Запояване на платина в стъкло
Издухването на стъкло като такова е развито в древни времена. Въпреки това, ако искаме да развием електроника на лампата, изискванията към стъклото се увеличават - електродите трябва да бъдат запоени в стъклото, стъклото трябва да държи добре вакуум и лесно да издържа на многобройни цикли на нагряване-охлаждане.
Променя всичко. Или не.
Вакуумната тръба е налична, когато е наличен катоден материал. Най-простият материал, достъпен на човечеството за това, е платината. Още в дните на Френската революция и Наполеон се предлага не само самата платина, но и тънък проводник от нея, подходящ за направата на катод с директно нагряване.
Вакуумът също не беше труден в този момент - дори Торичели получи висок вакуум, напълно достатъчен за вакуумни тръби. Оттогава живачно-буталната помпа е подобрена малко.
Тоест всички компоненти на електронните тръби съществуваха. Има само един въпрос - възможно ли беше да ги сглобим, за да се получи стабилно работещо електровакуумно устройство?
Всъщност през този период духането на стъкло е достигнало високо ниво. Ето, например, портрет на Лавоазие със съпругата му:
На масата ясно се виждат стъклени вакуумни устройства с живачни и запоени медни вентили. Неща, направени толкова фино, колкото е позволявала технологията на времето. Като цяло, ако вакуумът по онова време е бил занимание в лабораториите на истинските учени, то експериментите със статично електричество по онова време са били много модерно занимание в домовете на богатите. И разбира се, занаятчиите отговориха на търсенето и започнаха да произвеждат комплекти за експерименти, като този:
Тук можете да видите, че уменията на духачите на стъкло са били много високи и те са можели лесно да запояват стъкло към метал. Въпреки това, лампата е топлинно натоварено устройство, давсе още има запоени електроди. Какво могат да ни предложат технологиите от онова време?
Нека първо разгледаме запояването откъм металната страна. Като цяло списъкът с метали, които могат да бъдат запоени към стъкло, не е много кратък:
Разбира се, различните метали се запояват по различен начин. При производството на радиолампи най-често се използват последните три в списъка: ковар, константан и ферохром. Металът, обозначен като "платинит", също е интересен. Платинитовият проводник е композитен, има сърцевина от никелова стомана и медна обвивка, чието тегло е една четвърт от теглото на жицата.
Разбира се, бих искал да използвам такъв доста евтин материал като Kovar. Състои се от желязо, никел и кобалт. Като цяло има шанс да го получите в тази епоха. Никелът е открит през 1751 г., а кобалтът - през 1735 г. Тоест тези материали могат да бъдат получени. Тяхната сплав с желязо обаче е доста сложна. Желязото, което се използва там, трябва да има по-малко от 0,01% въглерод и тъй като сплавта е огнеупорна (1450 o C), това може да бъде забавно за няколко години.
Следователно за първите лампи може да се препоръча платина за запоени електроди. Трябва да кажа, че платината е метал, който се запоява към стъкло с най-доброто известно качество. Освен това платината може да се запоява като цяло във всички видове стъкла, с изключение на кварца, и дори тогава само защото температурата на омекване на кварцовото стъкло е по-висока от точката на топене на платината. Платината е благороден метал, при нагряване не се покрива с филм от оксиди и е идеално намокрен със стъкло.
Запояването на платинена тел до 0,3 mm се класифицира като "изключително лесно". За да направите това, вземете стъклена тръба, в края на която се прави кръгло дъно, в центъра на което се издърпва иглата. Иглата е счупенадокато се образува дупка, където с пинсета се вкарва тел и стъклото се омекотява на мястото на запояване. Чрез нанасяне на омекотеното стъкло се постига плътно прилепване на телта към стъклото.
Тел с по-голям диаметър се запоява малко по-трудно - чрез навиване на омекотена стъклена пръчка върху платинена тел. Ръчно изработените мъниста се правят по подобен начин сега, само че в случая на платина, тя прилепва перфектно към стъклото.
Но платината е скъп метал. Поради това се препоръчва да се използва възможно най-малко, само къси парчета на кръстовището и след това да се заварява медна тел към платината. Това също не е проблем дори в онези дни. За да направите това, краят на медната жица се разтопява на тесен и силен пламък на стъклена горелка, докато се образува малка топка с диаметър около един и половина пъти диаметъра на телта. Веднага след получаване на топката, тя се свързва с парче нажежена платина и се оставя да изстине. Не ракетна наука.
Е, остава последният въпрос - съставът на стъклото, който е оптимален за електровакуумни устройства. Като цяло, ако направите размера на крушките на електронните лампи достатъчно голям, тогава можете да опитате да използвате стъклото от онова време, то е доста развито. Поне оловен кремък се приготвя от 1775 г. Но за да отхвърлим всички критики, нека подготвим боросиликатно стъкло. Основната му разлика е заместването на алкали с борен анхидрид B2O3. Това дава поразителен ефект - стъклото придобива нисък коефициент на топлинно разширение, силата и химическата устойчивост рязко нарастват. Нека да разгледаме състава на боросиликатните стъкла:
Тук се интересуваме от линията "електровакуумно стъкло". Вижда се, че от всички сложни компоненти се нуждаем само от борен анхидрид. Какво ще кажете за неговата наличност по време на Френската революция?
Чистият бор е получен от Gay-Lussac през 1808 г. Но той е получен от ... борен анхидрид, който е точно това, което е необходимо за стъкло! Като цяло естествените съединения на бора ("боракс") са известни от ранното средновековие. Използван е за спояване на метали, главно злато и сребро. През 1702 г. Гомберг чрез калциниране на боракс с железен сулфат получава борна киселина, която се продава в аптеките под името "Успокояваща сол на Гомберг". Тази киселина при нагряване се дехидратира до борен анхидрид.
Като цяло не виждам причина защо е невъзможно да се направи тръбен приемник за Наполеон - докато всъщност се използват само онези части, които вече съществуват по това време.
Референции: S.F. Веселовски. Стъклодувно дело, 1952 г. V.S. Зимин. Стъклодувно и стъкларско оборудване за физични и химични експерименти. 1974. I.I. Китайгородски. стъклена технология. Том 1. Технология на топене на стъкло. 1939. Е. Ангерер - Техника на физическия експеримент. 1962.