電真空器件清潔處理

張　帥，吳質(zhì)潔，常京春，黃　寅

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所 高功率微波源與技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100190）

電真空器件清潔處理

張帥，吳質(zhì)潔，常京春，黃寅

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所 高功率微波源與技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190）

電真空器件要求零件和部件表面潔凈度高、沒有油污。研究在制造真空電子器件工藝過程中油污對電鍍、釬焊和衰減材料涂覆的影響。提出采用超聲加去油溶液的方式去除制管過程中的油污，確定了電真空器件的清洗工藝，保證其清潔性。降低器件表面的出氣率，保證陰極發(fā)射水平和電子槍的耐壓強(qiáng)度，提高器件的可靠性和使用壽命。

電真空器件；表面；超聲；清潔性

0　引言

隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及國防現(xiàn)代化軍事裝備的需要，電真空器件必須具有高可靠、長壽命、低噪音、寬頻帶、大功率的特點(diǎn)，常應(yīng)用于地面、艦載、機(jī)載、衛(wèi)星通訊、雷達(dá)、電子對抗、精確制導(dǎo)等武器系統(tǒng)中，其性能和質(zhì)量的優(yōu)劣對武器裝備的性能和質(zhì)量起至關(guān)重要的作用，被譽(yù)為國家安全的戰(zhàn)略器件[1]。電子管是現(xiàn)代高技術(shù)電子裝備發(fā)展的關(guān)鍵與核心器件之一[2]。

研究電真空零部件的表面清洗處理是很有必要，因?yàn)槲廴疚锼斐傻臍怏w、蒸氣源會使真空系統(tǒng)不能獲得所要求的真空度。此外，由于污染物的存在，還會影響電真空部件連接處的強(qiáng)度和密封性能，對電真空器件的性能有極大的影響。

1　電真空器件污染物的主要來源

（1）在加工原材料過程中，所使用的潤滑油；

（2）操作人員手上的臟物和唾液，因?yàn)樵谥圃祀娬婵掌骷?，主要靠人力手動完成裝配，工作時(shí)不可避免的對零部件造成污染；

（3）去油過程中溶劑的殘余物。例如：自來水中的鹽類和有機(jī)物質(zhì)，金屬零件使用的金屬去油劑等；

（4）零部件存放時(shí)，空氣中含有灰塵、水蒸氣等。

2　油污對制造電真空器件的影響

（1）制造真空電子器件的工藝過程中，為了提高金屬零件之間的可焊性及管外零件的防腐性，對部分管內(nèi)、外零件需要進(jìn)行電鍍處理，而電鍍工藝過程中，零件表面的油污必須去除干凈，否則對鍍層會有影響，可使其起泡、發(fā)花等。

（2）在使用釬焊爐、真空爐、氫氣爐、烘排爐，要求零部件表面干凈、沒有油污。若零部件表面有油污會污染爐內(nèi)環(huán)境，使真空度下降。零部件表面有油污會吸附氣體，在整管完成后，隨著真空器件的存儲放置時(shí)間，油污吸附的氣體會慢慢釋放，使整管內(nèi)真空度下降。超高真空系統(tǒng)中，做好材料表面的清潔處理，可以使其放氣率降低幾個(gè)數(shù)量級。不銹鋼在空氣中暴露，出氣體率為2.7×10-1Pa·L/（s·m2），而經(jīng)過除油后抽4 h，可降低到1.3×10-3Pa·L/（s· m2），經(jīng)過清洗后，在250℃下烘烤15 h，出氣率降到1.3×10-6Pa·L/（s·m2）[3]。

（3）電真空焊料具有真空氣密性好、耐熱沖擊性強(qiáng)、封接強(qiáng)度高。電真空器件的釬焊可焊接不同種類的金屬和合金零件，甚至能將金屬與陶瓷連接起來，把微小的零件連接成大而復(fù)雜的部件，同時(shí)可以保證零件的光潔度和精密尺寸。

焊料的質(zhì)量直接影響電真空器件焊縫及內(nèi)部質(zhì)量。電真空器件焊接后，經(jīng)過氦質(zhì)譜儀檢漏，漏氣速率要求達(dá)5×10-9Pa·m3/s以下。如果電真空器件使用的焊料表面不潔凈、有油污，使焊接材料表面的潤濕性和流散型不好，焊料熔化后，在焊縫表面會形成黑色的浮渣或黑斑，造成氣孔，破壞焊縫的氣密性，發(fā)生泄漏現(xiàn)象，影響電真空器件的真空性能，造成電真空器件的慢性漏氣，導(dǎo)致器件最終失效報(bào)廢。

（4）通過對諧振腔加載降低其品質(zhì)因子，在諧振腔壁和底部涂覆微波衰減材料是降低品質(zhì)因子的有效防范。鐵硅鋁薄膜微波衰減材料是一種高性能微波衰減材料，可通過涂覆和燒結(jié)方法將其制備在無氧銅諧振腔壁上，形成衰減涂層[4-5]。在涂覆前應(yīng)將無氧銅基底進(jìn)行毛化處理，并根據(jù)涂覆規(guī)范在諧振腔內(nèi)表面涂覆衰減材料，涂覆后的工件在濕氫氣氛下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。無氧銅基體需要確保表面沒有油污，才可進(jìn)行毛化處理，而且處理后，還需要再進(jìn)行一次去油污處理，之后才可在無氧銅基體表面涂覆衰減材料。油污可以使衰減材料與基體結(jié)合力變差，若零件表面有油污，導(dǎo)致在基體表面上涂覆衰減材料后，燒結(jié)過后衰減材料可能發(fā)生脫落，更嚴(yán)重的是可能電真空器件在使用一段時(shí)間后，無氧銅上的衰減材料發(fā)生脫落，此時(shí)會造成更大的損失。

3　零件表面的物理化學(xué)清潔處理

對零件表面處理的方法有許多種，但由于電真空器件工藝的特殊性，實(shí)際可行的方法很少，大多是從經(jīng)驗(yàn)得來，理論依據(jù)不足，所以，即使比較典型的清潔方法，也需要不斷的進(jìn)行修改和補(bǔ)充。

在各種不同的清洗方法中，一般以化學(xué)處理為主。在通常的化學(xué)處理不能得到很好的預(yù)期效果或者需要高度清潔的表面時(shí)，使用電加工，如電解、電拋光、電鍍等作為輔助辦法。帶有非皂化油的金屬零件經(jīng)過950℃高溫處理后，接觸角沒有變化，說明高溫處理不能夠提高零件的表面清潔度[6]。

通過對不同清洗方式的清洗效果比較，提出使用超聲波清洗技術(shù)，超聲波儀器內(nèi)加入去油液體，加溫和超聲共同作用，不但能去除零件表面油脂，而且能去掉其他雜質(zhì)，尤其對精密復(fù)雜的零件更加有效。

表1　不同清洗方式比較

超聲清洗的具體工藝過程，根據(jù)配方比例在超聲波中加入金屬清洗溶液，超聲頻率25 kHz，溫度40～60℃，超聲10～30 min，取出零件，依次使用自來水和純水沖洗。之后零件放入盛有丙酮的容器，把容器放入超聲波中，超聲5～10 min，取出零件，依次使用自來水和純水沖洗，沖洗后使用酒精脫水，最后吹干放入氮?dú)夤駜?nèi)。

超聲波作用于清洗槽中的清洗液體時(shí)，由于交變壓力的撕拉現(xiàn)象，產(chǎn)生真空泡，其在負(fù)壓作用下迅速長大后又因強(qiáng)大壓力的壓劑作用而破滅[7]。零件直接放入盛有金屬清洗劑的超聲波中，加溫使液體的活化能力加強(qiáng)，降低黏度和表面張力與超聲空化協(xié)同作用，更加容易去除零件表面的油污和雜質(zhì)。取出零件后使用丙酮液體超聲5～10 min，去除殘留在零件表面的金屬清洗液和油污。

為了保證清洗工作的成功，除了使用正確的方法外，還必須保證盛化學(xué)用品的容器要非常干凈，特別是持取器件的工具更應(yīng)加以注意。對于要求嚴(yán)格的零部件，清洗后需要儲存在氮?dú)夤窕蛘婵蘸袃?nèi)，防止氧化和空氣中的灰塵、雜質(zhì)吸附其表面。在完成部件和整管裝配、焊接過程中，保持良好的環(huán)境條件，減少環(huán)境和人員對零部件表面的污染。

4　結(jié)論

零部件表面的油污對制造電真空器件的工藝有不可忽視的影響，提出采用超聲波加去油溶液去除制造過程中的油污，超聲頻率25 kHz，溫度40～60℃，超聲10～30 min，取出零件，依次使用自來水和純凈水沖洗。之后零件放入盛有丙酮的容器中，把容器放入超聲波內(nèi)，超聲5～10 min。零部件表面清潔度提高，降低出氣和漏氣率，保證陰極發(fā)射水平和電子槍的耐壓水平，提高速調(diào)管的可靠性和壽命。

[1]焦桐順.真空電子器件[M].北京：電子工業(yè)出版社，1984.

[2]廖復(fù)疆.真空電子技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[3]談治信.真空技術(shù)中的清潔處理[J].真空與低溫，1992，11（8）：169.

[4]張永清，丁耀根.用于大功率微波器件的新型薄膜衰減材料[J].真空電子技術(shù)，2004（3）：20-22.

[5]張永清，丁耀根.FeSiAl微波衰涂層電磁特性分析[J].真空電子技術(shù)，2006，44（6）：38-40.

[6]楊衛(wèi)英.電真空用金屬零件的去油方法[J].真空，2012，6（49）：21-23.

[7]于朝清，尹克江，李均同.超聲波清洗在貴/廉金屬復(fù)合材料生產(chǎn)過程的應(yīng)用研究[J].洗凈技術(shù)，2004，2（7）：51-56.

《真空與低溫》雜志主編李得天研究員榮獲2015年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)

由《真空與低溫》雜志主編李得天研究員負(fù)責(zé)的“高精度微小氣體流量測量新技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，榮獲2015年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2016年1月8日，李得天研究員參加了在北京人民大會堂舉行的國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人為獲獎(jiǎng)代表頒獎(jiǎng)井合影留念。

該項(xiàng)目通過10余年的持續(xù)研究，在微小氣體流量測量，真空漏率測量、正壓漏率測量以及載人飛船艙門快速檢漏四個(gè)方面取得重大創(chuàng)新與突破，發(fā)明了專用測量儀器和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，這些儀器和裝置在我國載人航天工程、探月工程、核聚變、重離子加速器、同步輻射光源等重大工程中得到了廣泛應(yīng)用，滿足了以上領(lǐng)域科技創(chuàng)新對微小氣體流量測量的需求。

李得天主編榮獲2015年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，也是《真空與低溫》雜志的驕傲和光榮，將為提高雜志的質(zhì)量和知名度注入新的活力。

（本刊編輯部）

CLEANING TECHNOLOGY OFVACUUM ELECTRONIC DEVICES

ZHANG Shuai，WU Zhi-jie，CHANG Jing-chun，HUANG Yin
（Key Laboratory of High Power M icrowave Sourcesand Technologies，Instituteof Electronics，ChineseAcadem y of Sciences，Beijing100190，China）

The surface of the parts and components of the vacuum electronic devices need clean.In the process of manufacturing vacuum electronic devices，the influence of the oil and contam ination on the electroplating，brazing and coating the attenuating material was investigated.Themethod of removing the oil and contamination in the process of manufacturing vacuum electronic deviceswas ultrasonic w ith degreasing agent.The cleaning technology of vacuum electronic devices was determ ined.In order to ensure the cleaning of the vacuum electronic devices，the process of cleaning the vacuum electronic deviceswasdetermined.

vacuum electronic devices；surface；ultrasonic；cleaning

TN1

A

1006-7086（2015）06-0060-03

10.3969/j.issn.1006-7086.2015.06.014

2015-11-19

張帥（1987-），男，陜西人，助理研究員，主要從事電真空器件表面處理研究。Email：2272328941@qq.com。