news.shamcode.ru | Газоразрядная лампа с символами, своими руками

Текущая работа в домашней лаборатории-мастерской — практический крупный декоративно-сувенирный электровакуумный прибор (ЭВП), развитие прототипа [1] c аргоновым наполнением и дополнительным титановым электродом-геттером, распыляемым разрядом — для некоторого понижения давления и удаления нежелательных примесей в рабочем газе. В работе использовано дешёвое стекло от трубчатых ламп дневного света (ЛДС), несложное самодельное оборудование и оснастка, простые приборы и инструменты.

1. Стёкла, их заготовка

Применённое стекло от колб ЛДС типоразмеров Т12 и Т8 относится к платиновой группе [2]. Стёкла это дешёвые и распространённые, легкоплавкие, не темнеющие в восстановительном газовоздушном пламени, имеют зелёный или голубоватый цвет торца. Спецбиметалл платинит (электрические выводы приборов) в них впаивается легко и надёжно. Платиновое стекло, однако, имеет высокий коэффициент теплового расширения (КТР) и склонно к растрескиванию при нагреве или охлаждении.

Лампы-доноры вскрыл, нарезал удобными, около 30 см, частями [3], очистил внутренние стенки от люминофора с впитавшейся ртутью, отмыл заготовки в тёплой воде с мылом, протравил в 2% растворе плавиковой кислоты. Все работы выполнял на открытом воздухе — пары Hg и HF ядовиты.

2. Колба лампы

Оболочку (колбу) нашей ламы выполним прямой, цилиндрической, с технологической трубочкой-штенгелем на макушке, что упростит изготовление и впаивание сложного узла — гребешковой ножки прибора.

Фото 2.1. Оплавим травмоопасные края заготовки-стеклотрубки — разогреем её торец в сильном жёстком пламени

Фото 2.2. Сделаем на втором конце заготовки полукруглое «пробирочное» донышко: разогреем уже большую область в сильном пламени. На фото видно применение асбестового отражателя пламени и подставки с роликами

Фото 2.3. Захватив пинцетом край размягчённого стекла, вытянем его и переплавим тонкий усик

Фото 2.4. Сильно и равномерно разогреем запечатанный конец трубки в горячем, с добавлением в воздушное дутьё толики кислорода, пламени, позволим стеклу осесть, увеличив толщину стенки

Фото 2.5. Слегка поддув в открытый конец заготовки, выровняем донышко

Фото 2.6. Выполним отверстие для впаивания штенгеля: маленьким пропан — кислородным факелом ручной горелки сильно нагреем точку на подогретом донышке

Фото 2.7. Быстро и сильно продуем размягчённое стекло в тончайший пузырь, сколем его о твёрдую поверхность, оплавим края

Фото 2.8. В горячем факеле с добавлением кислорода сильно разогреем донышко, позволим силам поверхностного натяжения уменьшить диаметр продутого отверстия до нужного, рядом хорошо разогреем до размягчения конец штенгеля

Фото 2.9. Примерившись, прилепим мягкий край штенгеля к краям отверстия, поддуем в открытый конец колбы для выравнивания дна и контроля герметичности спая, придадим деталям соосность

Фото 2.10. Убрав воздушное дутьё, хорошенько закоптим изготовленный узел в светящем пламени и уложим стекляшку замедленно остывать в базальтовое одеяло

Фото 2.11. Несколько готовых колб для крупных ламп

3. Гребешковая ножка

Исторически ранняя конструкция ЭВП, несложная и хорошо подходящая для ручного изготовления.

Фото 3.1. Первым делом заготовим выводы. Здесь они трёхзвенные, собранные контактной сваркой [4]. В каждой части лампы применён нужный металл: платинит в середине обеспечивает вакуумплотный впай в стекло, наружу торчит никель — не распыляющийся в сильном пламени, гибкий, легко паяющийся низкотемпературным припоем. Внутри баллона лампы, экономвариант — нержавеющая сталь. Ступенчатая зигзагообразная форма выводов отчасти уменьшает высоту впая, отчасти повышает удобство сварки

Фото 3.2. Изготовление расширения-юбочки ножки. Сильно разогреваем край заготовки, отгибаем его графитовым инструментом-развёрткой. Механизированное вращение даёт хороший равномерный прогрев и аккуратный отгиб без складок

Фото 3.3. Набор заготовок для гребешковых ножек. Для сравнения габаритов, в руках у меня кусок колбы. Юбочка ножки должна сравнительно свободно в него входить, но не слишком сильно болтаться

Фото 3.4. Насаживаем развёрнутую с обеих сторон заготовку на ручку-державку и, хорошенько разогрев середину, делаем перетяжку — растягиваем, переплавляем утончение

Фото 3.5. Прогреем получившееся донышко в горячем пламени, осадим стекло для утолщения стенки

Фото 3.6. Захватим пинцетом конец детали и немного вытянем горячее стекло. Чиркнув алмазным надфилем, отколем лишнее на стальной призме [3], оплавим конец

Фото 3.7. Вставим пару скреплённых электродов в полую ручку державки, наденем сверху стеклянную деталь. Прогреем её конец в мягком пламени, сплющив стекло пинцетом, зафиксируем выводы в нужном положении — сварками внутрь для их механической прочности

Фото 3.8. Добавив в воздушное дутьё кислород, формуем и проплавляем место впая

Фото 3.9. Готовую горячую ножку закоптим в светящем пламени и остудим в базальтовом одеяле

Фото 3.10. Ножка, как и все спаи стекла с металлом — деталь сложная и ответственная. Перед сборкой частей лампы снимем их внутренние напряжения полным печным отжигом. Для платинового стекла режим может быть таким: нагрев со скоростью 0,02 гр/сек до 510 ̊ С, выдержка 30 минут, охлаждение со скоростью 0,01 гр/сек до 40 ̊ С. Длинные незакреплённые детали могут при этом провисать, изгибаться — их следует поддерживать

Фото 3.11. Готовые гребешковые двухвыводные ножки после отжига

4. Основная электродная система

Выполним её в виде символов какой-то недлинной узнаваемой надписи. Пусть наша лампа работает на переменном токе, с обоими светящимися электродами. Разделим надпись на две части, и одна из них будет подключена к первому электроду, вторая ко второму. Пусть надписью будет «Хабр» — название нашего интернет-сообщества — и недлинно, и символы несложные, и количество их хорошо делится пополам.

— Это что?
— Ну какой же, это крест? Ну скажите, это крест? Это скорее буква «Хе».
— Нет, любезнейший, это не буква «Хе». Это он, самый и есть, жребий.

К/ф «Обыкновенное чудо».

Фото 4.1. Соберём буквы контактной сваркой из вырезанных ножницами по металлу полосочек нетолстой нержавеющей стали

Фото 4.2

Фото 4.3. Приварим к каждой букве по нескольку Ni креплений-проволочек, визуально отделяющих символы от траверс

Фото 4.4. Траверсы каждого электрода выполнены из нержавеющей стали Ø 0,8 мм. Приварим на них буквы, обрежем лишнее. К концам траверс приварим по Ni проволочке для заделки в стеклянные изоляторы

Фото 4.5. Скрепим электроды на живую нитку — сварив концы проволочек на траверсах, сформуем нужный, около 3 мм, зазор

Фото 4.6. Скрепим электроды штатным образом — через стеклянные изоляторы — разогреем палочку стекла, обмотаем подогретые проволочины в нужном месте, оплавим в каплю

5. Вспомогательный электрод-геттер

Его задача — разрядом распылиться на стекло, связав ненужные газы в баллоне и несколько понизив давление газа рабочего [1]. Металл геттера — титан. Для впаивания одиночного геттерного электрода воспользуемся имеющимся в колбе штенгелем.

Фото 5.1. Электрод придётся заранее поместить в лампу и впаять в стекло после откачки. Незащищённая медная поверхность платинитовой проволоки может переокислиться при печном отжиге собранного прибора и дать текущий впай. Защитим платинит остеклованием — вытянем на конце трубочки тонкий капилляр, поместим в него вывод и откачав воздух перистальтическим насосом, прогреем капилляр вокруг проволоки. Атмосферное давление плотно обожмёт раскалённое стекло вокруг металлического сердечника, надёжно с ним спаявшись

Фото 5.2. Готовый геттерный электрод. На конце остеклования пинцетом вылепил тарелочку-изолятор, предотвращающую электрическое соединение электрода и напыляемого на стекло Ti зеркала. Траверса рамки — Ti Ø 0.5, уголки-полурамки из Ti Ø 0,3 мм

6. Сборка лампы

Фото 6.1. Сформуем выводы электродов и ножки, уточним их длину по месту, приварим контактной сваркой

Фото 6.2. Примерим сборку к колбе, оставив место для распыления геттера

Фото 6.3. Чуть отступив от ножки, укоротим колбу — чиркнем риску ребром алмазного надфиля, отколем стеклянную трубу накалённой нихромовой проволокой [3]

Фото 6.4. Заварка лампы — спаивание её частей в сборе. Плавно разогреваем край колбы в мягком пламени с применением отражателя

Фото 6.5. Пускаем кислород и в жёстком горячем пламени осаживаем край колбы на юбочку ножки, пропаиваем стык

Фото 6.6. Убираем кислород и воздушное дутьё, вдумчиво зачерняем место операции — первичное охлаждение, слой сажистого углерода равномернее распределяет температуру по капризному стеклу. Чумазую лампу укладываем в базальтовое одеяло для дальнейшего замедленного охлаждения

Фото 6.7. Остывшую лампу подвергаем полному печному отжигу для снятия внутренних напряжений в стекле. Режим, как и в п. 3.10

Фото 6.8. Упрощённым способом промывки [6] заменим атмосферные газы в колбе холодной лампы на аргон, оставим его в приборе при давлении ~200 Па, переплавим штенгель

7. Тренировка лампы — распыление геттера

Фото 7.1. Катодное распыление титанового электрода-геттера выполним на специальном блоке питания (БП) для разрядных трубок [5]. Рабочие электроды соединены вместе и подключены к «+» БП, геттер к «—». Напряжение 215 вольт, ток разряда около 10 мА

Фото 7.2. Вид на разряд крупнее и при некотором затемнении в помещении

Фото 7.3. Геттер после 6 часов разряда. Некоторое потемнение на стенках колбы от распылённого титана, сильный металлический налёт на тарелочке-изоляторе. Налёт, заметим, характерного красноватого оттенка — распылился верхний медный слой платинитовой ножки. Отметим и чистоту под стеклянным расширением — экран-изолятор работает хорошо, при сильном запылении стекла, зеркало с выводом не соединится

8. Включение

Фото 8.1. Свечение лампы на переменном токе. Напряжение на электродах ~280 вольт, ток около 80 мА

9. Выводы

В результате работы собран весьма крупный ЭВП с довольно сложной электродной системой, освоено ручное впаивание штенгеля в макушку колбы, отшлифованы сложные операции по изготовлению ножек и заварки прибора, усовершенствована конструкция распыляемого геттера.

Однако, однако. Несмотря на условную работоспособность лампы, конструкция её электродов оказалась неудачной — электрические параметры никуда не годятся, а колба сильно нагревается.

10. Дополнительные материалы

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻