Немалую часть технологического процесса изготовления радиолампы занимает работа со стеклом – чудо как хорошо подходящим для этой цели материалом. Рассмотрим набор операций, достаточных для изготовления стеклянной части простого электровакуумного прибора (ЭВП) в ключе работ в условиях любительской мастерской.
Короткое напутствие – несколько общих слов.
Разогрев стекла
Внесение заготовки в пламя горелки – момент ответственный, тем более для легкоплавких стёкол с высоким коэффициентом теплового расширения (КТР). Стекло – материал хрупкий и плохо проводящий тепло. Верхние его слои нагреваются значительно быстрее внутренних, они по-разному расширяются, и заготовка разрушается. Бывает, что и с сильным разлётом горячих осколков. Повышается риск растрескивания при нагреве крупных, сложных, толстостенных стекляшек, проволочных впаев, повреждении поверхности стекла, в том числе и неровных зазубренных резов, неотожжённых промежуточных изделий. Разогревать такие заготовки следует с особой деликатностью и не жалея времени.
Фото 2. Один из способов разогрева – решение «в лоб» – вращая заготовку, нагреваем её в дальней части негорячего мягкого коптящего пламени (газ без воздушного дутья), потом в ближней, затем добавляем немного воздуха, делая факел чуть жёстче и так далее. На фото – разогрев края коротенького кусочка трубки Ø18 мм, для удобства насаженной на силиконовую пробочку со стеклянной трубкой-державкой. Копоть на стекле при дальнейшем нагреве сгорает
Появление в факеле характерного яркого рыжего хвоста, т. н. содового свечения – окрашивания пламени испаряющимися с поверхности заготовки ионами натрия сигнализирует о фазовом переходе в стекле. С этого момента его можно нагревать с любой практической скоростью, не опасаясь термоудара.
Второй способ разогрева простой заготовки – короткое внесение её холодной в горячее пламя. Вынув, трубочку тоже вращаем. Полученная порция тепла при этом проникает в стекло глубже. Макаем ещё и ещё, постепенно увеличивая время в пламени.
Оплавление края трубки
Не только правило хорошего тона, но и суровая необходимость – вращать заготовку приходится часто и одновременно поддувая её. Суя в рот стекло с острым краем, можно здорово изрезать губы. Рукам достаётся тоже. Кроме того, неоплавленный конец трубки сложнее затыкать пробками, они быстрее портятся.
Фото 3. Оплавление края трубки. Выполняется в горячей части неширокого жёсткого факела
Обычные ошибки: разогрев слишком долгий или слишком широкой части трубки. При этом её конец начинает стягиваться, уменьшая внутренний канал. Надёжно и ровно всадить пробку в такое отверстие трудно, край приходится дополнительно разворачивать специальным инструментом – операция на крупных трубках непростая.
Фото 4. Расширение стянутого конца трубки медной развёрткой, смазанной воском. Горлышко под пробку
Изготовление пробирочного дна
Фото 5. Конец трубки сильно и равномерно разогревается. Здесь использован асбестовый отражатель пламени, возвращающий часть тепла на стекло
Фото 6. Раскрыва губок моего небольшого медицинского пинцета не хватает для захвата трубки целиком – размягчённые края сплющиваю на графитовой плитке
Сильно разогреваю конец трубки, в том числе и сплющенную часть, чтобы пинцет мог её схватить.
Фото 7. Вынимаем заготовку из пламени, хватаем конец пинцетом и плавно оттягиваем его, вращая основную заготовку
Фото 8. Переплавляем перекрученный стеклянный хвост около нашего донышка, остатки – в металлическую урну с боем
Фото 9. Разогреваем конусное пока ещё донышко и несколько раз снимаем лишнюю капельку стекла стеклянной палочкой или пинцетом
Фото 10. Разогреваем донышко в горячем мягком пламени и в несколько приёмов раздуваем до пробирочной полусферы
Фото 11. Покрутив минутку горячую работу в коптящем пламени, перенёс её в базальтовое одеяло – сложенный пополам отрезок мягкого рулонного огнеупора, для замедленного остывания
Фото 12. Готовое пробирочное донышко. Оно же – макушка баллона радиолампы или конец разрядной трубки. Соответственно, в него может быть впаян штенгель или проволочный вывод
Обычные ошибки: неравномерное вращение в пламени, заготовка вращается не перпендикулярно факелу – приводят к размягчению неровного кольца трубки, фигуры из такой заготовки получаются несимметричные, косые. Вытягивая длинный ус, заготовка не вращается, то же и при раздувании – те же последствия. Поддувать размягчённое стекло следует щеками и небольшими порциями.
Штенгели
Штенгелем называют тонкую технологическую трубочку, впаянную в колбу ЭВП в удобном месте. Собранный прибор через штенгель присоединяют к откачному посту, удаляют воздух и при необходимости наполняют нужными газами или веществами. Штенгель готового прибора переплавляют около колбы – нагревают ручной горелкой, и давление атмосферы его сплющивает. На колбе остаётся характерная пупочка.
Здесь используется штенгель внешним Ø 5 мм.
Фото 13. Остатки штенгелей на макушке заводских радиоламп. Ø5 мм на мощном сдвоенном кенотроне 5Ц8С, 1970 г. р. Ø4 мм на «лысом» – с нераспыляемым геттером варианте стабилизаторного триода 6С19П 1964 г. р. НПО «Светлана», г. Ленинград
▍ Мелкие подготовительные работы с тонкой трубочкой
В зависимости от имеющегося в мастерской оборудования, штенгель может оканчиваться ровным оплавленным краем для присоединения металлическим цанговым зажимом, ровным необработанным краем или небольшим расширением в случае припаивания к вакуумной системе из стекла. В ряде случаев штенгель может быть присоединён к мягкому толстостенному вакуумному шлангу.
Фото 14. Конец отрезанного кусочка трубочки оплавляем аналогично Фото 3. Работать однако, приходится быстрее и аккуратнее, чаще осматривать готовое
Фото 15. Оплавленный конец заготовки штенгеля
Фото 16. Разогрев второй конец трубочки несколько дольше и шире, добиваемся полного заплавления канала – стекло стягивают в каплю силы поверхностного натяжения
Фото 17. Разогрев кольцо стекла и чуть раздув его, получаем т. н. оливку – местное утолщение для надёжного присоединения шланга
Фото 18. Обрезаем закрытый кончик штенгеля и оплавляем острый торец. Можно подключать шланг. Операция выполняется после припаивания штенгеля к колбе ЭВП
Фото 19. Получив на конце тонкой трубочки каплю горячего стекла (Фото 15), очень просто раздуть её до крупного пузыря с тончайшими стенками. Иногда это пузырь лопнувший
Фото 20. Прижав такой пузырик к плоской твёрдой поверхности, легко разрушаем его, оставляя более толстую и прочную вороночку-основание. Обычно она удаётся замечательно правильной формы
Фото 21. Такие вороночки, кроме прочего, помогают очень просто и на широком факеле спаять тонкие трубки, припаять штенгель к тонкостенной колбе и так далее
▍ Впаивание подготовленной трубочки-штенгеля
В работах участвует ручная горелка с соплом 0,3 мм, сжигающая гремучий газ из электролизёра, обогащённый толикой паров бензина.
Фото 22. Разогретая обычным образом заготовка помещается над небольшим языком светящего пламени (подогрев). Маленьким горячим игольчатым факелом сильно разогреваем точку на стекле – место для припаивания штенгеля
Фото 23. Не давая стеклу остыть, быстро и аккуратно раздуваем крохотный пузырик, обламываем его тонкий купол (на фото), слегка оплавляем основание в мягком пламени
Фото 24. Монтаж. Одновременно, держа заготовки по обе стороны от средней части мягкого пламени, разогреваем до начала малинового свечения торец полученного кратера на трубке-колбе и кончик тонкой трубочки-штенгеля и поаккуратнее слепляем их
Фото 25. Увы, слепленный не значит спаянный. Между неперемешавшимися стёклами деталей могут остаться незаметные глазу микротечи, через которые сложный прибор со временем насосёт воздуха и выйдет из строя. На фото – прилепленный в торец колбы штенгель
Фото 26. Пропаивал слепленные стыки деталей ручной горелкой, её крохотным горячим факелом, подогревая место работы в небольшом коптящем пламени
Фото 27. Работа мелкая и точная, поверх защитных дидимовых очков удобно надевать козырёк с лупой
Фото 28. Тщательно вращая, готовую работу закоптил в крупном светящемся пламени и укутал базальтовым одеялом
Фото 29. Впаянный штенгель. Учебная работа
Операция сложная, требует некоторого навыка. Обычные неприятности: часто заплавляется маленькое проходное отверстие между штенгелем и колбой. При пайке сильно разогревается место соединения и более или менее длинный штенгель, размягчаясь, падает или перекручивается. Приходится искать температуру подогревного пламени и место в нём. Такое горячее, чтобы стекло не растрескивалось при пайке и такое прохладное, чтобы детали не размягчались. Слепленное стекло часто растрескивается при повторном нагреве – шов лучше пропаивать сразу, не охлаждая работы.
Фото 30. Более устойчивы при работе и прочны в эксплуатации впаи тонкого штенгеля с несколько расширенным концом. Лучше раздуванием тонкостенного пузыря и скалыванием его непрочной части (Фото 20). На фото – учебная работа с такими впаями
Впаивание одиночного проволочного вывода
Операция, зависящая от группы стекла и, соответственно, проволоки, которую допустимо в него впаивать. Для платиновой группы это, понятно – платина или специальный недорогой биметалл – платинит (железоникелевый сплав со слоем меди).
Фото 31. Медь в стекле растворяется неважно, зато окись меди – будьте любезны! Поэтому платинитовую (и медную) проволоку перед запаиванием в стекло отжигаем в дальней окислительной части факела
Фото 32. Окисленную проволоку помещаем в отрезок стеклянной трубочки
Фото 33. Которую последовательно прогреваем, добиваясь отсутствия воздушных пузырей и положения проволоки в стекле более или менее по оси. Остеклованный ввод немедленно укутываем базальтовой ватой
Фото 34. Пара остеклованных вводов. Оценить качество впая металла в стекло можно по равномерности цвета (у платинита он ярко-розовый) и отсутствию включений и потемнений
Фото 35. Подготовим отверстие для электрода – разогреем конусное сужение на трубке-колбе и пинцетом или стеклянной палочкой оттянем тонкий усик
Фото 36. Обломав его, получаем удобное отверстие
Фото 37. Плавно разогреваем подготовленный торец колбы с вложенным внутрь электродом, помня, что детали нагреваются очень по-разному, а остеклование имеет внутренние напряжения
Фото 38. Разогреваем сужение и через размягчённое стекло пинцетом немного вытягиваем остеклованный электрод наружу. Хорошо прогреваем впай, при необходимости поддуваем выравнивая колбу и пинцетом поправляем стремящийся наклониться внутрь электрод. Замедленно охлаждаем работу
Следует сказать, что в реальных приборах из платинового стекла проволочный вывод составной, сваренный из нескольких частей из разных металлов.
Обычные неудачи: отожжённая платинитовая проволока, как правило, легко запаивается в стекло без брака, но впай до отжига имеет внутренние напряжения и склонен к трещинам. Неправильная форма впая может быть вызвана огрехами в подготовительных операциях.
Фото 39. Вид впая в отражённом свете. При ином освещении – фото 1. Колба – трубка Ø18 мм со стенками нормальной толщины
Фото 40. Аналогичный впай в тонкостенную трубку Ø26 мм (отмытая колба от трубчатой лампы дневного света)
Описанных операций довольно для изготовления некоторых газоразрядных приборов, в том числе и миниатюрных высоковакуумных насосов и датчиков. Следует сказать, что выполнение операций может и существенно отличаться – даже в учебниках классики кое-что делают по-разному.
На благо всех разумных существ. Babay Mazay, январь, 2024 г.
Автор: Сергей
