Изготовление электрических ламп в домашних условиях. Часть 6. Самодельная ЛН. Вакуумирование

В этой части речь уже пойдет про вакуумирование самодельной лампы и, собственно, получение готового результата, так что приступим.

Не думаю, что нужно делать фото как работать с упомянутым в первой статьи перистальтическим насосом - по-моему все будет понятно и из описаний, как и процесс запайки геттерного электрода из титана. На снимке выше как раз показана уже откачанная этим же насосом лампа и хорошо запаянный титановый электрод. Для выполнения откачки всасывающий конец трубки насоса присоединяется к сформированному ранее оттяжкой конца колбы штенгелю, в который одновременно вставляется геттерный электрод как было показано на снимке в конце предыдущей статьи. Отсасывающий конец трубки насоса будет тем, который одновременно будет несколько втягиваться его роликами внутрь, поэтому в процессе откачки место подключения силиконовой трубки к штенгелю и сам насос приходится удерживать рукой.

Достаточная глубина откачки отслеживается по свечению разреженного воздуха в колбе, электроды которой со стороны ЛН подключаются время от времени к одной из концов высоковольтной обмотки источника высокого напряжения на строчнике. Об этом источнике было рассказано ранее в отдельной статье. При этом как раз через трубку будет течь небольшой ток, который возникает за счет емкости вторичной обмотки трансформатора к его магнитопроводу и далее через первичную обмотку на сеть, и также за счет емкости между телом человека и самой электросетью, нулевой провод которой обычно заземлен. Второй конец высоковольтной обмотки строчника при этом никуда не подключается. Следует дождаться времени, пока свечение на электродах ЛН не покроет их такой себе "шубой" хорошо заметной толщины. В начале откачки разряд будет тусклым и на них же возникнет участок эмиссии в виде точки, которая будет постепенно разрастаться, пока не покроет частично электроды тонкой яркой пленкой. При этом свечение самого положительного столба будет наиболее ярким (участок свечения между электродами ЛН и насосом). При продолжении же откачки положительный столб станет шире и тусклее, а светящаяся пленка на электродах ЛН покроет их полностью, отделившись при этом на некоторое расстояние. Ее яркость также уменьшится при этом.

На этом снимке как раз показан примерный и уже достаточный уровень предварительного разрежения (до высокого вакуума ЛН будет доведена с помощью распыления титанового электрода, как и говорилось). Толщина прикатодного свечения (с правой стороны) может быть и чуть меньше, но все же оно должно примерно вот так выглядеть. Только такого темного пространства как на фото из-за переменного тока не получится. Однако прикатодное свечение тем не менее возникнет "такого же типа", так сказать, так что снимок как пример подходит.

После достаточной откачки (она не занимает много времени, по памяти до 5 минут, поскольку изготовленная колба сравнительно небольшого размера) не отключая насоса зажигается малая горелка, и над ее огнем удерживается место будущей заварки геттерного электрода. Удерживается оно сразу у начала расширения колбы, т. е. начала оттяжки. И как только на штенгеле образуется вмятина от давления воздуха, то он тут же с огня выводится. Далее колба поворачивается вокруг своей оси, и штенгель снова вносится в пламя, для образования еще одной такой вмятины. И далее выводится из пламени повторно. Процесс стоит повторить еще один-два раза. И после делается такой отступ зоны нагрева в сторону насоса, на расстояние около 8мм, и штенгель уже сильно прогревается в огне, до свечения стекла. При этом колба снова поворачивается вокруг оси, но конец штенгеля удерживается второй рукой неподвижным - нужно так скрутить его, заодно обкрутив вокруг остекловки титанового электрода, чтобы все это герметично запаялось. Сделанные ранее вмятины на нем атмосферным давлением со стороны колбы не дадут размякшему стеклу вдавиться в колбу этим самым давлением до образования отверстия. Можно также заодно оттягивать конец штенгеля с подключенной трубкой, чтобы стянуть так его с электрода - размягченное стекло позволит такое. После запайки все отключается кроме источника на строчнике (получившуюся нить с остатка штенгеля можно также оплавить для безопасности), и касанием электродов для ЛН или электродом геттера проверяется герметичность запайки - свечение газа и разрежение должно сохраниться. Далее если вывод геттерного электрода полностью покрыт стеклом, то его можно легко спилить алмазным надфилем под струей воды - откалывать небольшую часть стекла кусачками или плоскогубцами не рекомендую про причине возможного растрескивания впая. Таким образом у нас пока что получилась неплохая разрядная трубка - для хорошей работы вольфрамовой спирали воздуха еще слишком много, и долго она не проработает.

Во время всех вышеперечисленных операций по запайке геттерного электрода стоит постараться сориентировать электрод как можно ближе к середине колбы (в нашем случае ближе к оси стеклянной трубки). Небольшие перекосы допустимы, но касание его к стеклу не позволит сильно прогреть геттер в разряде (чтобы не образовалось трещин), что может помешать эффективному жестчению.

После установки геттерного электрода уже можно переходить к предпоследней и, по-моему, наиболее красивой операции  во всей работе - так называемому жестчению трубки, или же углублению вакуума. Для этого пока еще газоразрядная лампа подключается к источнику питания на ТДКС (про него также шла речь в одной из предыдущих статей), минусом на геттерный электрод, плюсом (кабель, предназначавшийся изначально для питания анода кинескопа) - на саму ЛН. При этом распыляться в разряде будет только титан. Он является эффективным геттером и при этом мало распыляется в разряде. Поглощение воздуха возникает как за счет химических реакций титана с кислородом и азотом (с образованием нитридов и оксидов этого металла), так и благодаря реакциям с другими компонентами атмосферы кроме инертных газов. Они поглощаются за счет прибивания их же к стенкам колбы распыляемым металлом. И, думаю, некоторая часть газов поглощается самим разогретым титаном как губкой. Можно использовать и медную проволоку как геттер, но эффективность ее ниже и она сильно распыляется.

После подключения почти готовой лампы в ней возникает газовый разряд, который по мере распыления титана пройдет через несколько стадий, которые видны на серии фотографий выше. Поначалу у катода возникнет примерно такая же толстая пленка свечения, как и в конце откачки колбы насосом, и некоторое время может показаться что ничего и не происходит. Кстати, ток жестчения устанавливается переменным резистором ШИМ-регулировки и устанавливается таким, чтобы титановая проволока немного светилась от разогрева (на втором фото я как раз повысил ток). Это повысит скорость поглощения газов и повысит прогрев самой колбы, что помогает выделению газов из нее (хотя вряд-ли выделятся все - в заводских условиях при откачке колбы наверное прогреваются сильнее). Далее же постепенно можно будет заметить, как прикатодное свечение становится все шире, а ширина темного пространства все увеличивается. Положительный столб при этом может распасться на страты (отдельные небольшие светящиеся "сгустки"). По мере расширения прикатодного свечения температура титана через некоторое время вдруг начнет резко возрастать, поэтому не стоит отходить от лампы - если если не успеть убавить ток, то это может привести к перегреву стекла и его растрескиванию. Также может произойти оплавление остекловки титановой проволоки, что не очень хорошо - она изолирует возникновение разряда отдаляя его от места впая. Такое делает невозможным распыление титана на колбу в этом месте и короткое замыкание слоя распыленного металла на сам электрод. Последнее ухудшило бы процесс жестчения.

В конце-концов нагрев титановой проволоки начнет быстро уменьшаться, свечение газа гаснуть, а у катода появятся характерные участки люминесценции стекла от обстрела его электронами, как это происходит с экранами ЭЛТ. Этот процесс виден на предпоследнем фото подборки. Также может возникнуть яркое свечение частиц-остатков люминофора, если в качестве колбы используется трубка от КЛЛ или ЛЛ. Причем цвет свечения люминофора в этом случае может получиться совершенно иным, например красно-оранжевым, как в случае плохо отмытого люминофора тут. Электропроводность межэлектродного промежутка на этом этапе резко ухудшается, что приводит к возникновению коронных разрядов на неизолированных участках высоковольтной цепи (хорошо слышно по потрескиванию) и такое можно считать индикатором близкого завершения процесса. По мере погасания свечения разряда и стекла стоит выставить регулировку выходного напряжения источника на максимум. Это приведет на недолгое время к повышению яркости свечения, но поскольку геттер продолжает работать, то оно ослабеет вновь.

И когда колба полностью или почти полностью погаснет - работу по жестчению можно считать практически завершенной, теперь на вольфрамовую спираль можно подать уже наконец-то ток. При таком количестве ее витков, как на фото питающее напряжение тела накала получается примерно 3В. Прогрев спирали позволит испарить оксиды на ее поверхности. Заодно если на ней осталась какая-то грязь, то она тоже испарится. Последнее должно дать повышение давления в колбе и повторное возникновение более яркого разряда, поэтому придется подождать до очередного его погасания. Однако у меня такого газовыделения при прогреве уже отвакуумированной трубки не возникало, поэтому оно маловероятно.

Если трубка никак "не хочет" гаснуть полностью, то можно либо оставить все как есть - такое малое количество газов не должно сильно повлиять на срок службы лампы, или же немного форсировать источник питания, подав вместо 12В 16-ть. Это правда уже небезопасно для трансформатора, но как показала практика ТДКСы довольно стойкие и выдерживают такую недолгую перегрузку. Повышение напряжения питания колбы усилит ток через нее и ускорит поглощение газов.

Также стоит знать, что бывает сложно хорошо отвакуумировать колбу по причине начала пробоев остекловки геттерного электрода (будь то титан или та же медь). Точная причина такого явления мне пока неизвестна. Удалось только опытным путем установить, что менее к этому склонны титановые электроды, особенно если они впаяны не в бок колбы, а в оттяжку ее, как это и показано на первом снимке данной статьи. Такие пробои выглядят как точечное свечение остекловки, заметны по сильному мерцанию яркости разряда и специфическому звуку шуршания трансформатора (из-за резких хаотических колебаний тока в его нагрузке). В такой ситуации можно либо рискнуть и подождать (пробои могут дойти и до самой колбы вызвав трещину в ней), либо же сменить полярность питания лампы, тогда как геттер сработает вольфрамовая спираль и ее электроды. Это углубит вакуум сразу же, но полученная таким способом ЛН будет с потемневшей колбой. Или же можно оставить все как есть.

И финальной наконец операцией остается только разделить всю колбу на две части, запаяв перетяжку между ними. Делается это похоже на запайку геттерного электрода - без чрезмерного нагрева одной какой-то стороны этой самой перетяжки во избежание продавливания воздухом отверстия в ней. Необходимо сделать несколько подходов, чтобы стекло предварительно слиплось. И далее сразу же с помощью более длинного прогрева растянуть обе части в стороны, до разрыва полученной при этом стеклянной нити. Ее концы оплавляются в огне малой горелки, и на этом лампа готова! На данном последнем фото я привел также часть колбы с титаном для оценки его распыления и заодно чтобы можно было оценить размеры полученной лампочки. Точнее ее напряжение питания можно определить включив рядом от отдельного регулируемого источника питания с еще какой-либо маломощной заводской вакуумной ЛН на светлом фоне. И подбирая напряжение питания самодельной лампы довести ЦТ ее свечения ("теплоту-холодность") до совпадения с заводской лампой, и глянуть выходное напряжение источника при этом. Стоит учесть, что поскольку спираль теперь работает уже в вакууме, то при такой же температуре как ранее в ГЛН будет куда быстрее испаряться. Но, тут уже кому что нравится - больший срок службы или более высокая светоотдача. У меня изготовленная ранее ЛН по описанной в статьях методике отработала 3 часа - дольше не проверял просто, но думаю что могла бы еще долго светить и далее.