Способ изготовления стеклянной прямоугольной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству вакуумных электронных приборов, в частности к производству вакуумных люминесцентных индикаторов, применяемых в устройствах отображения информации. Способ изготовления прямоугольной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора включает нанесение на четыре штабика, образующих рамку, методом сеткографии слоя легкоплавкого припоечного стекла, имеющего температуру плавления 370-390^oC, оплавление припоечного стекла, сборку рамки в сборочном устройстве-оправке, спаивание штабиков в рамку в конвейерной печи при температуре 450-470^oС с выдержкой при этой температуре в течение 20-25 минут. На штабики наносят слой припоечного стекла после оплавления толщиной, равной 0,3-0,4 мм, и длиной, большей на 30-50% ширины места контакта спаивания штабиков, которые сжимают с усилием в месте спаивания, создающим давление 0,20-0,25 кгс/мм². Устройство содержит четыре штабика, плоское наклонное основание с двумя поперечными и одним продольным упорами, подпружиненный упор. Оно снабжено тремя съемными пластинами и съемными подпружиненными зажимами. Плоские наружные пластины выполнены из стекла с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), близким к ТКЛР стекла штабиков. Внутренняя пластина выполнена из стекла, ТКЛР превышающим ТКЛР стекла штабиков, и имеет в углах выемки или фаски. Изобретение позволит снизить себестоимость рамок. 2. с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к производству вакуумных электронных приборов, в частности к производству вакуумных люминесцентных индикаторов, применяемых в устройствах отображения информации.

Одним из основных элементов вакуумного плоского люминесцентного прибора является стеклянная оболочка, которая образуется путем сплавления стеклянной анодной платы с плоским стеклянным баллоном (см. книгу Б.И. Горфинкеля и др. Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы. М., Радио и связь, 1983, стр. 33, 34). Взамен монолитного плоского баллона, изготавливаемого методом молирования в связи с целым рядом его эргономических недостатков (блики из-за остаточной сферичности, искажения информации знаков и др.), в настоящее время широкое применение нашла оболочка, состоящая из двух плоских стекол - анодной платы и покровного стекла - и промежуточной стеклянной прямоугольной рамки. Практически во всех разработках новых типов приборов (отечественных и зарубежных) используется сборная конструкция оболочки с применением указанной промежуточной рамки (приборы П-730, П-652, ВИ-3, П-782, П-806 и др.). Основными техническими требованиями, предъявляемыми к рамке, являются: герметичность по периметру, плоскостность, наличие прямых углов снаружи и оптимальных радиусов внутри, отсутствие напряжений в стекле. Прямые углы рамки без радиусов снаружи обеспечивают большую прочность прибора, так как отсутствуют консольные концы в углах соединений рамки с плоскими стеклами, кроме того, улучшается внешний вид прибора.

Внутренние радиусы в углах снижают внутренние напряжения в стекле в местах спаивания, увеличивают прочность рамки и баллона при последующих термических операциях и воздействиях. Плоскостность рамки необходима для герметичной спайки и с анодной платой, и покровным стеклом с минимальной разницей напряжений в местах соединения.

Известны несколько способов формирования стеклянных рамок и устройства для их изготовления. Так по японской заявке (см. заявку Японии N 3-75495, МКИ⁵: C 03 B 23/06, 23/207, публ. 02.12.92) описан способ изготовления стеклянной прокладки для люминесцентной индикаторной лампы, отличающейся тем, что листовое стекло разрезают на заготовки толщиной 2,3 мм, шириной 4 мм и длиной 210 мм. Участки заготовки - штабика, подлежащие изгибу, размягчают нагревом с помощью нагревателя и изгибают, придавая ей замкнутую форму - форму рамки, после чего концы заготовки сплавляют с помощью формующегося приспособления.

Способ и устройство для его осуществления имеют тот недостаток, что требуется точный локальный разогрев мест изгиба: при простом одноместном нагревателе нагрев мест изгиба осуществляется последовательно. При одновременном нагреве конструкция нагревателя резко усложняется. Требуется специальный формовочный инструмент для спайки. Кроме этого. рамка при изгибе заготовки имеет большие наружные радиусы (R_нар = r_в + , где R_нар - наружный радиус рамки, r_в - внутренний радиус рамки, δ - толщина заготовки). В местах изгиба стеклянной заготовки происходит выпучивание материала заготовки, т.е. нарушается плоскостность рамки, что является источником внутренних напряжений при изготовлении оболочки. По этому способу необходимы также операции и механизм изгиба заготовки.

Известен аналогичный способ изготовления стеклянной рамки по японской заявке N 63-11287, МКИ⁵: C 03 B 23/06// C 03 B 23/207, публ. 14.03.88, в котором стеклянный цилиндрический стержень в участках перегиба нагревают с внутренней стороны до состояния размягчения и изгибают под соответствующим углом при приложении внешнего усилия.

Недостатки этого способа аналогичны вышеописанному.

Для устранения недостатка выпучивания материала в местах изгиба в японской заявке N 3-66260, МКИ ⁵: C 03 B 23/06, опубл. 16.10.91 г., на способ формирования стеклянной рамы для стеклопакета, применяют прессование изогнутого участка перед отверждением инструментами, перемещающимися вверх-вниз перпендикулярно горизонтальной плоскости изогнутого участка, с целью сглаживания выступа, образовавшегося на участке изгиба.

Очевидно, что все остальные недостатки, приведенные выше, этим способом не устраняются. Устройство же для изготовления рамки усложняется за счет введения механизма преммования.

Известен также способ соединения стеклянных деталей методом спайки при температуре около 500^oC с применением ситаллоцементов (см. "Производство цветных кинескопов", под ред. В.И. Барановского, М., "Энергия", 1978 г., стр. 209 - 220). Этот способ используют для получения оболочки кинескопа путем спайки стеклянного экрана со стеклянным конусом.

При осуществлении этого способа на торцевую поверхность конуса методом выдавливания через сопло наносится слой ситаллоцемента - шликера толщиной примерно 1 мм, который затем подсушивается в течение 0,4 - 1,0 часа в зависимости от температуры подсушки. После этого производится совмещение конуса и экрана в контейнере, который затем помещается в печь. Цикл спайки производится при температуре 500^oC. Длительность цикла до 7,5 часов в зависимости от габаритов приборов и печей. При расплавлении толщина слоя уменьшается до 0,1 - 0,3 мм при удельном давлении на шликер ( 5 - 8 кПа).

Этот способ имеет также ряд недостатков. Он очень длителен и, следовательно, энергоемок. Точность нанесения ситаллоцемента путем выдавливания через сопло по массе герметика невысока, особенно при необходимости нанесения малых доз материала на детали небольших габаритов, что может привести к большому количеству брака при спайке, например, рамки индикатора, состоящей из 4-х штабиков.

Известным более точным методом нанесения слоев спаивающих герметизирующих составов на стеклянные детали является метод сеткографии, который широко применяется в производстве жидкокристаллических и вакуумных люминесцентных индикаторов на операциях образования оболочек, корпусов.

Аналогом заявляемому изобретению является способ и устройство для изготовления прямоугольной рамки вакуумного люминесцентного индикатора, применяемые в производстве по технологической документации 486.004 МК. Способ и устройство предусматривают сборку рамки из 4-х заготовок-штабиков в приспособлении, все детали которого изготовлены из графита. В этом приспособлении штабики, уложенные в виде рамки, помещаются в конвейерную печь, где при температуре 960^oC ± 10^o и атмосфере формиргаза (азот + водород) под воздействием груза происходит сплавление штабиков и образуется рамка. Плоскостность рамки обеспечивается плоскостью графитового основания, на которое помещаются штабики, и плоскостью графитового груза, помещаемого на штабики. Процесс в печи длится 110 - 120 минут.

Данный способ и устройство для его осуществления имеют целый ряд существенных недостатков, прежде всего этот способ весьма энергоемок, так как необходима высокая температура для сплавления стекла, требуется восстановительная атмосфера в печи, чтобы не разрушались графитовые приспособления. Так как процесс нагрева и охлаждения ведется плавно, чтобы исключить возникновение напряжений в стекле, то он очень длителен. Несмотря на это выход годных рамок низок и составляет не более 5%. Кроме того, стоимость графитовых деталей приспособления высока, так как дорог материал и сложна его обработка. Способ требует особых мер по технике безопасности, так как в печи присутствует водород. Все это приводит к большим затратам при изготовлении и высокой стоимости рамки. После сплавления штабиков рамку, в случае обнаружения дефектов сплавления, нельзя разобрать и все уходит в брак.

Сущность изобретения в следующем. Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в снижении себестоимости рамок за счет удешевления процесса (уменьшения температуры и длительности теплового процесса), исключения расходов на специальную газовую среду в печи (исключение формингаза), экономии затрат на изготовление устройств для сборки и сплавления, повышения выхода годных рамок за счет повышения точности проведения операции соединения штабиков в рамку и регенерации забракованных рамок.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления прямоугольной стеклянной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора, состоящей из четырех отдельных элементов - штабиков, включающем нанесение на штабики методом сеткографии слоя легкоплавкого припоечного стекла, имеющего температуру плавления 370- 390^oC, оплавление припоечного стекла, сборку рамки в сборочном устройстве - оправке, спаивание штабиков в рамку в контейнерной печи при температуре 450 - 470^oC с выдержкой при температуре в течение 20 - 25 минут, на штабики наносят слои припоечного стекла толщиной после оплавления, равной 0,3 - 0,4 мм, и длиной, большей на 30 - 50% ширины места контакта спаивания штабиков, спаиваемые штабики сжимают с усилием, создающим в месте спаивания давление 0,20 - 0,25 кгс/мм².

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное устройство для изготовления стеклянной прямоугольной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора, состоящей из четырех штабиков, содержащее плоское наклонное основание с двумя поперечными и одним продольным упорами, а также подпружиненный прижим, дополнительно снабжено тремя съемными плоскими пластинами и съемными подпружиненными зажимами для размещения и сжатия штабиков в местах спаивания с давлением 0,20 - 0,25 кгс/мм², при этом плоские наружные пластины выполнены из листового стекла с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), близким к ТКЛР стекла штабиков, а внутренняя пластина - из стекла с ТКЛР, превышающим ТКЛР стекла штабиков, и снабжены в углах выемками или фасками для избежания контакта их с местами спаивания штабиков.

Как показали эксперименты и изготовление опытных партий рамок из штабиков с размерами 28,0 · 3,8 ^+0,1 · 2,3 мм и 142,0 · 3,8 ^+0,1 · 2,3 мм для прибора П-782, при нанесении слоя пасты припоечного стекла, имеющего после плавления максимальную толщину сплавленного слоя 0,3 - 0,4 мм и при сжатии штабиков с усилием 1,8 - 2,2 кгс, что соответствует при площади спайки f_сп. = 3,9 · 2,3 = 9 мм² давлениям в шве 0,2 - 0,246 кгс/мм², обеспечивается прочная герметичная спайка штабиков без пустот, пузырей и пр. дефектов.

Длина слоя припоечного стекла составляла 3 - 3,5 мм, что соответствует при толщине штабика 2,3 мм 1,3 : 1,5 ширины места спайки, т.е. большие ширины места спаивания на 30 - 50%.

Спаивание производилось в воздушной среде конвейерной печи при температуре 460^oC ± 10^o, выдержка при этой температуре колебалась для различных партий от 20 до 25 минут при общей длительности цикла 70 - 75 мин. За счет смачивания стекла и поверхностных сил натяжения в расплаве образовался внутренний радиус в соединении r_в = 0,7 - 1,0 мм.

Изготовление и применение плоских пластин, верхней и нижней, из стекла с ТКЛР, близким к ТКЛР стекла штабиков, уменьшает вероятность смещения штабиков, нарушения их первоначального положения относительно друг друга в процессе нагрева и охлаждения пакета. Применение внутренней пластины, стекло которой имеет ТКЛР больше, чем ТКЛР стекла штабиков, исключает разрыв рамки при охлаждении, т.к. в этом случае внутренняя пластина сжимается на большую величину, чем рамка, образуется зазор между рамкой и внутренней пластиной и силового взаимодействия между рамкой и внутренней пластиной не возникает.

Сущность технического решения поясняется графическими материалами и описанием.

На фиг. 1 показан общий вид рамки, состоящей из 4-х штабиков - плоских брусков.

На фиг. 2 показаны штабики, на боковых сторонах длинных штабиков - места нанесения эмали. Здесь в_ш - ширина штабика; в_с - длина слоя стеклоэмали, в_с = (1,3 - 1,5) b_ш; δ_c - ширина слоя стеклоэмали после оплавления, δ_c = 0,3 - 0,4 мм.

На фиг. 3 показана принципиальная схема устройства в плане без верхней пластины и съемного зажима, сжимающего верхнюю и нижнюю пластины в пакет. В вырезе показана нижняя пластина с фасками.

На фиг. 4 - вид сбоку устройства с зафиксированными и сжатыми штабиками.

Рамка (фиг. 1) состоит из двух продольных стеклянных штабиков 1 и двух поперечных стеклянных штабиков 2 одинакового сечения, спаянных в четырех местах припоечным стеклом с внутренним радиусом в месте склейки "r_в".

Продольные штабики 1 (фиг. 2) подаются на сборку с нанесенными и оплавленными слоями припоечного стекла 3. Стекло нанесено на концы боковых сторон штабиков. Толщина слоя после оплавления δ_c = 0,3 - 0,4 мм, длина слоя в_с = (1,3 - 1,5) в_ш, где в_ш - толщина штабика.

Устройство (фиг. 3, 4) для осуществления заявляемого способа состоит из следующих элементов: наклонного основания 4, поперечного упора 5, двух продольных упор 6 подпружиненного прижима 7, съемного зажима 8, съемных плоских пластин 9, 10, 11, съемного зажима 12.

Способ осуществляется, а устройство работает следующим образом.

При снятых зажимах 8 и 12 и при отведенном прижиме 7 на наклонное основание помещают нижнюю пластину 10, которая под собственным весом прижимается к упорам 5 и 6, т.к. угол наклона больше угла трения. Затем на эту пластину помещают: первый продольный штабик 1 с нанесенными слоями внутрь до контакта с упорами 5 и 6; первый поперечный штабик 2 до контакта с поперечным упором 5 и продольным штабиком; помещают внутреннюю пластину 9 до контакта с размещенными поперечным и продольным штабиками; затем - второй поперечный штабик 2 до упора в пластину 9. После этого включают прижим 7, который поджимает поперечные штабики и внутреннюю пластину 9 к упору 5. Далее устанавливается второй продольный штабик со слоями припоечного стекла внутрь до упора в поперечные штабики. Сверху на штабики помещается верхняя пластина 11. Образуется пакет стекол. После этого с помощью подпружиненного зажима 12, один из рычагов которого входит в прорезь основания, сжимаются нижняя и верхняя пластины, т. е. сжимается пакет, фиксирующий штабики между этими пластинами. Далее штабики с помощью одного или двух зажимов 8 сжимаются с заданным усилием. Пакет, включающий в себя штабики, размещенные и зажатые между пластинами вместе с зажимами, снимается и помещается в конвейерную печь, где при температуре 460^oC ± 10^o производят спаивание штабиков в рамку. Общее время процесса нагрева до 460^oC выдержки при этой температуре 20 - 25 минут и охлаждения до комнатной температуры составляет 70 - 75 минут.

Применение этого способа изготовления рамок и устройства для его осуществления, как показало изготовление опытных партий рамок для прибора П-782, позволяет резко - в 2,5 - 3 раза снизить себестоимость рамок по сравнению со способом оплавления при температуре 960^oC ± 10^o за счет существенного снижения затрат на энергетику, изготовления устройств для сборки и склейки, описанных выше, повышения выхода годных до 80% (в зависимости от партии) регенерации рамок, в случае дефектов склейки. При регенерации рамки расклеиваются в азотной кислоте и после промывки штабиков снова запускаются в производство. Повысилась прочность рамок за счет снижения внутренних напряжений в углах рамки, т.к. при спаивании длина нанесенного слоя эмали обеспечивает образование внутреннего радиуса "r_в".

Основание устройства, упоры и прижимы изготавливаются из обычной конструкционной стали, схемные зажимы - из жаростойкой стали типа 12Х18Н9Т или Х25. Съемные плоские пластины - из дешевого листового стекла. Нагреваемая масса пакета (пластины и штабики) и зажимов значительно меньше, чем в случае сплавления штабиков в графитовых оправках. Подпружиненные съемные зажимы выполнены в виде клипс с плоскими пружинами, т.е. имеют простое конструктивное оформление и недороги в изготовлении.

Формула изобретения

1. Способ изготовления прямоугольной стеклянной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора, состоящий из четырех отдельных элементов-штабиков, включающий нанесение на штабики методом сеткографии слоя легкоплавкого припоечного стекла, имеющего температуру плавления 370 - 390^oС, оплавление припоечного стекла, сборку рамки в сборочном устройстве-оправке, спаивание штабиков в рамку в конвейерной печи при 450 - 470^oС с выдержкой при этой температуре в течение 20 - 25 мин, отличающийся тем, что на штабики наносят слой припоечного стекла толщиной после оплавления, равной 0,3 - 0,4 мм, и длиной, большей на 30 - 50% ширины места контакта спаивания штабиков, спаиваемые штабики сжимают с усилием, создающим в месте спаивания давление 0,20 - 0,25 кгс/мм².

2. Устройство для изготовления стеклянной прямоугольной рамки для оболочки вакуумного люминесцентного прибора, состоящей из четырех штабиков, содержащее плоское наклонное основание с двумя поперечными и одним продольным упорами, а также подпружиненный прижим, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тремя съемными плоскими пластинами и съемными подпружиненными зажимами для размещения и сжатия штабиков в местах спаивания с давлением 0,20 - 0,25 кгс/мм², при этом плоские наружные пластины выполнены из листового стекла с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), близким к ТКЛР стекла штабиков, а внутренняя пластина - из стекла ТКЛР, превышающим ТКЛР стекла штабиков, и снабжены в углах выемками или фасками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4