Герметическое, а чаще «вакуумплотное» впаивание проволочных электродов в стеклянные приборы, задача в стеклодувном приборостроении весьма частая, тем более, что мы примериваемся к самодельным электровакуумным приборам (ЭВП). И хотя в современных ЭВП обычно применятся более технологичные вводы, одинокие электроды в особых случаях используют и здесь, например, в высокочастотных или высоковольтных приборах. Одиночные проволочные вводы часто применяли в первых радиолампах, обычны они и для ламп разрядных и т. п.
Стекло – материал весьма удобный для лабораторных приборов, но и требующий деликатного с собой обращения. Нагреваясь и остывая хрупкая стеклянная конструкция меняет свои размеры и все ее детали должны делать это более-менее равномерно иначе прибор разрушается. Внедрение металлов в стекло, спаивание этих материалов подчиняется тем же правилам – металл и стекло должны иметь близкий коэффициент теплового расширения (КТР), чтобы возникающие напряжения не превысили предела прочности стекла. Из простых «природных» металлов для основных классов легкоплавкого стекла это платина, молибден. Отсюда и название этих групп стекол – «платиновые», «молибденовые». Металлы это недешевые и для их замены разработаны специальные недорогие сплавы, например платинит, ковар. Кроме того, некоторые простые металлы, могут быть удовлетворительно впаяны после специальной обработки – травление, отжиг в вакуумной (водородной) печи.
Подобрать (изготовить) стекло и металл (биметалл, сплав) с точно равными КТР трудно и спаи чаще всего «несогласованные», т. е. имеющие некоторое напряжение. Практика однако показала, что нетолстые металлические детали-выводы, а речь идет о фольге (медь) и проволоке Ø до 0,8 мм (платинит), работают долго и надежно.
Здесь, описаны мои эксперименты по впаиванию платинитовой проволоки в платиновое стекло.
Что потребовалось для изготовления.
Кроме материалов - настольная стеклодувная горелка с принадлежностями и мелким инструментом, электролизер, средства защиты – неодимовые очки, оборудованное место с вытяжным шкафом. Станок для контактной сварки, базальтовое «одеяло». Полноценный отжиг в электрической печи для учебных работ не применялся.
К делу.
Платинит – биметалл. Внутри железоникелевый сплав, снаружи нетолстый слой меди, окись которого хорошо растворяется в стекле. Цвет удачного впая – розовый. Платинит хорош только запаянным в стекло, внутри ЭВП окись меди имеет немалый шанс восстановиться непрочными проводящими чешуйками чистой меди и испортить прибор. В некоторых случаях внешний слой меди (окисей) с платинитового вывода внутри колбы стравливают, однако, платинит без медной оболочки плохо сваривается контактной сваркой.
Удобно и несложно делать ввод многозвенным – в каждом месте применяем нужный металл – внутри ЭВП никель, в толще стекла платинит, снаружи вывода медь.
Фото 2. Соединение нетолстых разнородных проволочек – контактной сваркой. Для электровакуумного дела способ чудо как хорош, китайский контроллер с двумя степенями свободы позволяет весьма тонко и точно настроить нужный режим.
Фото 3. Сварочные электроды аппарата простые из нетонкой медной проволоки от мощного кабеля. Оба заточены плоско. Для соединения проволочек «в линию» конец одной из них слегка расплющиваю на стальной плите – мягкий никель и медь. На конце платинитовой проволочки виден ежик пробных сварок.
Фото 4. Трехзвенный ввод – медь (зачищенный от лака обмоточный провод Ø ~0,5 мм), платинит 0,5 мм, никель 0,5 мм.
В расплавленном стекле хорошо растворяется окись меди – платинитовую часть ввода перед монтажом следует прогреть в окислительной части пламени до малинового свечения и охладить на воздухе. Цвет подготовленного платинита – темно-серый, черный.
Вариант монтажа №1. Проволочный ввод удобно впаять в штенгель – нетолстую стеклянную трубочку, обычно, внешним Ø5 мм. В том числе и штенгель уже впаянный в колбу прибора. Стоит вставить ввод внутрь его и вращая равномерно прогреть снаружи стекло, как оно размягчившись, под действием капиллярных сил, сожмется и охватит проволоку спаиваясь с ней.
Фото 5. Один из учебно-тренировочных впаев штенгеля.
Фото 6. Вставленная изнутри подготовленная платинитовая проволока или многозвенный ввод впаяна (длинная стрелочка). Для выхода горячего воздуха в закрытом штенгеле вольфрамовой иглой проколото отверстие (короткая стрелочка).
Фото 7. Штенгель отрезан обычным способом – царапина поперек и разламывание руками, причем отрезан так, чтобы оставить немного незаплавленной трубочки, куда удобно заделать второй хвостик проволочной петельки. Для прочности. При необходимости, эту полость можно заполнить термостойким цементом на основе жидкого стекла для дополнительной фиксации мягкого вывода.
Фото 8. Впай в отраженном свете. Ровный розовый цвет дает надежду на хорошую герметичность.
В целом, способ монтажа отличается повышенной прочностью и надежностью, впаивание электрода можно совместить с откачкой через этот же штенгель и снизить число паек, металл не окисляется в пламени и для электронных (не разрядных) ламп можно попробовать простые вводы из одного платинита. Способ однако сложный и трудоемкий.
Способ №2 – в нужном месте колбы сделать небольшое отверстие и изнутри вставить проволочный ввод. Платинитовую часть предварительно остекловать – запаять в отрезок стеклянной трубочки для герметичности впая и для защиты от окисления в пламени.
Фото 9. Платинитовые части многозвенных вводов прокалил в пламени, наколол кусочки штенгеля чуть длинее платинита – чиркнул поперек трубочки треугольным алмазным надфилем и сломал руками с растягиванием (края получаются ровнее).
Фото 10. Стеклянные трубочки плавно прогрел и оплавил в тонком пламени. Вращая заготовку удерживаемую в обратном пинцете. Никелевой части придал форму настоящего электрода (для разрядной лампы). Для эстетики. Видно, что ближний электрод не вполне хорош – стекло не захватило непрочное (тем более, после будущего отжига меди во время монтажа) место сварки –платинит-медь и для настоящего прибора деталь следовало бы выбраковать.
Фото 11. Вариант изготовления небольшого отверстия в трубчатой колбе, например, разрядной лампы. Плавно нагрел конец трубки 18 мм в широком мягком пламени непрерывно вращая заготовку. После появления «содового свечения» - рыжего хвоста от испаряющегося натрия, можно прибавить горелке воздуха и уже на жестком мощном пламени разогреть несколько сантиметров трубки до заметного свечения в полумраке. Вынесем трубку из пламени и захватив конец нержавеющим медицинским пинцетом оттянем длинный ус. Лучше при этом вращать трубку. Ус в тонкой части перекрутится, но сужение получится симметричнее. В указанном месте чиркнул надфилем и сломал стекло. Слегка оплавил края.
Фото 12. Отверстие в колбе должно быть несколько меньше стеклянной части ввода. Вставил его изнутри и оплавил место соединения в тонком горячем пламени. После сплавления краев стекла, пинцетом снаружи за медную проволочку, поправил положение ввода. Закутал в базальтовое одеяло для плавного остывания.
Фото 13. Вариант изготовления отверстия в колбе прокалыванием. Действуем аналогично предыдущей работе – плавно разогреть конец трубки, размягчить, оттянуть ус, переплавить его. С обычным вращением сильно разогреть сужение слегка поддувая. Капиллярные силы стянут тонкое стекло, а поддув выгнет его полукруглым пробирочным донышком с капелькой лишнего стекла по центру. Ее несколько раз следует снять пинцетом или стеклянной палочкой. Ровное пробирочное донышко в нужном месте прокалываем раскаленной вольфрамовой или молибденовой иглой. Отверстие получается маленькое и с неутонченными краями.
Фото 14. Вставленный в проколотое отверстие остеклованный электрод. Главный недостаток способа – отверстие неизбежно получается с зазубринами по краям направленными внутрь и вставить проволочку электрода непросто. Приходится долго копаться с длинной державкой, при этом нельзя давать деталям остыть.
Фото 15. Место соединения тщательно прогревал тонким игольчатым газовоздушным пламенем с подмешиванием толики гремучего газа. Смявшееся донышко слегка поддувал, покосившийся вывод поправлял пинцетом. Способ показал себя лучше всего – аккуратное не слишком массивное соединение. Делать проще всего, брака немного. На внешнюю медную проволочку можно одеть и приклеить к баллону отштампованный на ювелирном пунзеле с анкой колпачок. Вывод к нему припаять.
Фото 16. Учебные впаи.
Babay Mazay, март, 2023 г.
