專利名稱：一種高溫日盲型紫外光電管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電管領(lǐng)域，尤其是能在250°C高溫中工作的日盲型紫外光電管，具體 為一種高溫日盲型紫外光電管及其制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高科技戰(zhàn)爭，爭取制空權(quán)及遠(yuǎn)程打擊顯得尤為重要。大批性能優(yōu)異的 各式戰(zhàn)斗機(jī)群和導(dǎo)彈是實施空中打擊的主要工具，而航空發(fā)動機(jī)的正常穩(wěn)定工作具有非常 重要的關(guān)鍵作用。目前美歐發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)斗機(jī)已采用光電探測系統(tǒng)來監(jiān)控的航空發(fā)動機(jī)的 工作情況，日盲型紫外光電管是該探測系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵器件。目前紫外光電管領(lǐng)域 一般的工作溫度只能達(dá)到70°C，而航空發(fā)動機(jī)的艙內(nèi)溫度高達(dá)200多度，能在250°C高溫環(huán) 境中正常工作的紫外光電管，只有美國和少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家才掌握該型紫外光電管的制作 技術(shù)。
這種紫外光電管是采用日盲型光電陰極，利用該陰極只對ieOnm ^Onm光譜范 圍的紫外線輻射產(chǎn)生光電效應(yīng)，當(dāng)光電管受到紫外線輻射時，管內(nèi)電極產(chǎn)生光電效應(yīng)，逸出 光電子，光電子在電場的作用下向陽極運(yùn)動，高速運(yùn)動的光電子與管內(nèi)填充的工作氣體原 子碰撞而產(chǎn)生雪崩效應(yīng)；從而可使光電管接收到的光子放大至上百萬倍，因此形成有數(shù)倍 于真空光電管的光電流。能很好的探測火焰中的紫外線輻射。而對日光和室內(nèi)照明光源的 輻射沒有響應(yīng)。目前國內(nèi)生產(chǎn)的紫外光電管在工作溫度上和光電參數(shù)方面同美國等發(fā)達(dá)國 家的產(chǎn)品相比仍然存在一定的差距，還不能完全滿足我國軍用航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的研制和生 產(chǎn)需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫日盲型紫外光電管及其制作方法，以解決現(xiàn)有國內(nèi) 生產(chǎn)的日盲型紫外光電管在工作溫度上和光電參數(shù)方面同美國等發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品相比仍 然存在一定的差距，不能完全滿足我國軍用航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)需要的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種高溫日盲型紫外光電管，包括有芯柱，其特征在于所述芯柱頂部罩有與芯柱 封接為一體的鉬組透紫玻殼，有兩對金屬直桿安裝在芯柱中，所述金屬直桿一端伸入鉬組 透紫玻殼中，另一端從芯柱底部穿出，位于鉬組透紫玻殼中還設(shè)置有兩個鉬電極，所述鉬電 極分別彎曲成斷開的長圓形，鉬電極斷開端分別向下彎曲成相對于長圓面傾斜的引腳，一 個鉬電極的引腳與一對金屬直桿一一對應(yīng)連接，且兩個鉬電極的長圓面相互平行，所述鉬 組透紫玻殼中還充有氬氣、氖氣和氦氣的混合氣體，其比例為1 5 20。
—種高溫日盲型紫外光電管的制作方法，首先完成高溫日盲型紫外光電管的裝 配，其特征在于長時間高溫烘烤鉬組透紫玻殼，并應(yīng)用電子轟擊的方法處理鉬電極，氣體 在高壓大電流環(huán)境中進(jìn)行放電，放電過程中氣體中的電子多次碰撞，通過電子碰撞后交出 電子自身的能量來加熱鉬電極和鉬組透紫玻殼，使鉬電極和鉬組透紫玻殼吸附的雜質(zhì)氣體3釋放出來。
本發(fā)明提供了一種高溫日盲型紫外光電管及其制作方法，具有高靈敏度、高可靠 長壽命、高響應(yīng)速度、耐高溫、對可見光和紅外線不響應(yīng)以及質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。能夠應(yīng)用于飛 機(jī)發(fā)動機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、飛機(jī)艙內(nèi)火焰監(jiān)控系統(tǒng)以及主戰(zhàn)車輛、艦船等全自動滅火抑爆系統(tǒng)中。
圖1為本發(fā)明高溫日盲型紫外光電管結(jié)構(gòu)示意圖，其中
圖Ia為俯視圖，圖Ib為正視圖。
圖2為本發(fā)明高溫日盲型紫外光電管制作流程圖。
圖3為本發(fā)明高溫日盲型紫外光電管鉬電極的結(jié)構(gòu)示意，其中
圖3a為俯視圖，圖北為正視圖。
圖4為幾種常見氣體的擊穿電壓與Pd值的關(guān)系曲線——巴邢曲線圖。
圖5為高溫烘烤鉬組透紫玻殼的烘烤時間、溫度曲線。
具體實施方式
如圖1所示。一種高溫日盲型紫外光電管，包括有芯柱3，芯柱頂部罩有與芯柱3 封接為一體的鉬組透紫玻殼2，有兩對金屬直桿4安裝在芯柱3中，金屬直桿4 一端伸入鉬 組透紫玻殼2中，另一端從芯柱3底部穿出，位于鉬組透紫玻殼2中還設(shè)置有兩個鉬電極1， 鉬電極1分別彎曲成斷開的長圓形，鉬電極1斷開端分別向下彎曲成相對于長圓面傾斜的 引腳，一個鉬電極的引腳與一對金屬直桿一一對應(yīng)連接，且兩個鉬電極的長圓面相互平行， 鉬組透紫玻殼2中還充有氬氣、氖氣和氦氣的混合氣體。
如圖2所示，高溫日盲型紫外光電管的制作步驟如下
(1)將鉬絲壓制成鉬電極；
(2)將鉬電極和四腳芯柱拋光處理；
(3)將鉬電極點(diǎn)焊在四腳芯柱上；
(4)調(diào)節(jié)兩電極之間的距離；
(5)吹制透紫玻殼；
(6)將透紫玻殼與芯柱封接在一起；
(7)對已封接好的管子排充氣并下排氣臺。
其中步驟(7)中，采取長時間高溫烘烤鉬組透紫玻殼，并應(yīng)用電子轟擊的方法處 理鉬電極，氣體在高壓大電流環(huán)境中進(jìn)行放電，放電過程中氣體中的電子多次碰撞，通過電 子碰撞后交出電子自身的能量來加熱鉬電極和鉬組透紫玻殼，使鉬電極和鉬組透紫玻殼吸 附的雜質(zhì)氣體釋放出來。
本發(fā)明中
1、光窗材料的選擇
由于紫外探測的特殊性，所以制造和測量對紫外靈敏的材料的技術(shù)顯然不同于制 造和測量探測可見光所用陰極制造技術(shù)。選擇管殼材料或是輸入光學(xué)窗材料的主要根據(jù) 是零件的準(zhǔn)備，外殼的制造，裝架，管子封口和光陰極制造，電真空器件生產(chǎn)中常用的普通 玻璃能很好的透過可見光和紅外線，但是波長短于300 350nm的紫外輻射確不能通過，在紫外探測輻射的光電管中，常用的是紫外玻璃，紅斑玻璃，石英，藍(lán)寶石或其他透紫材料制 造管殼和光窗，透紫玻璃與普通玻璃不同，這兩類玻璃中含雜質(zhì)鐵很少，因此分別能透紫到 215納米和280納米的紫外線。日盲型紫外光電管的光窗材料需要能透過185nm紫外線的 玻璃。石英玻璃雖然也能透過短波紫外線，但是加工比較困難，膨脹系數(shù)很小，不能與任何 金屬相匹配封接，要制作這種紫外光電管有一定的難度。因此我們選用能透過185nm紫外 線的鉬組透紫玻璃，該透短波紫外線玻璃的化學(xué)組成如表1所示，原料當(dāng)中要嚴(yán)格控制氧 化鐵和氧化鈦的含量，尤其是控制三氧化二鐵的含量應(yīng)低于0. 006%，不然將嚴(yán)重影響玻璃 紫外線的透過率。
表1透紫玻璃化學(xué)組成
編號化學(xué)組成(重量％)Si02A1203CaONa20K20B203FeOFe203Ti02166.80.43.211.83.74.20.020.003271.564150.03372.51.55.51520.010.00348020.340.2120.0050.02560102080.0060.04
2、日盲型光電陰極的選擇
制造選擇高溫紫外光電管首先要選擇能抗離子轟擊的材料，可根據(jù)愛因斯坦光電 方程λ。= 1240 (Eg+EA)，式中λ ^為陰極材料的光電發(fā)射閾值(nm) ^g為陰極材料的禁帶 寬度(eV) ;EA為陰極材料的電子親和勢(eV)。若將^K)nm的光電發(fā)射閾值代入上式中，則 Eg+EA的閾值必須在4. 28eV附近。也就是說，要選擇光電陰極的逸出功在4. 28eV以上，量 子產(chǎn)額隨溫度的變化越小越好。通過理論與實踐相結(jié)合，金屬鉬的逸出功在4. 37eV,同時金 屬鉬的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在任何溫度下都不與紫外光電管的工作氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而且金 屬鉬的高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)溫度(熔點(diǎn)^10°C、沸點(diǎn)4830°C)使得其在紫外光電管內(nèi)不易發(fā)生 濺射現(xiàn)象，有利于紫外光電管的穩(wěn)定工作以及提高壽命。應(yīng)用金屬材料鉬作為高溫日盲型 紫外光電管的電極是可行的。
3、光電陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計
光電陰極即鉬電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計是光電管的重要設(shè)計之一，關(guān)系到光電管的光譜響 應(yīng)波長和光電效率。通過大量的試驗，光電陰極的結(jié)構(gòu)采用如圖3的效果最佳。
4、紫外光電管的結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計的思路是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一方面參考了國內(nèi)外有關(guān)的文獻(xiàn)資料，另一方 面也充分利用了現(xiàn)有的工藝技術(shù)，采用充氣光電二級管的方式。高溫日盲型紫外光電管結(jié) 構(gòu)示意圖，如圖1。
5、填充氣體的試驗
根據(jù)氣體放電理論，光電管的工作電壓的關(guān)鍵因素是電極間距離和氣體密度。即5在氣體成分和電極材料一定，氣體擊穿電壓是氣體壓強(qiáng)P和電極間距d乘積Pd的函數(shù)，且 改變Pd時，起動電壓有一最小值。
圖4是幾種常見氣體的擊穿電壓與Pd值的關(guān)系曲線——巴邪曲線。
不同的氣體巴邢曲線有明顯的不同，因為氣體擊穿(著火)過程中起重要作用的r 系數(shù)和a系數(shù)均與氣體有關(guān)。不同的氣體具有不同的電離電位，影響電子碰撞電離系數(shù)a; 不同的電離電位還通過影響正離子的動能而影響正離子轟擊陰極的表面電離系數(shù)r。通過 試驗我們采用，氬氣、氖氣和氦氣按一定的比例混合效果最好。
6、制作工藝的設(shè)計與實驗
紫外光電管工作是否穩(wěn)定很大程度上決定于管內(nèi)氣體成分是否保持穩(wěn)定。若光電 管電極等管內(nèi)金屬零件、管殼除氣不徹底，在光電管工作過程中，導(dǎo)致管內(nèi)金屬零件和管殼 將吸附的雜質(zhì)氣體釋放出來，使光電管氣體受到污染，從而導(dǎo)致光電管失效。因此，制定合 適的排氣除氣工藝非常關(guān)鍵。經(jīng)試驗，采取長時間高溫烘烤管殼，使管子充分地出氣，應(yīng)用 電子轟擊的方法來處理電極，既通過高壓大電流的氣體放電過程中通過氣體中的電子多次 碰撞，交出自身的能量來加熱電極和管殼，使吸附的雜質(zhì)氣體可以順利地釋放出來。高壓大 電流的氣體放電還可將光電陰極的毛刺去除，陰極的處理結(jié)合在高真空下閃燒，以求獲得 原子清潔的表面，達(dá)到所需的光譜響應(yīng)值和最佳的光電效率。
本發(fā)明的高溫日盲型紫外光電管的光電參數(shù)如表2所示。
表2高溫日盲型紫外光電管的光電參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種高溫日盲型紫外光電管，包括有芯柱，其特征在于所述芯柱頂部罩有與芯柱 封接為一體的鉬組透紫玻殼，有兩對金屬直桿安裝在芯柱中，所述金屬直桿一端伸入鉬組 透紫玻殼中，另一端從芯柱底部穿出，位于鉬組透紫玻殼中還設(shè)置有兩個鉬電極，所述鉬電 極分別彎曲成斷開的長圓形，鉬電極斷開端分別向下彎曲成相對于長圓面傾斜的引腳，一 個鉬電極的引腳與一對金屬直桿一一對應(yīng)連接，且兩個鉬電極的長圓面相互平行，所述鉬 組透紫玻殼中還充有氬氣、氖氣和氦氣的混合氣體，其比例為1 5 20。
2.一種高溫日盲型紫外光電管的制作方法，首先完成高溫日盲型紫外光電管的裝配， 其特征在于長時間高溫烘烤鉬組透紫玻殼，并應(yīng)用電子轟擊的方法處理鉬電極，氣體在高 壓大電流環(huán)境中進(jìn)行放電，放電過程中氣體中的電子多次碰撞，通過電子碰撞后交出電子 自身的能量來加熱鉬電極和鉬組透紫玻殼，使鉬電極和鉬組透紫玻殼吸附的雜質(zhì)氣體釋放 出來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫日盲型紫外光電管及其制作方法，包括芯柱、封接在芯柱上的鉬組透紫玻殼、安裝在芯柱中的金屬直桿、連接在金屬直桿上的鉬電極。本發(fā)明在高溫日盲型紫外光電管排氣時，采取長時間高溫烘烤鉬組透紫玻殼，并應(yīng)用電子轟擊的方法處理鉬電極。本發(fā)明有高靈敏度、高可靠長壽命、高響應(yīng)速度、耐高溫、對可見光和紅外線不響應(yīng)以及質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J40/06GK102034667SQ20101053356
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者劉勁松, 吳華夏, 唐勇, 畢競, 胡海城, 邱祚良 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所