CN101794698B - 低压陶瓷气体放电管的充气方法及充气装置 - Google Patents

Abstract

一种低压陶瓷气体放电管的充气方法，用两种不同电离电位的单种气体按分子数量比分别充入真空封焊炉的炉膛中混合，混合气体进入置于炉膛中的待封焊的放电管内，最后将放电管的电极与陶瓷管密封封焊。两种单种气体为氖气和氩气，氩气所占分子数量为1.0～2.5％。一种低压陶瓷气体放电管的充气装置，包括加热及真空封焊***、与加热及真空封焊***连接的精密压力表，以及两个平行排列的充气阀门，两个充气阀门的气体出口处分别与加热及真空封焊***的充气口连接。本发明使两种混合气体的比例能按需要调节，对放电管的技术参数能实现精密控制，按本发明提供的两种混合气体的混合比例制作的低压陶瓷气体放电管可达到更低的直流击穿电压。

Description

低压陶瓷气体放电管的充气方法及充气装置

技术领域

本发明涉及陶瓷气体放电管制造技术，具体涉及低压陶瓷气体放电管的充气方法及充气装置。

背景技术

陶瓷气体放电管是在真空炉中用银铜焊料将Fe-Ni-Co合金制成的两个电极密封焊接于陶瓷管的两个金属化端口而制成的电元件，在密封焊接之前在陶瓷管内充有混合的惰性气体。陶瓷管内表面用铅笔画有四根与金属化层不相连的碳线，电极表面涂覆有利于电子稳定发射的电子粉，调整两个电极的间距以及充入管内的混合惰性气体气体压强，可获得各种技术性能的放电管。陶瓷气体放电管由于具有泄流能力大、电容小、绝缘电阻高的优良特性，被广泛应用于各类电子电器线路中，用于对设备和人员作过电压保护，尤其是防雷击。

在实际应用中，降低陶瓷气体放电管的击穿电压Vs以提高其保护对象的安全性，是重要的研究课题。影响击穿电压Vs大小有各种因素，包括气体种类、压强值、电极距离、阴极电子材料等。生产实践证实了巴邢定律，即在气体种类、阴极材料都确定的情况下，在放电空间里击穿电压Vs是气压和极距乘积的函数。然而，当放电管内有两种气体混合时，其击穿现象与单种气体不同，在放电中将出现潘宁效应。例如在氖气(Ne)中混入少量的氩气(Ar)时，能使气体的击穿电压低于纯氩气或纯氖气的击穿电压Vs。

根据上述物理现象，当前国内外普遍先将氖气与氩气按固定的3∶1的分子数量比例混合后贮存在钢瓶中。此方法所用的充气装置如图1所示，包括加热及真空封焊***1、与所述加热及真空封焊***1连接的精密压力表2，加热及真空封焊***1的充气口4连接有一个充气阀门3，采用手工控制充气阀门3的开启或关闭，掌控充气压强的大小。在加工过程中，待加工产品5堆叠置于加热及真空封焊***1底部的基座6上加工，包括真空除气、充惰性气体以及密封焊接。按上述充气方法装置制作的二极放电管按常规方法测试其Vs值一般在70V左右。此种充气方法存在如下不足：(1)两种混合惰性气体的比例一般为固定值，不能按需要调节，对放电管的技术参数不能实现精密控制；(2)贮存在钢瓶中的固定配比的混合气体随着使用时间的推移，钢瓶中的气体比例会有变化，从而使生产过程中放电管的技术参数随之变化，尤其是放电管的击穿电压Vs变化较大，质量难于控制；(3)制作的二极放电管其Vs值一般在70V左右，对于许多电子电器，该Vs值过高，对电子电器仍存在安全威胁。

发明的内容

针对现有充气方法的上述不足，申请人经过研究改进，提供另一种低压陶瓷气体放电管的充气方法，两种混合惰性气体的比例能按需要调节，对放电管的技术参数能实现精密控制；本发明方法还提供了两种混合惰性气体的最佳混合比例，由其制作的低压陶瓷气体放电管可达到更低的直流击穿电压，申请人同时提供了实现该方法的充气装置。

本发明的技术方案如下：

一种低压陶瓷气体放电管的充气方法，用两种不同电离电位的单种气体按分子数量比分别充入真空封焊炉的炉膛中混合，混合气体进入置于炉膛中的待封焊的放电管内，最后将放电管的电极与陶瓷管密封封焊。

所述两种不同电离电位的单种气体为氖气和氩气，其中氩气所占分子数量为1.0～2.5％。

具体步骤如下：

(1)将待加工的陶瓷气体放电管在真空度为1×10_-4P～5×10_-4P的真空封焊炉内逐步升温至720±2℃，除去瓷管、金属部件及电子粉三者所吸附的CO₂、N₂、NH₃等废气和水份，恒温20分钟，关闭扩散泵阀门，停止对真空封焊炉抽气；

(2)打开氖气管道充气阀门，让氖气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到按规定值计算出的中间值时，关闭氖气管道充气阀门；

(3)打开氩气管道充气阀门，让氩气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到规定值时，关闭氩气管道充气阀门；

(4)恒温20分钟后升温，将真空封焊炉加热至820～840℃，恒温15±2分钟后切断电源，自然冷却至200℃以下时取出陶瓷气体放电管，进入后道工序。

本发明还提供一种低压陶瓷气体放电管的充气装置，包括加热及真空封焊***、与所述加热及真空封焊***连接的精密压力表，还包括两个平行排列的充气阀门，所述两个充气阀门的气体出口处分别与所述加热及真空封焊***的充气口连接。

所述充气阀门为针形阀。所述针形阀的密封真空度数量级为10^-6P。

所述精密压力表的精度为0.4级，显示值为-0.1～0MPa。

本发明的有益技术效果是：

本发明用两种不同电离电位的单种气体分别按规定值单独充入真空封焊炉体中待封焊的放电管内，让他们自配混合。在仪表显示范围，Ar在混合气体中的比例能永远随需要固定或变化，在生产和科研中具有灵活性，更方便制造各类规格合格率很高的陶瓷气体放电管，其应用范围的拓展更具有前景。既能找到固定气体配比，不同压强P值时的最低击穿电压Vs值；也能找到相同压强P值、不同气体配比时的最低击穿电压Vs值。从而找到最佳的低击穿电压Vs值，形成了由点到面的完整工艺，适应各类击穿电压Vs的生产要求。

附图说明

图1是现有充气装置的示意图。

图2是本发明充气装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明进行具体说明。

本发明的充气方法是用两种不同电离电位的单种气体按分子数量比分别充入真空封焊炉的炉膛中混合，混合气体进入置于炉膛中的待封焊的放电管内，最后将放电管的电极与陶瓷管密封封焊。优选的，该两种不同电离电位的单种气体是氖气和氩气，其中氩气所占分子数量为1.0～2.5％，余量为氖气。

上述充气方法的具体步骤如下：(1)在充气前将待加工的陶瓷气体放电管在真空度为1×10^-4P～5×10^-4P的真空封焊炉内逐步升温至720±2℃，除去瓷管、金属部件及电子粉三者所吸附的CO₂、N₂、NH₃等废气和水份，恒温20分钟，关闭与真空封焊炉连接的扩散泵的阀门，停止对真空封焊炉抽气；(2)打开氖气管道充气阀门，让氖气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到按规定值计算出的中间值时，关闭氖气管道充气阀门；(3)打开氩气管道充气阀门，让氩气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到规定值时，关闭氩气管道充气阀门；(4)恒温20分钟后升温，将真空封焊炉加热至820～840℃，恒温15±2分钟后切断电源，自然冷却至200℃以下时取出陶瓷气体放电管，进入后道工序。

如图2所示，本发明还提供实现上述方法的低压陶瓷气体放电管的充气装置，包括加热及真空封焊***1、与加热及真空封焊***1连接的精密压力表2，还包括两个平行排列的充气阀门3和充气阀门3′，充气阀门3和充气阀门3′的气体出口处分别与加热及真空封焊***1的充气口4连接。在加工过程中，待加工产品5堆叠于加热及真空封焊***1底部的基座6上加工。本实施例中，充气阀门3和充气阀门3′为市售高精度针形阀，其密封真空度数量级达10^-6P；所述精密压力表2为市售商品，其精度为0.4级，显示值为-0.1～0MPa；加热及真空封焊***1为市售商品，上述各设备的连接方式与工作方式与现有技术相同。

本申请人的研究试验及生产实践证实，Ar-Ne混合气体中Ar气体的分子数量占1.0～2.5％时能获得最低Vs值的气体放电管。下面通过实施例进行说明：

实施例1：

低压陶瓷二极气体放电管(型号为2R55Φ5.5×6)的制造。材料准备如下：

Fe-Ni-Co合金电极：外径D＝Φ5.5，颈根直径d＝Φ3.9，总高H＝2.8，颈高H₁＝2.3，；

瓷管：外径D＝Φ5.5，内径d＝Φ4.0，高H＝4.95，画碳线4根；电子粉型号：K203.5，两电极间距离0.35(上述合金电极及瓷管为市售商品，单位均为毫米)。

充气条件为：充入Ne-Ar混合气，其中Ar所占分子数量为1.9％，精密压力表指示压强值为-0.078MPa。

由于精密压力表的起始值为-0.1MPa，因此按下式计算出只充入Ne时，在精密压力表2上显示的Ne压力值为：-0.078+[-0.1-(-0.078)]×1.9％，得到的压力值为-0.0784MPa。

充气过程如下：将上述合金电极及瓷管按现有技术进行总装配。将装配好的陶瓷气体放电管5堆叠于加热及真空封焊***1底部的基座6上，在密封真空度为5×10_-4P的真空封焊炉1内逐步升温至720℃，除去瓷管、金属电极及电子粉所吸附的CO₂、N₂、NH₃等废气和水份，恒温20分钟，关闭扩散泵阀门(图中未示出)，停止对真空封焊炉1抽气。打开氖气管道充气阀门3′，让氖气通过充气口4缓缓充入真空封焊炉1内，当精密压力表2指示达到-0.0784MPa时，关闭氖气管道充气阀门3′。打开氩气管道充气阀门3，让氩气通过充气口4缓缓充入真空封焊炉1内，当精密压力表2指示达到-0.078MPa时，关闭氩气管道充气阀门3。恒温20分钟后升温，将真空封焊炉加热至840℃，恒温15分钟后切断电源，自然冷却至200℃以下时取出陶瓷气体放电管。对产品进行1.2A交流电1.5秒时间的电子粉激活老炼。然后进行测试。

按上述工艺方法生产100只二极放电管产品，经常规方法检漏，未发现漏气和不合格产品；任抽14只经常规方法测试并记录其Vs值，测试数据见下表1-1：(单位V)

对比试验：采用图1所示充气装置，充气时采用氖气与氩气按固定的90：10的分子数量比例混合后贮存在钢瓶中的混合惰性气体，充气压强与上述相同，为-0.078MPa，封焊工艺与上述相同，即与前述技术方案的工艺步骤(1)、(4)相同，按此工艺方法生产100只二极放电管产品，经常规方法检漏，未发现漏气和不合格产品；任抽14只经常规方法测试并记录其Vs值，测试数据见下表1-2：(单位V)

从上表1-1及表1-2对比可知，在本发明上述实施例1充气方法下，当控制混合气体中Ar分子数量为1.9％时，二极放电管的直流击穿电压Vs平均值明显降低，已属于超低压放电管。

实施例2：

在实施例1的基础上，仅改变Ar所占分子数量为2.4％，其他工艺条件不变，进行生产。任抽14只产品测试并记录其Vs值，测试数据见下表：(单位V)

从上表可知，在实施例2的充气条件下，当混合气体中Ar分子数量占2.4％时，可制造出直流击穿电压Vs很低的二极放电管。

实施例3：

在实施例2的基础上，仅改变电子粉编号为D18K，其他条件不变，进行生产。任抽14只产品测试并记录其Vs值，测试数据见下表：(单位V)

从上表可知，与实施例2相比虽然改变了电子粉品种，但是在同样的充气条件下，仍可制造出直流击穿电压Vs很低的二极放电管。因此本发明的充气方法不受电子粉种类的影响。

实施例4：

在实施例1的基础上，仅改变Ar所占分子数量为1.0％，其他工艺条件不变，进行生产。任抽14只产品测试并记录其Vs值，测试数据见下表：(单位V)

从上表可知，在实施例4的充气条件下，当混合气体中Ar分子数量占1.0％时，可以制造出直流击穿电压Vs很低的二极放电管。

本发明同样适用于制作低压陶瓷三极气体放电管，也能有效降低击穿电压Vs值。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下，可以做出其他改进和变化。

Claims (1)

1.一种低压陶瓷气体放电管的充气方法，其特征在于用两种不同电离电位的单种气体按分子数量比分别充入真空封焊炉的炉膛中混合，混合气体进入置于炉膛中的待封焊的放电管内，最后将放电管的电极与陶瓷管密封封焊；所述两种不同电离电位的单种气体为氖气和氩气，其中氩气所占分子数量为1.0～2.5％；具体步骤如下：

(1)将待加工的陶瓷气体放电管在真空度为1×10^-4p～5×10^-4p的真空封焊炉内逐步升温至720±2℃，除去瓷管、金属部件及电子粉三者所吸附的CO₂、N₂、NH₃等废气和水份，恒温20分钟，关闭扩散泵阀门，停止对真空封焊炉抽气；

(2)打开氖气管道充气阀门，让氖气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到按设定的氖气和氩气比例计算出的只充入氖气时的压力值时，关闭氖气管道充气阀门；

(3)打开氩气管道充气阀门，让氩气缓缓充入真空封焊炉内，当精密压力表指示达到规定值时，关闭氩气管道充气阀门；

(4)恒温20分钟后升温，将真空封焊炉加热至820～840℃，恒温15±2分钟后切断电源，自然冷却至200℃以下时取出陶瓷气体放电管，进入后道工序。

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