Электровакуумные геттеры. Бариевые газопоглотители

Взглянув чуть более внимательно на изготовление электронных ламп — нехитрых в сущности приборов, с прискорбием выясняется неутешительное — нагрев и пониженное давление превращают привычные, казалось бы, надёжные и незыблемые материалы, натурально, в предателей и прохвостов, так и норовящих подложить свинью и испортить лампу [1]. И только последовательная тщательная и большая подготовительная с ними работа и длительное маринование электровакуумных приборов (ЭВП) на откачном посту заставляет внутренние металлы, стекло, слюду ламп держаться приличий. Если подготовка и очистка — дело неизбежное, то длительную (иногда до суток и более!) откачку ламп на громоздком, сложном, дорогом и энергоёмком оборудовании позволил фантастически сократить некрупный специальный элемент внутри колбы прибора — газопоглотитель, иначе — геттер.

Являясь местным миниатюрным одноразовым высоковакуумным насосом, он поглощает остатки газов, сокращая откачку массовых радиоламп вплоть до единиц минут (!), поддерживает рабочий вакуум при натеканиях и небольшом газовыделении во время работы прибора. Первые немудрёные газопоглотители [2] уже позволили громадно ускорить и удешевить раннее электровакуумное производство, развившись же до распыления некоторых активных металлов [3], способ стал стандартом для массовых ламп, особенно когда на сцене появился барий — металл, умеющий связывать все оставшиеся в колбе газы (кроме инертных), работающий в течение всего времени жизни лампы. Рассмотрим, какие бывают варианты газопоглотителей на основе Ba, как они работают, каковы их манеры и особенности.

1. С какими газами придётся бороться Ba?

Как правило, в электронных лампах после предварительной форвакуумной откачки и при условии хорошей очистки материалов, можно говорить об оставшемся наборе — Н₂, СО, СО₂, N₂, О₂ и пары Н₂О.

2. Некоторые свойства бария [4]

Барий, как весьма активный металл, связывает все оставшиеся (кроме благородных) газы и делает это не только во время распыления, как некоторые другие его коллеги, а и на протяжении длительного времени — речь обычно идёт обо всей жизни лампы. Барий распыляется при температуре, позволяющей до этого тщательно прогревать электроды прибора для их обезгаживания. По сравнению со своими щёлочноземельными родственниками (Са, Sr), барий активнее и имеет меньшую работу выхода (меньше шансов на вредную вторичную эмиссию, например, управляющей сетки). Барий плохо связывает углеводороды, однако, в работающей электронной лампе, их молекулы диссоциируют с образованием Н₂, N₂, СО. Активность бария зависит от температуры зеркала и начинается уже от 40 ^оС (взаимодействие с О₂) — этот металл быстро окисляется кислородом воздуха, поэтому вводить его в прибор приходится с разными ухищрениями. Барий амальгамируется ртутью с потерей всех поглотительных свойств, в том числе и к О₂.

3. Газопоглотители — сплавы бария

Невозможно изготовить газопоглотитель из одного чистого бария — он мгновенно окислится и уже в процессе монтажа потеряет все полезные свойства. Для защиты от действия атмосферы барий вводят в состав сплавов, например, с алюминием [5] — газопоглотитель «Альба» (алюминий-барий). На поверхности алюминия образуется пассивирующая плёнка окисла, предохраняющая активные металлы. Этот сплав, однако, имеет несколько серьёзных недостатков: высоковатую температуру возгонки, большой разброс выхода Ba, наличие в составе здорово летучего в вакууме Al, оседающего на бариевом зеркале и уменьшающего его активность. Кроме того, сплав имеет малую механическую прочность остатков после распыления и их склонность крошиться и пылить.

Более совершенный электровакуумный сплав-газопоглотитель на основе Ba — «Бати» (алюминий-барий-титан) и «Альбани» (алюминий-барий-никель). Порошки титана или никеля добавляют к измельчённому сплаву «Альба», из смеси прессуют таблетки. При их испарении алюминий реагирует с титаном или никелем, с образованием малолетучих соединений, исключая выход Al и загрязнение им бариевого зеркала. Кроме того, реакции Ni и Ti c Al экзотермичны, что кстати — тарелочку с геттером приходится меньше калить ТВЧ, при этом уменьшается риск перегрева близких электродов. В состав газопоглотителя «Бати» иногда дополнительно добавляют окись железа. Её реакция с Ti также выделяет теплоту (термит), что ещё сильнее снижает затраты тепла на процесс.

Сплавы с барием получают в специальных печах с защитной (Ar, CO₂) атмосферой, сплавляя чистые металлы или восстанавливая BaO алюминотермическими методами с избытком восстановителя. Для защиты активного бария от влияния атмосферы иногда применяют и сплавы с магнием («Бамаг»), медью [4]. Прессованные таблетки из чистого бариевого сплава или смеси, укрепляют на аноде или запрессовывают в никелевые полочки, тарелочки, флажки. Последние точечной сваркой закрепляют в нужном месте лампы, поближе к стеклу баллона, чтобы обеспечить лучшую связь с индуктором ТВЧ. В лампах с металлическим баллоном таблетка газопоглотителя закрепляется на стенке баллона и нагревается снаружи острым пламенем горелки. Газопоглотитель «Бати» применялся весьма широко, в том числе и в виде пасты (на выжигаемом связующем — биндере) в никелевых или молибденовых лодочках, тарелочках, колпачках, заделываемый в никелевые трубочки со швом (см. ниже).

4. Газопоглотители — барий в защитной оболочке

Получил распространение и способ защиты Ba, снабжением его защитной тонкостенной металлической оболочкой. Обжигом BaCO₃ в вакуумной печи или восстановлением ламповой сажей (углеродом) там же, получают BaO, который восстанавливают алюминотермическим методом в вакуумной печи до металлического бария. Полученный металл очищают дистилляцией в защитной атмосфере и хранят в небольших запаянных ампулах, в вакууме, под защитным газом или слоем жидкого парафина.

Микропорции чистого бария снабжают защитной оболочкой так: расплавленный в реторте в защитной атмосфере барий стекает в металлические бесшовные, закрытые с нижнего конца трубки, диаметром около 6 мм с толщиной стенки около 1 мм. После остывания, трубки с барием протягивают до диаметра 0,6…2 мм, с толщиной стенки 0,1…0,3 мм. Второй вариант заполнения — тонкую металлическую трубочку помещают открытым концом в расплав металла в вакуумной печи, затем напускают в неё защитный газ.

Тонкая биметаллическая проволока или раскатанная полоса с барием внутри режется на отрезки 5…15 мм тупым инструментом, концы оболочки при этом свариваются, а на оболочке делают утончённую зону, чтобы испаряющийся барий диффундировал или разорвал слабое место. Заготовки приваривают точечной сваркой на С-образных никелевых рамках или тарелочках и закрепляют в нужном месте лампы для нагрева ТВЧ.

Биметаллические бариевые газопоглотители называются по металлу защитной оболочки: «Куба» (медь-барий), «Ниба» (никель-барий) и «Феба» (железо-барий), из которых самым выгодным оказался последний.

5. Газопоглотитель — барий из химических соединений

Способ получения микропорций Ba по месту, в лампе, разложением солей или восстановлением оксида. Азидный процесс — термическое разложение BaN₆, мы уже рассмотрели [3], придя к неутешительному резюме — сложно, взрывчато, ядовито, трудно прогревать электроды лампы для обезгаживания, точно дозировать и размещать бариевое зеркало на колбе или активирующий слой на катоде.

 Небольшое количество чистого бария можно получить в ЭВП и термитным способом [4], смешав порошок Al, с мелкоизмельчённой окисью бария и запрессовав смесь в небольшие никелевые колпачки или сформовав из смеси таблетки, укрепляемые затем на аноде. Из-за большой гигроскопичности окиси, открытые части нераспылённого газопоглотителя покрывают слоем парафина, но и эта мера не всегда помогает уберечь BaO от влаги в процессе изготовления, отчего получается высокий процент брака.

Другая термитная реакция («Баталовый геттер») с применением в качестве восстановителя тантала, лишена этих недостатков и даёт возможность получать в приборе немного бария аккуратно, точно и без побочных явлений, причём окись получают тоже по месту, разложением малочувствительных к влаге карбонатов. Действуют так: на тонкую Ta ленту наносят смесь карбонатов Ba и Sr (кроме прочего, присадка SrCO₃ предотвращает оплавление BaCO₃), и нагревают её ТВЧ или прямым пропусканием тока сначала до 800…1100 ^оС. Образующийся при разложении углекислых солей СО₂ откачивается насосами, при повышении же температуры ленты до 1300 ^оС, Та аккуратнейшим образом восстанавливает ВаО до Ва, испаряющегося и образующего налёт на колбе.

Ещё более совершенный процесс — с применением вместо углекислых солей бериллата бария (BaBeO₂), который, кроме тантала, можно восстанавливать торием или титаном.

6. Ещё несколько слов о нравах и повадках бария в ЭВП

Распыление бария любым из способов здорово зависит от давления в лампе — при низких давлениях получается светлое зеркало с выраженными краями и умеренной (длительной и устойчивой) скоростью поглощения газов. Давление же более высокое во время распыления (наличие нейтрального газа), разбрасывает молекулы металла сильнее, налёт на колбе получается тёмным, пористым, с очень сильной и короткой поглощающей способностью. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, и удаётся или назначается сообразно обстоятельствам [5].

Скорость поглощения барием каждого из газов неодинакова и зависит от критической температуры реакции Ba с этим газом.

Состав газов в баллоне лампы с бариевым геттером зависит от температуры катода и интенсивности электронных потоков — возможности диссоциации углеводородов до Н₂, N₂, CO и способности Ba зеркала их связать. В холодном длительно бездействующем приборе накапливаются метан, этан, пропан, аргон [5]. Поэтому часто встречаются случаи, когда при хранении прибора в нерабочем состоянии происходит необратимое отравление катода, а при работе аналогичной лампы её катод эмиссионные характеристики сохраняет.

Отсюда же — обычно, бариевое зеркало в отпаянной лампе действует не сразу. Для его активации лампу иногда подогревают до 150 ^оС. Лучший же способ — «жестчение» (тренировка): током накаливают катод и подают напряжения на электроды — ионизация молекул оставшихся газов весьма их активирует, они быстро связываются Ba, давление в лампе падает. Аналогичные процедуры — ступенчатый прогрев и повышение напряжения в электронной лампе, вплоть до некоторого перекала, во многих случая позволяет возродить приборы после их длительного бездействия.

Здесь самое время припомнить, откуда взялся этот странный термин («жестчение») — в рентгеновских трубках с холодным катодом и газовым наполнением, длина волны лучей, испускаемых трубкой, уменьшается с понижением давления газа в трубке. Во время работы прибора ионизированный газ поглощается стенками и электродами, давление падает. Так как рентгеновские лучи с малой длиной волны называются жёсткими, то говорят, что трубка «жестится».

7. Итого

Кроме технической истории и расширения кругозора, позволяющих и лучше понимать, обычно скрытые от рядового пользователя, внутренние процессы в заводских электронных лампах, отметим «баталовый геттер» — весьма перспективный для энтузиастов-электровакуумщиков и штучных лабораторных приборов.

8. Дополнительные материалы

1. Электровакуумный геттер, газовыделение, газопоглощение в ЭВП. Конспект автора.

2. Электровакуумные геттеры. Общие положения, классификация, первые газопоглотители. Конспект автора.

3. Электровакуумные геттеры. Первые металлические газопоглотители. Конспект автора.

4. Эспе В. Технология электровакуумных материалов. Том 1. Металлы. Перевод с немецкого. Госэнергоиздат 1962 г.

5. Шехмейстер Е. И. Технология производства электровакуумных приборов. Москва «Высшая школа», 1992 г.

6. Пивоваров Г. Я. Технохимические процессы электровакуумного производства. «Энергия», Москва, Ленинград, 1964 г.

7. Царёв Б. М. Расчет и конструирование электронных ламп. Государственное энергетическое изд. 1961 г.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, апрель, 2026 г.

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»