают внутрь; лампы, собранные из более тщательно очищенных деталей, оказываются грязнее собранных из менее очищенных -- эти и десятки других загадок, успешные и безуспешные попытки их решения -- вот что такое ежедневная работа технолога. Фирмы RCA и Philips охотно взяли бы на работу Шерлока Холмса, даже несмотря на отсутствие диплома технолога. Впрочем, в СССР он -- как имеющий друзей за границей -- стал бы заниматься разве что технологией производства картофелеуборочного комбайна. Что касаемо случая, когда хорошо очищенные детали оказываются хуже очищенных плохо, то причина такова: при особо тщательной очистке поверхность детали оказывается химически очень активной и мгновенно загрязняется при извлечении деталей из печи. Если же очистка производилась не столь "зверски", то слегка окисленные детали далее окисляются уже медленно. Отсюда видна важность операции сохранения; действительно, в технике электронных ламп это -- отдельная проблема. Существует специальная тара для хранения и транспортировки деталей, их содержат в осушенной и очищенной от пыли среде, иногда в среде инертного газа или в вакууме.


Отжиг применяется в технологии электронных ламп не только для очистки, но также для восстановления исходной, равновесной кристаллической структуры, изменившейся при механической обработке. При многих видах механической обработки, особенно при вытяжке и иной пластической деформации, происходит увеличение количества дислокаций (нарушений кристаллической решетки) и изменение размера кристаллов -- удлинение в направлении деформации. У такого материала меняются свойства -- механические, электрические, химические. В частности, у него уменьшается способность деформироваться -- она уже частично (или полностью) израсходована. Для восстановления исходных свойств и, в частности, для возможной дальнейшей деформации надо уменьшить количество дислокаций и измельчить вытянутые кристаллы. Это и происходит при так называемом рекристаллизационном отжиге.


Если же материал деформирован в упругой области и форма его стабилизирована какой-то технологической оснасткой (например, на оправку навита проволока -- мы хотим сделать пружину), то отжиг необходим для снятия напряжений. Иначе проволока после снятия с оправки благополучно расправится, и вместо пружины мы получим проволокой по носу, хорошо, если не по глазам. Другой процесс, который также имеет в электронике свою специфику -- это процесс нанесения покрытий. Вообще в технике покрытия применяются чаще всего для увеличения коррозионной стойкости, коэффициента излучения и твердости, уменьшения трения. То есть детали и устройства в целом работали бы и без покрытий, но хуже. Вдобавок они быстрее вышли бы из строя. А вот в технике электронных ламп покрытия, как правило, и являются тем, что работает, несет основную функцию. Покрытия экранов кинескопов излучают свет -- без них кинескоп не работал бы вообще. Катодные покрытия эмиттирует, изоляционное покрытие на подогревателе изолирует его от катода -- без них лампы не будут работать. Поэтому в технике электронных ламп было бы иногда логичнее говорить не о покрытиях на деталях, а о деталях, которые существуют лишь для того, чтобы на них могли быть покрытия. В самом деле, можно представить себе кинескоп вовсе без стеклянного баллона -- если кругом вакуум, -- но вот без люминофора -- никак.


Разумеется, в технике электронных ламп могут применяться все обычные покрытия -- например, медные радиаторы вполне могут снабжаться покрытиями, предохраняющими их от коррозии или увеличивающими проводимость (в области сверхвысоких частот, когда токи протекают по поверхности). Внутриламповые детали могут иметь покрытия, уменьшающие коэффициент излучения (для увеличения экономичности) или увеличивающие его для охлаждения соответствующих деталей. Например, чернящие покрытия на анодах. Все остальные покрытия, которые мы рассмотрим, специфичны для электровакуумных приборов, причем многие из них наносятся по специальной, применяемой в основном в этой области, технологии.


По обычным технологиям наносится в основном два типа покрытий. Антиэмиссионные покрытия на сетках ламп (золото, реже серебро, сплав олово-никель, титан, углерод и некоторые другие), предназначенные для увеличения работы выхода сеток, при загрязнении их барием или торием с катода, наносят либо гальванически, либо протягиванием проволоки через расплав того металла или сплава, который надо нанести. Полупроводящие прозрачные покрытия из оксида олова получают либо пиролизом паров хлорида олова, либо осаждением из раствора хлорида олова.


Остальные процессы нанесения покрытий в технике электронных ламп строятся по следующей схеме: на поверхность наносится порошок вещества, которым мы хотим покрыть поверхность, а затем деталь нагревается так, чтобы произошло "спекание" -- срастание частиц друг с другом и с поверхностью путем взаимной диффузии. Степень спекания обычно невелика, а само покрытие получается пористым. Для эмиссионных и геттерных покрытий это необходимое условие работоспособности, для прочих оно допустимо. Обеспечить же высокую степень спекания нельзя потому, что для такого спекания нужна либо недопустимо высокая температура, либо давление, что обычно крайне затруднено технологически.


Сам порошок может наноситься несколькими способами, различающимися тем, в какой среде находятся частицы порошка -- в газе или жидкости и под действием каких сил они приближаются к поверхности -- электрических, гравитационных или упругих. Например, из суспензии в жидкости под действием электрических сил -- это электрофорез, когда заряженные частицы устремляются к детали, на которую подается потенциал. Из жидкости под действием гравитации -- это просто осаждение, так наносят в основном люминофорное покрытие на кинескопы. Из жидкости под действием упругих сил -- это распыление или намазка суспензии. Из газа под действием электростатических сил -- это так называемое электростатическое напыление, часто применяемое в технике для нанесения красок... Чтобы порошок, попавший на поверхность, не осыпался с нее сразу, а дождался начала процесса спекания, к суспензии часто добавляют органические вещества с большей адгезией, клеи, испаряющиеся или разлагающиеся в процессе спекания.


По этим технологиям наносят открытия почти всех видов -- перечислим их. Проводящие покрытия из мелких частиц графита на баллонах кинескопов и электронных ламп. Полупроводящие покрытия из частиц оксидов хрома, железа и марганца для выравнивания потенциалов в высоковольтных электронных приборах. Геттерные покрытия из частиц активно взаимодействующих с остаточными газами металлов для поглощения их внутри лампы. Изоляционные покрытия из частиц оксида алюминия на подогревателях. Люминесцентные покрытия в кинескопах и -- кто помнит? -- лампах-индикаторах настройки ("кошачий глаз", серия Е). Эмиссионные покрытия оксидных катодов из оксидов щелочноземельных металлов и покрытия из металлических, как правило, никелевых частиц, на которые обычно и наносится собственно эмиссионное покрытие. И наконец, покрытия из частиц оксидов магния и алюминия на слюдяных изоляторах в лампах. Зачем же наносить изоляционное покрытие на изолятор? -- спросите вы. Его наносят не для изоляции, а для того, чтобы слюда стала шероховатой. А зачем ей становиться шероховатой? -- последует еще вопрос, -- ведь она в вакууме ни обо что не трется, это же не тормозные диски для Cherokee! Шероховатость нужна для того, чтобы оседающие на слюду при работе лампы атомы металлов не могли слиться в проводящую пленку и закоротить зазор.


Теперь, когда все детали изготовлены и молча лежат в эксикаторах с обеспыленной и высушенной средой или, пуще того, в вакуумных шкафах, окинем их взглядом:

- катоды с эмиссионным покрытием;

- сетки из проволоки с антиэмиссионным покрытием, намотанной на траверсы (стойки) или на рамки -- для ламп с планарной геометрией;

- подогреватели, покрытые изоляцией;

- аноды, штампованные из черненного тонкого листового металла -- для расположения внутри лампы и охлаждения излучением -- или массивные медные, составляющие часть оболочки лампы и предназначенные для воздушного или водяного охлаждения;

- различной формы изоляторы из слюды или в мощных лампах из керамики, чтобы стабилизировать положение деталей относительно друг друга;

- оболочки ламп или, точнее, заготовки оболочек из стекла или, порой, для мощных ламп, из керамики;

- вводы, которые будут впаяны в стекло и начнут доставлять в лампу и из лампы электроны;

- наконец, газопоглотители или геттеры, которых, впрочем, может и не быть (об этом позже); а они изготовляются в виде отдельных деталей или нераспыляемых геттеров, в виде геттерных покрытий на других деталях и в виде распыляемых геттеров, которые при термообработке лампы будут нагреты и напылят на стекло слой бария. Он-то и будет поглощать потом остаточные газы (станет, так сказать, нераспыляемым геттером). Все, во всяком случае -- все основное. Чтобы перевести дух, сделаем небольшое пространное обобщение, касающееся электронных ламп и жизни.


Наблюдая людей -- в работе (и не только в области электронных приборов) и в жизни, можно прийти к выводу, что теоретик, конструктор и технолог -- это не профессии. Это -- диагнозы.


Теоретик предпочитает мыслить функциями, т. е. рассуждает о том, что должен делать прибор. ДЛЯ ламп -- куда должны лететь электроны, как они должны отклоняться, какие нужны поля и как они должны зависеть от времени. Конструктор рассуждает на уровне частей прибора, делающих все это: испускающих электроны и собирающих их, создающих электрические поля или экранирующих от них какие-то части прибора и так далее. Технолог -- на уровне реализации этих частей: как сделать этот анод и соединить его с оболочкой, как сделать катод, чтобы его покрытие не осыпалось при вибрациях и так далее. Разумеется, каждый из них ставит задачи перед двумя другими, далее происходит загадочный процесс, именуемый работой, а в результате -- EL34, 300В, 6СЗЗС и так далее...


И хорошо, если человек находит себе работу, гармонично сочетающуюся с диагнозом; еще лучше, если он находит себе коллектив, в котором разумно, т. е. в интересах дела, поделены эти роли. И очень хорошо, если все они реализованы в группе людей, живущих вместе. Но если этих людей двое, а ролей, как мы видим три, то полезно быть немножко универсалом.


Пора приступить к сборке. На заре эпохи электронных ламп, более 75 лет назад, для работы в области больших мощностей применялись разборные лампы, работавшие с постоянной откачкой. Стучал насос, радиоволны неслись в эфир... Сейчас все лампы -- неразборные и соединения в них выполняются, как правило, неразборными. Лишь в мощных лампах и то редко детали соединяют винтами; причем, поверх головок все равно приваривают накладки, исключающие ослабление и отвинчивание винтов. Лампа -- не пылесос, в нее с отверткой не залезешь.


Основной метод соединения деталей в маломощных лампах -- контактная электросварка, называемая часто точечной сваркой; применяется также лазерная сварка. В мощных лампах применяется еще и аргонно-дуговая сварка, она дает вакуумно-плотный шов и поэтому может использоваться для соединения деталей оболочки лампы.


Сварка -- это метод соединения, когда расплавляется материал обеих деталей, Если материалы остаются твердыми, а зазор между ними заполняется каким-либо жидким металлом, который застывает, -- это пайка. Если же расплавляется один из материалов, это называется пайка оплавлением.


До сих пор мы говорили о соединении металл-металл. При соединении металлов с диэлектриками сварка, в обычном ее виде, не применяется, т. к. температура плавления керамик значительно выше температур плавления большинства металлов, и вдобавок керамики при плавлении разлагаются. Стекло же плавится легко, даже слишком легко, а металлы, с которыми соединяют стекло, плавятся при более высоких температурах. Так что соединение металла со стеклом -- это, по существу, пайка оплавлением, когда плавится стекло. Но ее традиционно называют пайкой.


Зачем вообще при пайке оплавлением расплавляют один из соединяемых материалов? Чтобы сблизить соединяемые материалы. Можно и не плавить -- нагреть и сильно сжать. За счет пластичности материалы сблизятся на атомные расстояния, и диффузия, ускоренная нагревом, произойдет. Такой способ соединения называется термокомпрессионной сваркой. Слово сварка тут совершенно не к месту, но такова традиция.


Часто говорят, что те или иные материалы соединить можно или нельзя. Так говорить некорректно -- ибо соединить можно любые материалы. Вопрос в том, какую прочность будет иметь такое соединение. Тем более, что кроме внешних усилий (лампы роняют), существуют еще и внутренние, возникающие из-за различий в термических расширениях. Действительно, все эти пайки -- сварки делаются при высоких температурах. Потом мы прибор охлаждаем, и если соединенные при высокой температуре материалы по разному укорачиваются при охлаждении, то в соединении возникают термические напряжения.


Поэтому вопрос о соединении -- это вопрос о согласовании расширений, о возникающих усилиях на стыке и о прочности тех соединений, которые возникают в сварной зоне или в зоне диффузии припоя и материала друг в друга. Если говорят, что два металла хорошо соединяются, это означает, что созданные в зоне их взаимодействия соединения не хрупки и прочны.


Проблема согласования коэффициентов термического расширения особенно важна, если один из соединяемых материалов хрупок, например, при спаивании металла со стеклом. В частности, для согласования с теми или иными сортами и группами сортов стекла разрабатывались специальные сплавы. Иногда разрабатывались стекла, дающие надежную спайку с каким-то определенным металлом. На какие только чудовищные ухищрения не приходилось идти, чтобы спаять, например, германий со стеклом, сапфир со стеклом или, о ужас -- кварц со стеклом! У вас не сжалось сердце? Есть от чего. Ведь у кварца термическое расширение на порядок меньше, чем у стекол, и технологам пришлось разработать ряд из десятка стекол, которые спаивались так: первое с кварцем, второе с первым и так далее -- до последнего, которое спаивалось с обычным электровакуумным стеклом.


Вот вам еще маленькая одиссея: в древности вводы в стекло делали из платины, подобрали стекла, которые с ней хорошо спаиваются и привыкли к ним. В конце концов от платины пришлось отказываться. И придумали вводы из "платинита" -- проволоки из стали Н42 (42 % никеля, остальное -- железо), покрытой медью, причем толщина меди подбиралась так, чтобы у этой композитной проволоки расширение было, как у платины.


... А еще в некоторых случаях в зоне контакта образуются легкоплавкие соединения. Автору этой статьи понадобилось как-то распылить в вакууме никель. Он взял титановую фольгу, вырезал ленточку, закрепил ее в вакуумной камере, положил на ленточку квадратик из никелевой фольги и начал греть титан, пропуская по нему ток. И в какой-то момент с ужасом увидел, что никель исчез, а в титановой ленте зияет аккуратная квадратная дыра. Как квадратное отверстие в облаках у Стругацких, в "Гадких лебедях". При 955 °С в зоне контакта титан-никель началось плавление интерметаллида и расплавившаяся зона просто "капнула" вниз. И все...


В отличие от спая металл-стекло, который, по существу, делается путем оплавления металла стеклом, соединение металла и керамики так получить нельзя -- керамика тугоплавка. Поэтому сначала ее металлизируют, нанося на поверхность металлический порошок или соединения и расплавляя их. При этом за счет диффузии и реакций образуется переходная зона. А уж потом спаивают металлизированную керамику с металлом.


Можно, впрочем, обойтись и без металлизации. При так называемой "активной пайке" между керамической и металлической деталью прокладывают фольгу из титана, затем этот бутерброд сжимают и нагревают. При взаимодействии образуется переходная зона, и детали скрепляются.


Заметим, что в электронике, как и в повседневной жизни, более простая на вид технология требует более высокой технологической культуры и она более "строга", т. е. требует лучшей стабилизации параметров.


Наконец, металл с керамикой (равно как и стекло со стеклом), можно соединить с помощью пайки, но не металлическими припоями, а легкоплавкими стеклами, или "глазурями". Фантазия технологов неисчерпаема! Особенно, когда постоянно приходят конструкторы с очередными безумными проектами.


Итак, лампа собрана и надо начинать ее обработку. Оказалось, что недостаточно выкачать из нее воздух и запаять стеклянную трубку (штенгель), по которой шла откачка (или перекусить, сварив холодной сваркой -- металлическую). Даже когда лампа собрана из чистых деталей, то они чистые "не в том смысле", в котором должны быть чистыми в лампе, но некоторые -- очень даже грязные, и вообще -- они еще не детали, а, простите за грубое слово, полуфабрикаты. И это, между прочим, главнейшие детали -- катод и геттер. А одна деталь в лампе при сборке вовсе отсутствует. Позже мы узнаем, откуда она возьмется.


Начнем, однако с простого -- с не так очищенных деталей. Помните детский юмор -- ребенок спрашивает, к чему относится шея к спине или к голове? Оказывается, от этого зависит, будет ли он ее мыть.


Как бы ни была хорошо очищена деталь до сборки, после нее она оказывается грязнее. И хоть собирают лампы в капроновых перчатках, и хоть отбирают девочек-монтажниц по сопротивлению кожи влажных рук (что связано и со степенью влажности и с концентрацией ионов), но все равно -- после сборки надо чистить. Ведь, в печи деталь нагревается и обезгаживается не так, как в лампе. Во-первых, не при тех температурах -- обычно при более высоких, но не всегда. Во-вторых, в лампе нагрев неравномерен. И, наконец, в лампе нагрев производится не только нагревателем и излучением катода, но и электронным потоком, который разлагает оксиды на поверхности деталей.


Для создания электронного потока катод должен эмиттировать, а для этого лампа не должна быть уж очень грязной. Поэтому процесс очистки лампы электронной бомбардировкой -- отчасти саморегулирующийся. Если грязи летит слишком много, эмиссия катода уменьшается. Из этого сразу следует, что существует оптимальный режим, но его построение -- немалое искусство, вопрос чутья технолога.


Одна из главных задач очистки лампы -- грязь не надо гонять с электрода на электрод. Очистка всех частей должна вестись одновременно. Заметим, что эта идея психологически противоречит советской ментальности, взросшей на идее о "слабом звене в цепи империалистических государств" и мифе, что "лестницу надо мести сверху". В технике электронных ламп стараются чистить все электроды лампы одновременно, причем по возможности по всей площади. А не как в известной фразе "помойте шею под большое декольте".


Поскольку очистка всех деталей и чистая сборка -- большие проблемы, то в технике электронных ламп известны по крайней мере два приема, позволяющих сделать более чистой лампу, собранную из грязных деталей. Во-первых, это прогрев лампы при прокачке через нее водорода, имитация отжига в среде водорода. Во-вторых, это зажигание в лампе газового разряда, очистка электродов бомбардирующими их ионами, аналогично очистке в газовом разряде, применяющейся в полупроводниковой технике для обработки подложек перед напылением. Разумеется, откачка ламп при их прогреве -- это также и очистка деталей в уже собранной лампе, но, поскольку прогрев стеклянной лампы обычно производится при температуре около 400 °С, реально обезгаживается только стекло.


Деталь, которая поступает на сборку и помещается в лампу в виде полуфабриката -- это катод, а также все покрытия, нанесенные, как указано выше, с применением связок (клеев). При нагреве клей должен испариться или разложиться, при этом выделяется значительное количество газа и возможно загрязнение других деталей. Для оксидного катода эта ситуация усугубляется тем, что он наносится в виде кристаллов карбоната щелочноземельных металлов, а для перевода в оксиды их надо нагреть, разложить, откачать выделяющуюся смесь оксидов углерода, которая опять же, может окислить детали лампы. Построение такого режима нагрева катода, т. е. зависимости температуры от времени, чтобы клей не разлагался, а испарялся, а карбонаты разлагались, но не окисляли -- предмет многих научных работ, объект стараний поколений технологов и их головная боль. Причем в эпоху массового выпуска ламп всем хотелось обрабатывать побыстрее, чтобы -- план! план! -- а при определенной скорости откачки чем быстрее греем, тем хуже вакуум в лампе, все окисляется... Позже острота этой проблемы по понятным причинам уменьшилась.


Наконец, после того, как лампа в основном обезгажена и даже катод превращен в оксиды, наступает этап активирования катода и обработки геттера. Активирование катода -- это загадочный процесс, при котором в результате нагрева, отбора с него тока и химического взаимодействия оксида с активными присадками к материалу керна (основы, на которую нанесен оксид) в покрытии возникает некоторый дефицит кислорода (отклонение от стехиометрии). В результате катод становится катодом -- у него увеличивается эмиссия и проводимость.


Процесс обработки геттера выглядит по-разному, в зависимости от того, распыляемый или нераспыляемый геттер применен в лампе. Нераспыляемый -- это кусочек пористого титана или какого-либо сплава, хорошо поглощающего остаточные газы и поддерживающего вакуум в лампе (как бы мы хорошо ни обезгаживали, при работе лампы вакуум в ней может и ухудшаться). Такой геттер начинает работать после кратковременного нагрева, при котором имеющийся на его поверхности кислород продиффундирует вглубь, очистив место для новых атомов, прилетающих из объема прибора. Если же геттер распыляемый, то его тоже надо нагреть, но с другой целью. При нагреве в геттерной смеси начинается экзотермическая реакция, он нагревается сильнее, но на короткое время и выделяющийся при этой реакции барий напыляется на стекло. Вот эта пленка бария -- "геттерное зеркало" и есть та деталь, которой не было при сборке лампы. Она работает как геттер, конечно, уже "нераспыляемый".


Наличие специального геттера, вообще говоря, не обязательно. Если лампа очень хорошо обезгажена и если, вдобавок, она содержит детали из титана (которые сами работают как геттер), то можно обойтись. И обходятся -- в лампах типа "нувистор" геттера как отдельной детали нет. Это миниатюрные металлокерамические лампы, содержащие титан и обезгаживаемые при откачке с нагревом до 700 °С. Но нам еще осталась морока с высоким напряжением... Когда на лампу начнут подавать все более и более высокое напряжение, то будут происходить пробои -- броски тока с последующим (если цепь не отключить) расплавлением электродов лампы. Посмотрим, почему и как это происходит.


Если на поверхности электрода есть пылинка или слабо держащийся кусочек материала, он отрывается, летит к противоположному электроду (кусочек заряжен, и поле его ускоряет), врезается в электрод, как метеор, испаряется и заполняет объем прибора паром. Если на электроде есть острие, на нем напряженность поля оказывается очень велика, начинается автоэлектронная (полевая) эмиссия, пучок электронов разогревает электрод, а ток, протекающий по острию, разогревает острие; где нагрев -- там испарение, объем прибора заполняется паром. Что так, что этак, но в паре происходит нормальный пробой в газе. Собственно, высуньте голову в окно в подходящий момент -- это она и сверкнула. Только в приборе маленькая, а между тучами -- большая.


Но если мощность разряда ограничить, то вредных последствий не будет, а то, что испарилось -- откачается геттером или насосом. Высоковольтная тренировка -- это и есть очистка прибора от пылинок, кусочков и остриев превращением их в пар при ограниченной мощности разрядов, Но вот напряжение доведено до рабочего (и с запасом), а пробои прекратились -или их частота уменьшилась до границы технических условий.


Теперь лампу надо отпаять от вакуумного поста, отделить от насоса. Если баллон стеклянный и откачка производилась по стеклянной трубке (штенгелю), ее нагревают. Атмосферное давление сжимает размягчившееся стекло, и трубка запаивается (точнее было бы сказать -- заваривается). После отпайки ее надо прогреть для уменьшения напряжений в стекле. В лабораториях, когда отпайка ламп производилась вручную, она считалась искусством, которое высоко ценилось. А ценой в те времена было уважение коллег или фраза типа "Позови-ка лучше Сан Саныча, пусть он отпаяет". Неумелая отпайка могла погубить недельную работу.


Если лампа откачивалась через металлический штенгель, его откусывают. К счастью, не зубами, а специальными клещами, создающими в зоне "куса" столь высокие механические напряжения, что металл течет и происходит холодная сварка.


Заметим, что отпайка (откусывание) прибора от насоса и активирование катода могут производиться и в иной последовательности. В частности, при обработке маломощных приборов активирование производят после отпайки; выделяющиеся при этом газы откачивает геттер.


Затем к лампе приделывают цоколь, пишут на ней, как она называется, испытывают, измеряют ее параметры, упаковывают, везут -- слышите тук-тук, тук-тук, тук-тук -- это стучат колеса. А потом вы идете на радиорынок, вертите эту стекляшку в руках и прицениваетесь.


Теперь вы знаете, как делали то, что вы сейчас вертите в руках.