一种电真空器件熔封装置及方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种电真空光电器件制作装置及其工艺。

背景技术：
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超快现象(持续时间小于1μs)广泛地出现在自然或科学技术研究中。例如，植物的光合作用过程、超大规模集成电路所产生的电脉冲、半导体材料载流子寿命、激光材料中的超快光激发态驰豫过程、化学反应的分子动力学过程、生物材料荧光发射、激光器产生的超短激光脉冲其持续时间、强光与物质相互作用物理过程等多在皮秒至飞秒量级，甚至于阿秒量级范围内^[1]。因此超快现象研究对自然科学、能源、材料、生物、光物理、光化学、激光技术、强光物理、高能物理等研究及技术领域具有重要意义。

条纹相机能够同时提供超快过程的一维空间(或光谱)、一维强度和一维时间共三维超快信息。条纹相机作为目前唯一的高时空分辨率的超快现象线性诊断工具，在时间分辨的超快现象研究中发挥着难以替代的作用。条纹相机主要由输入光学系统、条纹变像管、图像增强器及耦合系统、扫描电控、图像采集及分析等组成。

条纹变像管是条纹相机的关键核心器件，主要由光电阴极、栅极、聚焦系统、偏转器及成像单元组成，其结构原理如图1所示。光电阴极用作条纹变像管光辐射探测敏感层，制作在条纹变像管输入窗口真空一侧，其功能是将被测辐射信息通过外光电效应转化为光电子；栅极及聚焦系统对包含被测目标信息的电子进行轴向加速，并将加速后电子束在垂直轴向方向调制；偏转系统通过所施加电压实现被测目标时间信息向空间信息转换；成像单元一般由荧光屏(或图像增强器、ccd等成像器件)构成，将被测目标信息显示为条纹图像，从而完成超快过程的探测。

本申请主要针对电真空光电器件，典型的例如条纹变像管内部电极的熔封组装。熔封过程既要保证每个电极之间的空间位置准确性，还要保证各电极之间相互位置精度，任一电极位置及相互关系产生偏差都会造成最终整管成像质量的严重缺陷甚至整管报废，因此装配精度和一致性要求很高；利用熔封装置的控制，可保证熔封组装的精度以及装配的一致性，同时控制熔封的深度，使得装配效率大大提升。

目前，传统的条纹变像管内部电极的装配都采用电极零件逐一点焊固定装配的方法，全部由装配工艺人员手工完成，该装配方法存在以下问题：

1)各电极零件逐一进行装配，各电极之间绝缘支撑结构需专门设计，使得多个电极的绝缘结构复杂多样。

2)装配过程中人工点焊，点焊及器件固定力度无法保证，焊接应力不均，造成后续器件制作过程中高温变形。

3)组装过程中各电极点焊位置差异，造成电极组装固定结构不同，部分固定结构各个期间都有差异。

4)装配效率及合格率低，后期调试需要花费大量时间。

发明目的：

本发明的目的是解决目前电真空光电器件装配过程中零件组装效率较低的问题，减少不可控的工艺环节以及手工操作，提高零件组件产品的一致性和互换性，从而提高电真空光电器件制作的效率及成品率。

本发明的解决方案如下：

该电真空器件熔封装置，包括台架、工作台、上模板、升降导柱、火头以及电控单元；所述工作台、升降导柱和火头均定位安装于所述台架的台面上，其中工作台与台架的台面平行，工作台上设置有绝缘子固定槽；所述上模板用于在其下表面固定待熔封的零件，上模板安装于升降导柱上并与工作台平行相对，在驱动机构的作用下能够沿着升降导柱向工作台移动；所述火头布置于工作台两侧对应于绝缘子固定槽，用于对绝缘子加热，火头能够受控偏转使得上模板与工作台合拢的过程中避免干涉相互工作。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下优化：

在台架的台面上、工作台下方设置有温度传感器，用于对绝缘子熔封温度进行监控。

在台架的台面上还布置了多个旋钮和/或按钮，分别对应于上模板升降动作手动开关及行程设定、火头的气体比例调节、火头动作开关及旋转方向和角度。

工作台的台面对应于工作台区域下部设置有隔热层。

上模板的幅面与工作台的幅面相当。

上模板设置有与所述待熔封的零件匹配的接口。

上模板的驱动机构采用驱动电机或气动执行件。

火头采用氧气和煤气两种气体混合气燃烧。

工作台采用石英制成。

应用上述电真空器件熔封装置进行零件熔封的方法，包括：

1)熔封准备

将待熔封的零件利用胎具组装固定于上模板的下表面；选定绝缘子规格，将绝缘子清洗、烘干备用；根据熔封结构的设计尺寸，调整并设置上模板的升降行程；调整火头的旋转方向和角度，确保火头朝向外侧；点燃火头，调节至火头燃烧平稳；

2)熔封过程

在工作台上的绝缘子固定槽中放入绝缘子，火头对绝缘子进行加热，当绝缘子加热温度达到500～800℃时，火头继续加热达到熔接温度要求，然后火头旋转移开、关闭火焰；上模板落下将零件与绝缘子熔封固定，1秒钟后升起，至此完成零件的一次熔封装配，冷却后从上模板拆下熔封装配的组件。

本发明具有以下有益效果：

利用本发明的熔封装置及工艺，可实现零件组熔封固定，使整个装架的工艺过程简化，受人为主观控制的变量减少，不同零件熔封工艺固化易于实现。

本发明使零件熔封牢固可靠，一致性高，熔封过程避免对器件造成污染，大大降低了对操作工艺人员的要求，对电真空光电器件装架质量及成品率都有较大提高，为电真空光电器件的制作节省大量人力物力。

该装置及工艺尤其适用于条纹变像管的绝缘固定，能够批量化规模化生产。

附图说明

图1是条纹变像管结构原理示意图。

图2是本发明的电真空器件熔封装置结构示意图。

图3是以条纹变像管为例的熔封工艺流程图。

附图标号说明：

a—阴极，b—栅极，c—聚焦系统，d—偏转器，e—荧光屏；

1—台架，2—工作台，3—上模板，4—升降导柱，5—火头，6—电控单元，201-绝缘子固定槽，301-用于配合固定熔封固定零件的接口。

具体实施方式

本发明的熔封装置主要由台架、工作台、上模板、驱动部分、玻璃火头、电控部分等组成，具体结构如图2所示。其中各部分功能如下：

台架部分主要由台面、矩形钢支撑腿等组成，作为该装置的主体部分，为其他执行元器件及模块提供支撑及安装位置，是整个装置工作的平台，在工作台区域下部加工隔热层，保证高温下正常工作；

工作台利用石英制成，工作台上加工出绝缘子固定槽，在玻璃火头高温熔封的过程中，既保证绝缘子的位置，也确保绝缘子不受污染，绝缘子形状不发生变化，使熔封后零件规整；

上模板主要用于对待熔封的零件进行固定，设计接口，工作时利用胎具将电极零件固定后，通过接口固定在上模板下表面(例如接口可为通孔，采用螺钉穿过通孔固定零件)，上模板在驱动电机(或气动执行件)的作用下可沿导柱上下移动，在绝缘子熔化状态下实现熔封；

导柱用来保证上模板待固定零件与工作台上绝缘子位置精度，在高温状态下快速实现定位熔封；

火头主要是对绝缘子加热，采用氧气和煤气两种气体混合气燃烧，将绝缘子加热至融化状态，在驱动装置的作用下，玻璃火头可以实现360°角回转，在熔封上模板与工作台合拢的过程中不干涉相互工作；

电控单元主要对整个装置的工作根据要求进行设定，为上模板的升降、火头的旋转等提供控制，火头的旋转与上模板下降过程连锁控制，为整个装置的安全工作提供保障。

另外，台面上还布置了旋钮、按钮等，各旋钮、按钮的功能主要是调整火头的气体比例，上模板升降动作开关及行程设定，两个火头动作开关及旋转方向、角度设定；台面石英工作台下方设置热偶，对绝缘子熔封温度进行监控，确保熔封工艺的一致性和稳定性。

具体的熔封工艺流程见图3，包括熔封准备及熔封过程。

首先要完成熔封前期准备工作，包括零部件的准备及熔封装置的设定。将待熔封的零部件利用胎具组装，通过接口与上模板的下表面固定；选定绝缘子规格，对绝缘子按照真空清洗工艺清洗烘干备用。根据熔封结构的设计尺寸，调整并设置上模板的升降行程；火头的旋转角度120°(两侧火头旋转方向相反)，旋转方向确保火头朝向外侧，避免旋转过程对操作人员造成伤害；开启气体阀门，点燃火头，利用台面左侧旋钮设定煤气、氧气等燃烧气体的压力值(或流量)，使火头的燃烧平稳。

熔封工艺主要过程：将电极零件装入上模板，按下台面右侧升降按钮，对升降行程确认，保证熔封的高度达到设计要求，精度±0.2㎜；将火头点燃，按下旋转按钮，对旋转角度及旋转方向进行确认；放入绝缘子，火头对绝缘子进行加热，同时通过工作台上安装的测温元件对绝缘子温度进行检测；电极熔封指当绝缘子加热温度达到500～800℃时，火头继续加热5秒种，按下台面右侧熔封按钮，则火头旋转120°并关闭火焰，上模板落下将电极零件与绝缘子熔封固定并升起。至此基本完成了电极零件的熔封装配，稍事冷却，从上模板拆下熔封组件。如果组件需要多点熔封固定，则将组件在此改变装配方案，并装入上模板，重复以上步骤，即可实现电极组件的多次熔封。其中火头的旋转确认只需一次即可，后续的熔封过程无需再做。熔封完毕后，关闭火头气源，关闭装置供电电源。