Самодельная газоразрядная Хабралампа V 1.1 / Habr

Ещё одна самодельная лампа с символами, из учебно-тренировочной серии с упрощённой обработкой и из дешёвого стекла от ламп дневного света (ЛДС). От предыдущих работ отличается крупной надписью с оригинальным, условно-объёмным расположением букв, работой на постоянном токе, компактным электродом-геттером из титана.

▍ 1. Концепция

Большая Хабралампа, работающая на переменном токе [1] вышла не вполне удачной по технологическим причинам, но и конструкция её электродов, очевидно, усложнена. Лаконичнее и проще в изготовлении лампа для работы на постоянном токе, например, [2]. Скрестим эти два прибора, а чтобы повторяться меньше, символы выполним трёхмерными.

▍ 2. Стекло

Стеклянная часть электровакуумного прибора (ЭВП) сделана из очищенных и протравленных кусков ЛДС типоразмеров Т8 и Т12, аналогично [1, 2]. Это стекло платиновой группы, требующее повышенной деликатности при нагреве и охлаждении из-за высокого коэффициента температурного расширения (КТР), впрочем, тонкие его стенки смягчают капризный нрав.

▍ 3. Стеклянные детали лампы. Колба

Фото 3.1. Заготовку крупной трубки запечатал — сильно разогрел её конец, захватил и оттянул размягчённое стекло пинцетом, переплавил сужение, поддув в открытый конец с оплавленными краями, выровнял полукруглое «пробирочное дно»

Фото 3.2. Сделал отверстие для впаивания штенгеля — технологической трубочки для откачки и наполнения лампы: подстудил донышко в негорячей части факела, ручной горелкой с маленьким горячим огнём разогрел точку на стекле, быстро и сильно продул мягкую часть колбы в тончайший пузырь. Сколол пузырик, оплавил края отверстия

Фото 3.3. Разогрел торец штенгеля и края отверстия на колбе, поаккуратнее слепил их, выровнял детали

Фото 3.4. Закоптил спаянное место в светящем пламени, уложил замедленно остывать в базальтовое одеяло

▍ 4. Стеклянные детали лампы. Гребешковая ножка

Фото 4.1. Короткую, чтобы не вихляла на державке, заготовку-трубку, насадил на пробку с ручкой в патроне шуруповёрта, разогрел свободный конец в сильном горячем пламени, сформовал юбочку графитовой развёрткой [3], повторил на обратной стороне заготовки

Фото 4.2. Заготовку с расширениями нагрел и сделал перетяжку, отколол вытянутый стеклянный ус-перемычку у основания деталей. Насадил деталь на полую державку, вложив в неё подготовленную пару трёхзвенных, никель-платинит-нержавейка, скреплённых проволочных выводов. Сильно разогрел место впая, сплющил стекло вокруг средней платинитовой части выводов. Спаянную ножку закоптил и уложил в базальтовое одеяло

Фото 4.3. Готовые ножки. Вместе с колбами (глава 3) отжёг их в электропечи для снятия внутренних напряжений

▍ 5. Электродная система

Пусть это будет недлинная надпись — всё тот же [1] «ХАБР», со сваренными из полосочек, буквами.

Фото 5.1. В этот раз применим для символов заготовки поуже и потолще — ленту из нержавеющей стали AISI 316, толщиной 0,4 мм. Она всё ещё неплохо режется простыми ручными ножницами по металлу

Фото 5.2. Элементы букв сварил контактной сваркой [4]

Фото 5.3. Элементы отрезал в размер кусачками плоскогубцев

Фото 5.4. Гнутые элементы из ровных полос сделал, повернув их концы на 90 ̊ — способ очень технологичный и не без своеобразной эстетики

Фото 5.5. Готовые буквы около колбы лампы — примерка

Фото 5.6. Рамку для однообразной установки букв сварил той же контактной сваркой из нержавеющей проволоки Ø 0,8 мм

Фото 5.7. Буквы в рамку установил, приварив к каждой по две нетолстых никелевых проволочки. Выгнул буквы, поминутно примеряя надпись в рамке к колбе прибора

Фото 5.8. Второй электрод с элементами геттера, собрал аналогично — контактной сваркой. Рамка из той же нержавейки, и того же размера, на рамку намотал и приварил титановую, Ø 0,3 мм, проволочку. Обе рамки с двух сторон снабдил проволочными отводами

Фото 5.9. Концы отводов обеих рамок временно сварил, скрепил их у основания стеклянными изоляторами — нагрел в пламени горелки, тут же разогрел палочку стекла, обмотал им проволочины и оплавил стекло в каплю

▍ 6. Сборка лампы

Фото 6.1. Выводы электродов укоротил, выгнув из них сверху распорку в колбе для электродной системы, снизу — оставив места для подключения к ножке лампы. Приварил к укороченным и сформованным выводам ножки

Фото 6.2. Примерка электродной системы на ножке к колбе лампы. Уже сейчас хорошо видно преимущества новой, по сравнению с [1], конструкции — прибор получается намного компактнее, а символы заметно крупнее. Заготовку колбы укоротил — обрезал накалённой проволокой [5]

Фото 6.3. Заварка лампы — разогрев край колбы в сильном горячем пламени, осаживаем его на юбочку ножки, ручной горелкой с маленьким пропано-кислородным факелом пропаиваем шов, поддувая в открытый штенгель, выравниваем место пайки

Фото 6.4. Тут же закоптим спай в светящем пламени и уложим работу в базальтовое одеяло для замедленного остывания

Фото 6.5. Спаянную остывшую лампу отожжём в печи для снятия внутренних напряжений. Медленный нагрев и остывание — полный цикл занимает без малого сутки. Максимальная температура отжига близка к началу размягчения стекла — под длинные висящие элементы приходится подкладывать опоры

Фото 6.6. Собранная лампа с открытым штенгелем

▍ 7. Откачка-наполнение лампы рабочим газом

Фото 7.1. Откачка лампы и наполнение её одноатомным аргоном с остаточным давлением около 250 Па, выполнена на упрощённой установке с ручным вакуумным насосом Комовского [6]. Работа выполнена методом замещения (промывки) в 10 циклов, по окончании лампу отпаял — переплавил штенгель у баллона

▍ 8. Включение лампы, тренировка

Фото 8.1. Первое включение лампы, постоянный ток, символы — катод. При токе около 10 мА, электрод светится только частично

Фото 8.2. Тренировка лампы — её работа с электродом-геттером, включённым катодом, а это его разогрев и, вероятно, распыление тонких частей

Фото 8.3. Работа лампы после нескольких часов тренировки — давление возросло, свечение стало размытее и получило явственный красноватый оттенок — в рабочем газе появился водород

Фото 8.4. Тем не менее надпись читается хорошо. Напряжение 212 вольт, ток 10 мА — через небольшое сопротивление лампа способна работать напрямую от осветительной сети, нагрев баллона умеренный

Фото 8.5

Фото 8.6. Работа лампы после ещё одного цикла тренировки — приэлектродное свечение стало выраженней и чуть ярче, но появилось много водорода, давшего красный объёмный фон. Электрические параметры остались близкими к прежним

Этой лампой мастер Гамбс заканчивает серию приборов из стекла от ЛДС и обработанных упрощённо.

▍ 9. Выводы

Подытожим последние работы, а это Хабралампа для работы на постоянном токе, изготовленная нами здесь, Хабралампа для тока переменного [1], Ё-лампа [2] и несколько упрощённых ламп [7, 9,10], изготовленных из того же стекла и по той же технологии.

Материалы. Очевидное — от стекла платинового [11] следует уходить к менее капризным стёклам молибденовой и вольфрамовой групп, тем более что добывать его приходится из ЛДС, буквально с риском для жизни из-за сопутствующих опасных веществ [8].

Стеклодувное. Юбочку гребешковым ножкам более или менее крупных размеров, делать только инструментом-развёрткой [3], а вращать заготовку механизировано — очень снижает процент брака при заварке лампы. Колбы делать только со штенгелем на макушке — конструкция ножки со штенгелем, встроенным, при ручном изготовлении себя не оправдала — упрощение при изготовлении деталей даёт большое усложнение при сборке — заварке лампы. Штенгель же наверху лампы настолько удобен в работе, что для его культурного припаивания не жалко изобрести специальное приспособление-станок, опять же — это ретровид у готовой лампы.

Фото 9.1. Вариант Хабралампы перед заваркой, со штенгелем, встроенным в ножку. Очевидно, при сильном нагреве низа колбы, в первую очередь будет расплавляться тонкий штенгель — его придётся защищать от повреждения металлическим экраном. Понадобится отдельная оснастка-державка для горячей лампы

Откачка-наполнение ламп в прежнем упрощённом варианте [6] никуда не годится — слишком низкое разрежение не даёт обезгаживания внутриламповых материалов даже при сравнительно высоком их нагреве, а это высокий процент ламп, работающих плохо.

Конструкция ламп, общие мероприятия. Титановый геттер, очевидно, работает, однако, перед установкой в лампу требует обезгаживания — нагрева в хорошем вакууме. Удалить впитавшиеся в него газы и прежде всего Н2, есть шанс и при правильной откачке лампы, а это, по крайней мере, 10^-3 Торр и 300 ̊ С. Перед заваркой лампы, следует хотя бы протравить электродную систему в сборе — очистить её от грубых внешних неорганических, а органические выгорают при отжиге, загрязнений.

▍ 10. Дополнительные материалы

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻