一種電真空器件熔封裝置及方法與流程
2023-10-09 13:39:04 1
技術領域：
本發明涉及一種電真空光電器件製作裝置及其工藝。
背景技術：
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超快現象(持續時間小於1μs)廣泛地出現在自然或科學技術研究中。例如，植物的光合作用過程、超大規模集成電路所產生的電脈衝、半導體材料載流子壽命、雷射材料中的超快光激發態馳豫過程、化學反應的分子動力學過程、生物材料螢光發射、雷射器產生的超短雷射脈衝其持續時間、強光與物質相互作用物理過程等多在皮秒至飛秒量級，甚至於阿秒量級範圍內[1]。因此超快現象研究對自然科學、能源、材料、生物、光物理、光化學、雷射技術、強光物理、高能物理等研究及技術領域具有重要意義。
條紋相機能夠同時提供超快過程的一維空間(或光譜)、一維強度和一維時間共三維超快信息。條紋相機作為目前唯一的高時空解析度的超快現象線性診斷工具，在時間分辨的超快現象研究中發揮著難以替代的作用。條紋相機主要由輸入光學系統、條紋變像管、圖像增強器及耦合系統、掃描電控、圖像採集及分析等組成。
條紋變像管是條紋相機的關鍵核心器件，主要由光電陰極、柵極、聚焦系統、偏轉器及成像單元組成，其結構原理如圖1所示。光電陰極用作條紋變像管光輻射探測敏感層，製作在條紋變像管輸入窗口真空一側，其功能是將被測輻射信息通過外光電效應轉化為光電子；柵極及聚焦系統對包含被測目標信息的電子進行軸向加速，並將加速後電子束在垂直軸向方向調製；偏轉系統通過所施加電壓實現被測目標時間信息向空間信息轉換；成像單元一般由螢光屏(或圖像增強器、ccd等成像器件)構成，將被測目標信息顯示為條紋圖像，從而完成超快過程的探測。
本申請主要針對電真空光電器件，典型的例如條紋變像管內部電極的熔封組裝。熔封過程既要保證每個電極之間的空間位置準確性，還要保證各電極之間相互位置精度，任一電極位置及相互關係產生偏差都會造成最終整管成像質量的嚴重缺陷甚至整管報廢，因此裝配精度和一致性要求很高；利用熔封裝置的控制，可保證熔封組裝的精度以及裝配的一致性，同時控制熔封的深度，使得裝配效率大大提升。
目前，傳統的條紋變像管內部電極的裝配都採用電極零件逐一點焊固定裝配的方法，全部由裝配工藝人員手工完成，該裝配方法存在以下問題：
1)各電極零件逐一進行裝配，各電極之間絕緣支撐結構需專門設計，使得多個電極的絕緣結構複雜多樣。
2)裝配過程中人工點焊，點焊及器件固定力度無法保證，焊接應力不均，造成後續器件製作過程中高溫變形。
3)組裝過程中各電極點焊位置差異，造成電極組裝固定結構不同，部分固定結構各個期間都有差異。
4)裝配效率及合格率低，後期調試需要花費大量時間。
發明目的：
本發明的目的是解決目前電真空光電器件裝配過程中零件組裝效率較低的問題，減少不可控的工藝環節以及手工操作，提高零件組件產品的一致性和互換性，從而提高電真空光電器件製作的效率及成品率。
本發明的解決方案如下：
該電真空器件熔封裝置，包括臺架、工作檯、上模板、升降導柱、火頭以及電控單元；所述工作檯、升降導柱和火頭均定位安裝於所述臺架的檯面上，其中工作檯與臺架的臺面平行，工作檯上設置有絕緣子固定槽；所述上模板用於在其下表面固定待熔封的零件，上模板安裝於升降導柱上並與工作檯平行相對，在驅動機構的作用下能夠沿著升降導柱向工作檯移動；所述火頭布置於工作檯兩側對應於絕緣子固定槽，用於對絕緣子加熱，火頭能夠受控偏轉使得上模板與工作檯合攏的過程中避免幹涉相互工作。
在以上方案的基礎上，本發明還進一步作了如下優化：
在臺架的檯面上、工作檯下方設置有溫度傳感器，用於對絕緣子熔封溫度進行監控。
在臺架的檯面上還布置了多個旋鈕和/或按鈕，分別對應於上模板升降動作手動開關及行程設定、火頭的氣體比例調節、火頭動作開關及旋轉方向和角度。
工作檯的臺面對應於工作檯區域下部設置有隔熱層。
上模板的幅面與工作檯的幅面相當。
上模板設置有與所述待熔封的零件匹配的接口。
上模板的驅動機構採用驅動電機或氣動執行件。
火頭採用氧氣和煤氣兩種氣體混合氣燃燒。
工作檯採用石英製成。
應用上述電真空器件熔封裝置進行零件熔封的方法，包括：
1)熔封準備
將待熔封的零件利用胎具組裝固定於上模板的下表面；選定絕緣子規格，將絕緣子清洗、烘乾備用；根據熔封結構的設計尺寸，調整並設置上模板的升降行程；調整火頭的旋轉方向和角度，確保火頭朝向外側；點燃火頭，調節至火頭燃燒平穩；
2)熔封過程
在工作檯上的絕緣子固定槽中放入絕緣子，火頭對絕緣子進行加熱，當絕緣子加熱溫度達到500～800℃時，火頭繼續加熱達到熔接溫度要求，然後火頭旋轉移開、關閉火焰；上模板落下將零件與絕緣子熔封固定，1秒鐘後升起，至此完成零件的一次熔封裝配，冷卻後從上模板拆下熔封裝配的組件。
本發明具有以下有益效果：
利用本發明的熔封裝置及工藝，可實現零件組熔封固定，使整個裝架的工藝過程簡化，受人為主觀控制的變量減少，不同零件熔封工藝固化易於實現。
本發明使零件熔封牢固可靠，一致性高，熔封過程避免對器件造成汙染，大大降低了對操作工藝人員的要求，對電真空光電器件裝架質量及成品率都有較大提高，為電真空光電器件的製作節省大量人力物力。
該裝置及工藝尤其適用於條紋變像管的絕緣固定，能夠批量化規模化生產。
附圖說明
圖1是條紋變像管結構原理示意圖。
圖2是本發明的電真空器件熔封裝置結構示意圖。
圖3是以條紋變像管為例的熔封工藝流程圖。
附圖標號說明：
a—陰極，b—柵極，c—聚焦系統，d—偏轉器，e—螢光屏；
1—臺架，2—工作檯，3—上模板，4—升降導柱，5—火頭，6—電控單元，201-絕緣子固定槽，301-用於配合固定熔封固定零件的接口。
具體實施方式
本發明的熔封裝置主要由臺架、工作檯、上模板、驅動部分、玻璃火頭、電控部分等組成，具體結構如圖2所示。其中各部分功能如下：
臺架部分主要由臺面、矩形鋼支撐腿等組成，作為該裝置的主體部分，為其他執行元器件及模塊提供支撐及安裝位置，是整個裝置工作的平臺，在工作檯區域下部加工隔熱層，保證高溫下正常工作；
工作檯利用石英製成，工作檯上加工出絕緣子固定槽，在玻璃火頭高溫熔封的過程中，既保證絕緣子的位置，也確保絕緣子不受汙染，絕緣子形狀不發生變化，使熔封后零件規整；
上模板主要用於對待熔封的零件進行固定，設計接口，工作時利用胎具將電極零件固定後，通過接口固定在上模板下表面(例如接口可為通孔，採用螺釘穿過通孔固定零件)，上模板在驅動電機(或氣動執行件)的作用下可沿導柱上下移動，在絕緣子熔化狀態下實現熔封；
導柱用來保證上模板待固定零件與工作檯上絕緣子位置精度，在高溫狀態下快速實現定位熔封；
火頭主要是對絕緣子加熱，採用氧氣和煤氣兩種氣體混合氣燃燒，將絕緣子加熱至融化狀態，在驅動裝置的作用下，玻璃火頭可以實現360°角迴轉，在熔封上模板與工作檯合攏的過程中不幹涉相互工作；
電控單元主要對整個裝置的工作根據要求進行設定，為上模板的升降、火頭的旋轉等提供控制，火頭的旋轉與上模板下降過程連鎖控制，為整個裝置的安全工作提供保障。
另外，檯面上還布置了旋鈕、按鈕等，各旋鈕、按鈕的功能主要是調整火頭的氣體比例，上模板升降動作開關及行程設定，兩個火頭動作開關及旋轉方向、角度設定；臺面石英工作檯下方設置熱偶，對絕緣子熔封溫度進行監控，確保熔封工藝的一致性和穩定性。
具體的熔封工藝流程見圖3，包括熔封準備及熔封過程。
首先要完成熔封前期準備工作，包括零部件的準備及熔封裝置的設定。將待熔封的零部件利用胎具組裝，通過接口與上模板的下表面固定；選定絕緣子規格，對絕緣子按照真空清洗工藝清洗烘乾備用。根據熔封結構的設計尺寸，調整並設置上模板的升降行程；火頭的旋轉角度120°(兩側火頭旋轉方向相反)，旋轉方向確保火頭朝向外側，避免旋轉過程對操作人員造成傷害；開啟氣體閥門，點燃火頭，利用臺面左側旋鈕設定煤氣、氧氣等燃燒氣體的壓力值(或流量)，使火頭的燃燒平穩。
熔封工藝主要過程：將電極零件裝入上模板，按下臺面右側升降按鈕，對升降行程確認，保證熔封的高度達到設計要求，精度±0.2㎜；將火頭點燃，按下旋轉按鈕，對旋轉角度及旋轉方向進行確認；放入絕緣子，火頭對絕緣子進行加熱，同時通過工作檯上安裝的測溫元件對絕緣子溫度進行檢測；電極熔封指當絕緣子加熱溫度達到500～800℃時，火頭繼續加熱5秒種，按下臺面右側熔封按鈕，則火頭旋轉120°並關閉火焰，上模板落下將電極零件與絕緣子熔封固定並升起。至此基本完成了電極零件的熔封裝配，稍事冷卻，從上模板拆下熔封組件。如果組件需要多點熔封固定，則將組件在此改變裝配方案，並裝入上模板，重複以上步驟，即可實現電極組件的多次熔封。其中火頭的旋轉確認只需一次即可，後續的熔封過程無需再做。熔封完畢後，關閉火頭氣源，關閉裝置供電電源。