一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法

摘要

本发明公开了一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法，包括芯柱、封接在芯柱上的钼组透紫玻壳、安装在芯柱中的金属直杆、连接在金属直杆上的钼电极。本发明在高温日盲型紫外光电管排气时，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理钼电极。本发明有高灵敏度、高可靠长寿命、高响应速度、耐高温、对可见光和红外线不响应以及质量轻等优点。

权利要求

1.一种高温日盲型紫外光电管，包括有芯柱，其特征在于：所述芯柱顶部罩有与芯柱封接为一体的钼组透紫玻壳，有两对金属直杆安装在芯柱中，所述金属直杆一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从芯柱底部穿出，位于钼组透紫玻壳中还设置有两个钼电极，所述钼电极分别弯曲成断开的长圆形，钼电极断开端分别向下弯曲成相对于长圆面倾斜的引脚，一个钼电极的引脚与一对金属直杆一一对应连接，且两个钼电极的长圆面相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氩气、氖气和氦气的混合气体，其比例为1∶5∶20。

2.一种高温日盲型紫外光电管的制作方法，首先完成高温日盲型紫外光电管的装配，其特征在于：长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理钼电极，气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热钼电极和钼组透紫玻壳，使钼电极和钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。

说明书

一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光电管领域，尤其是能在250℃高温中工作的日盲型紫外光电管，具体为一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法。

背景技术

[0002] 现代战争是高科技战争，争取制空权及远程打击显得尤为重要。大批性能优异的各式战斗机群和导弹是实施空中打击的主要工具，而航空发动机的正常稳定工作具有非常重要的关键作用。目前美欧发达国家的战斗机已采用光电探测系统来监控的航空发动机的工作情况，日盲型紫外光电管是该探测系统中不可缺少的关键器件。目前紫外光电管领域一般的工作温度只能达到70℃，而航空发动机的舱内温度高达200多度，能在250℃高温环境中正常工作的紫外光电管，只有美国和少数几个发达国家才掌握该型紫外光电管的制作技术。

[0003] 这种紫外光电管是采用日盲型光电阴极，利用该阴极只对160nm～290nm光谱范围的紫外线辐射产生光电效应，当光电管受到紫外线辐射时，管内电极产生光电效应，逸出光电子，光电子在电场的作用下向阳极运动，高速运动的光电子与管内填充的工作气体原子碰撞而产生雪崩效应；从而可使光电管接收到的光子放大至上百万倍，因此形成有数倍于真空光电管的光电流。能很好的探测火焰中的紫外线辐射。而对日光和室内照明光源的辐射没有响应。目前国内生产的紫外光电管在工作温度上和光电参数方面同美国等发达国家的产品相比仍然存在一定的差距，还不能完全满足我国军用航空发动机系统的研制和生产需要。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法，以解决现有国内生产的日盲型紫外光电管在工作温度上和光电参数方面同美国等发达国家的产品相比仍然存在一定的差距，不能完全满足我国军用航空发动机系统的研制和生产需要的问题。

[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

[0006] 一种高温日盲型紫外光电管，包括有芯柱，其特征在于：所述芯柱顶部罩有与芯柱封接为一体的钼组透紫玻壳，有两对金属直杆安装在芯柱中，所述金属直杆一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从芯柱底部穿出，位于钼组透紫玻壳中还设置有两个钼电极，所述钼电极分别弯曲成断开的长圆形，钼电极断开端分别向下弯曲成相对于长圆面倾斜的引脚，一个钼电极的引脚与一对金属直杆一一对应连接，且两个钼电极的长圆面相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氩气、氖气和氦气的混合气体，其比例为1∶5∶20。

[0007] 一种高温日盲型紫外光电管的制作方法，首先完成高温日盲型紫外光电管的装配，其特征在于：长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理钼电极，气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热钼电极和钼组透紫玻壳，使钼电极和钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。

[0008] 本发明提供了一种高温日盲型紫外光电管及其制作方法，具有高灵敏度、高可靠长寿命、高响应速度、耐高温、对可见光和红外线不响应以及质量轻等优点。能够应用于飞机发动机监控系统、飞机舱内火焰监控系统以及主战车辆、舰船等全自动灭火抑爆系统中。附图说明：

[0009] 图1为本发明高温日盲型紫外光电管结构示意图，其中：

[0010] 图1a为俯视图，图1b为正视图。

[0011] 图2为本发明高温日盲型紫外光电管制作流程图。

[0012] 图3为本发明高温日盲型紫外光电管钼电极的结构示意，其中：

[0013] 图3a为俯视图，图3b为正视图。

[0014] 图4为几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邢曲线图。

[0015] 图5为高温烘烤钼组透紫玻壳的烘烤时间、温度曲线。

具体实施方式

[0016] 如图1所示。一种高温日盲型紫外光电管，包括有芯柱3，芯柱顶部罩有与芯柱3封接为一体的钼组透紫玻壳2，有两对金属直杆4安装在芯柱3中，金属直杆4一端伸入钼组透紫玻壳2中，另一端从芯柱3底部穿出，位于钼组透紫玻壳2中还设置有两个钼电极1，钼电极1分别弯曲成断开的长圆形，钼电极1断开端分别向下弯曲成相对于长圆面倾斜的引脚，一个钼电极的引脚与一对金属直杆一一对应连接，且两个钼电极的长圆面相互平行，钼组透紫玻壳2中还充有氩气、氖气和氦气的混合气体。

[0017] 如图2所示，高温日盲型紫外光电管的制作步骤如下：

[0018] (1)将钼丝压制成钼电极；

[0019] (2)将钼电极和四脚芯柱抛光处理；

[0020] (3)将钼电极点焊在四脚芯柱上；

[0021] (4)调节两电极之间的距离；

[0022] (5)吹制透紫玻壳；

[0023] (6)将透紫玻壳与芯柱封接在一起；

[0024] (7)对已封接好的管子排充气并下排气台。

[0025] 其中步骤(7)中，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理钼电极，气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热钼电极和钼组透紫玻壳，使钼电极和钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。

[0026] 本发明中：

[0027] 1、光窗材料的选择：

[0028] 由于紫外探测的特殊性，所以制造和测量对紫外灵敏的材料的技术显然不同于制造和测量探测可见光所用阴极制造技术。选择管壳材料或是输入光学窗材料的主要根据是：零件的准备，外壳的制造，装架，管子封口和光阴极制造，电真空器件生产中常用的普通玻璃能很好的透过可见光和红外线，但是波长短于300～350nm的紫外辐射确不能通过，在紫外探测辐射的光电管中，常用的是紫外玻璃，红斑玻璃，石英，蓝宝石或其他透紫材料制造管壳和光窗，透紫玻璃与普通玻璃不同，这两类玻璃中含杂质铁很少，因此分别能透紫到215纳米和280纳米的紫外线。日盲型紫外光电管的光窗材料需要能透过185nm紫外线的玻璃。石英玻璃虽然也能透过短波紫外线，但是加工比较困难，膨胀系数很小，不能与任何金属相匹配封接，要制作这种紫外光电管有一定的难度。因此我们选用能透过185nm紫外线的钼组透紫玻璃，该透短波紫外线玻璃的化学组成如表1所示，原料当中要严格控制氧化铁和氧化钛的含量，尤其是控制三氧化二铁的含量应低于0.006％，不然将严重影响玻璃紫外线的透过率。

[0029] 表1 透紫玻璃化学组成

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[0031] 2、日盲型光电阴极的选择：

[0032] 制造选择高温紫外光电管首先要选择能抗离子轰击的材料，可根据爱因斯坦光电方程：λ0＝1240(Eg+EA)，式中λ0为阴极材料的光电发射阈值(nm)；Eg为阴极材料的禁带宽度(eV)；EA为阴极材料的电子亲和势(eV)。若将290nm的光电发射阈值代入上式中，则Eg+EA的阈值必须在4.28eV附近。也就是说，要选择光电阴极的逸出功在4.28eV以上，量子产额随温度的变化越小越好。通过理论与实践相结合，金属钼的逸出功在4.37eV，同时金属钼的化学性质稳定，在任何温度下都不与紫外光电管的工作气体发生化学反应。而且金属钼的高熔点、高沸点温度(熔点2610℃、沸点4830℃)使得其在紫外光电管内不易发生溅射现象，有利于紫外光电管的稳定工作以及提高寿命。应用金属材料钼作为高温日盲型紫外光电管的电极是可行的。

[0033] 3、光电阴极的结构设计：

[0034] 光电阴极即钼电极的结构设计是光电管的重要设计之一，关系到光电管的光谱响应波长和光电效率。通过大量的试验，光电阴极的结构采用如图3的效果最佳。

[0035] 4、紫外光电管的结构设计：

[0036] 设计的思路是在进行结构设计时，一方面参考了国内外有关的文献资料，另一方面也充分利用了现有的工艺技术，采用充气光电二级管的方式。高温日盲型紫外光电管结构示意图，如图1。

[0037] 5、填充气体的试验：

[0038] 根据气体放电理论，光电管的工作电压的关键因素是电极间距离和气体密度。即在气体成分和电极材料一定，气体击穿电压是气体压强P和电极间距d乘积Pd的函数，且改变Pd时，起动电压有一最小值。

[0039] 图4是几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邢曲线。

[0040] 不同的气体巴邢曲线有明显的不同，因为气体击穿(着火)过程中起重要作用的r系数和a系数均与气体有关。不同的气体具有不同的电离电位，影响电子碰撞电离系数a；不同的电离电位还通过影响正离子的动能而影响正离子轰击阴极的表面电离系数r。通过试验我们采用，氩气、氖气和氦气按一定的比例混合效果最好。

[0041] 6、制作工艺的设计与实验：

[0042] 紫外光电管工作是否稳定很大程度上决定于管内气体成分是否保持稳定。若光电管电极等管内金属零件、管壳除气不彻底，在光电管工作过程中，导致管内金属零件和管壳将吸附的杂质气体释放出来，使光电管气体受到污染，从而导致光电管失效。因此，制定合适的排气除气工艺非常关键。经试验，采取长时间高温烘烤管壳，使管子充分地出气，应用电子轰击的方法来处理电极，既通过高压大电流的气体放电过程中通过气体中的电子多次碰撞，交出自身的能量来加热电极和管壳，使吸附的杂质气体可以顺利地释放出来。高压大电流的气体放电还可将光电阴极的毛刺去除，阴极的处理结合在高真空下闪烧，以求获得原子清洁的表面，达到所需的光谱响应值和最佳的光电效率。

[0043] 本发明的高温日盲型紫外光电管的光电参数如表2所示。

[0044] 表2 高温日盲型紫外光电管的光电参数

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