Приготовление карбонатной суспензии и нанесение покрытия на керн катода

Рецептура карбонатных суспензий для оксидных катодов подбирается в зависимости от типа прибора, требований к покрытию, способа нанесения. В состав таких суспензий, наряду с карбонатами ЩЗМ, входят органические растворители, играющие роль жидкой среды и пластификаторов, а также биндеры (клеящие связующие вещества).

В качестве растворителей используют: этиловый и метиловый спирты, ацетон, амилацетат. Роль пластификаторов выполняют: диэтилоксалат, дибутилфталат, этиленгликоль - жидкости с высокой температурой кипения и относительно большой вязкостью. Пластификаторы увеличивают пластичность покрытия и замедляют скорость его высыхания, что уменьшает усадку и отслаивание покрытия от керна при высыхании. Связующие вещества вводятся в суспензию с целью прочного прикрепления покрытия к керну катода и хорошего сцепления частиц карбонатов ЩЗМ друг с другом. Наличие таких веществ способствует сохранению геометрических размеров покрытия с момента его нанесения до превращения карбонатов в оксиды ЩЗМ при последующей вакуумно-термической обработке, когда в результате спекания происходит упрочнение покрытия. К связующим веществам предъявляется ряд требований: хорошая адгезионная способность (хорошее прилипание к материалу керна); химическая инертность по отношению к материалу керна и карбонатам ЩЗМ; возможно более полное разложение при вакуумно-термической обработке; безопасность в обращении.

В качестве связующих веществ чаще используют растворы коллоксилина в изоамилацетате. Коллоксилины - эфиры азотной кислоты и хлопковой целлюлозы. Обычно используют коллоксилин состава С₆Н₆О₃(ONO₂)₂ с содержанием азота 12,5%. В производственных условиях приготовление биндеров производится путем растворения коллоксилина в изоамилацетате в стеклянных бутылях при вращении в течение 24 часов (на 1 г коллоксилина берут 33 мл изоамилацетата). После фильтрования контролируют качество биндера путем измерения его вязкости (по времени истечения определeнного объема из калиброванной пипетки при известной температуре). Азотнокислые эфиры целлюлозы являются взрывчатыми веществами, и это обстоятельство, в частности, затрудняет их использование. В последнее время все чаще используют безопасные в обращении полимеры, например, полибутилметакрилат - [С₈Н₁₄О₂]n или

Биндер готовят путем растворения полибутилметакрилата в изоамилацетате (из расчёта 1 г ПБМА на 31,5 мл С₈Н₁₄О₂).

Приготовление карбонатных суспензий в производственных условиях производят путем загрузки всех компонентов и яшмовых шаров в фарфоровый барабан и последующего длительного (до трех суток) помола на валковой мельнице. Процесс значительно интенсифицируется при применении ультразвукового помола (продолжительность 2-3 часа). При этом не используют шары и, таким образом, исключается попадание в суспензию примесей вследствие истирания шаров. После размола суспензию процеживают через никелевую сетку или капроновую ткань. Хранят готовую суспензию обычно недолго (в стеклянных бутылях) и перед использованием перемешивают на валках.

В лабораторных условиях при использовании метода нанесения покрытия на керн катода путем намазывания, целесообразно готовить суспензию с соотношением на 1 г карбоната ЩЗМ 1-1,5 см³ жидкости.

3 - 5 г предварительно протертого через сетку и подсушенного карбоната помещают в чистый сухой стакан. С помощью чистого сухого мерного цилиндра отмеривают необходимый объем жидкостей (можно использовать только биндер 2 - раствор ПБМК в изоамилацетате). Вливают жидкую фазу в стакан с карбонатом, туда же помещают тело (якорь) мешалки (кусок железной проволоки, оплавленный полимерным материалом или стеклом). Стакан ставится на стол установки для магнитного перемешивания и накрывается сверху фильтровальной бумагой. Установка подключается к электросети, нажимается кнопка "Мотор" и рукояткой увеличивается число оборотов. Через 10-15 мин можно считать приготовление суспензии законченным.

При использовании пульверизационного метода нанесения покрытия на керн катода необходимо иметь 30-50 см³ суспензии. Крайне нежелательно попадание в суспензию воды и кислоты, это может вызвать ее коагуляцию.

Таблица 3.5

Рецептура карбонатных суспензий для нанесения покрытий методом пульверизации

Номер суспензии	Масса карбоната, г	Объем жидкостей, см^3
метанол	диэтилоксалат	изоамилацетат	биндер
	4500 (КНД-1)			-	5000 (1)
	4500 (КНД-1)	-	-		2520 (2)
	4500 (КТА-1-4)	-	-		2520 (2)

Примечание. Биндер 1 - на основе коллоксилина; биндер 2 - на основе ПБМК.

В процессе изготовления деталей и монтажа арматуры ЭВП применяют различные смазки, эмульсии, растворы, нагрев в различных средах. Эти детали могут контактировать с недостаточно чистым инструментом и руками работающих. Поэтому на поверхностях деталей всегда имеются нежелательные загрязнения. Все они должны быть удалены с поверхности деталей.

Используемые в нашей лаборатории детали (ножка, КПУ) уже прошли все необходимые обработки еще в заводских условиях. Поэтому перед нанесением покрытия на керн катода следует его протереть этиловым спиртом (или окунуть несколько раз в спирт, не допуская попадания спирта внутрь трубки КПУ).

Перед нанесением покрытия необходимо взвесить собранную ножку с КПУ на аналитических весах (предварительно подсушив в сушильном шкафу). В условиях студенческой лаборатории при "единичном производстве" катодов целесообразней всего использовать метод намазывания. Для этого окунают заостренную спичку в суспензию и наносят капельку ее на торец катода при осторожном соприкосновении. В случае стекания суспензии на боковую поверхность трубки покрытие с этой поверхности счищают (лезвием бритвы) после сушки.

После нанесения покрытия КПУ с ножкой ставят (в вертикальном положении) в сушильный шкаф на несколько минут для сушки (при температуре 60-80°С), при этом удаляются растворители и происходит закрепление карбонатного покрытия на керне. Далее необходимо осуществить контроль катода на привес покрытия на аналитических (или торсионных) весах.

В производственных условиях обычно катоды проверяют еще с помощью микроскопа (МИС-11) или часового проектора на шероховатость (среднее расстояние между впадинами и выступами покрытия в мкм) и толщину-равномерность покрытия (путем измерения надрезов). Прочность сцепления карбонатного покрытия с керном можно оценить путем нанесения взаимно перпендикулярных рисок или погружением в 96%-й этиловый спирт.

Возможно также нанесение карбонатного покрытия на керн катодов методом пульверизации. Это наиболее употребляемый метод. Для нанесения покрытия применяют игольчатые пульверизаторы. Суспензия поступает из бачка и распыляется в виде струи при помощи сжатого воздуха. Керны катодов закрепляются в специальных (обычно латунных) рамках. Масса напыляемого покрытия (его толщина), плотность, шероховатость регулируются расстоянием пульверизатора от рамки, количеством проходов пульверизатора, давлением воздуха, диаметром отверстия сопла пульверизатора. Обычно плотность карбонатного покрытия при пульверизационном нанесении получают от 0,7-1,0 до 2,8-3,0 г/см³.

Часто прямонакальные катоды покрывают, используя метод ка-тофореза. Положительно заряженные частички карбоната из суспензии выделяются на катоде при напряжении на ванне до 150 В, при этом удельное электросопротивление суспензии не должно превышать 1·10^-6 0м·см. Плотность покрытия составляет 1,5-1,7 г/см³.

Известны и другие методы нанесения катодных покрытий на керны. В частности, в последнее время применяют плазменный метод. В плазмотроне, где в качестве плазмообразующих газов используют аргон, гелий, зажигается дуга, в область которой подается порошок карбонатов ЩЗМ, при этом возможно их частичное разложение (до 60%) до оксидов. Поток твердых частиц несется газами на керны катодов и там осаждается. При этом получают очень плотные покрытия (более 4 г/см³). Такой метод очень удобен для больших синтерированных катодов, имеющих покрытия с большим привесом. При последующей вакуумно-термической обработке исключается растрескивание покрытия и сокращается время откачки прибора.

Контрольные вопросы

1. Какие компоненты входят в состав карбонатных суспензий?

2. В чем заключается сущность методов нанесения карбонатных покрытий на керны катодов?

3. Каким образом готовятся керны катодов перед нанесением на них карбонатных покрытий?

4. Как и по каким параметрам контролируется качество карбонатных покрытий?

Дата добавления: 2014-12-23