显象管再生技术的探讨

作者：林和安

发表于《电视技术》 （1986,5）

一、引言

对一般黑白／彩色电视机从业人员来说，在维修各种电视机时，每每因缺少所需的零件或资料而大伤脑筋。万一碰到显象管本身出故障，就更感到束手无策。据统计，70％以上的显象管往往由于衰老和碰极而出现故障。虽然电视机的售价日渐降低，但显象管价格并不便宜，所以，修理有毛病的显象管仍然是值得的。

一般来说，显象管的主要故障是衰老。排除这类故障的方法通常有4种：①更换新的显象管；②提高显象管的灯丝电压：治标方法。能增强阴极的发射，可多用一年左右，但这会缩短显象管的寿命及增大短路的可能性；③更换显象管内的电子枪：这种方法是最彻底的。可修理再生仪无法排除的故障，如灯丝或电极断路、短路等，但先决条件是要设备齐全；另一方面，还要考虑再生管子所花费的时间、人力与收益相比是否合算。在香港及新加坡，因设备不足及利润太少，这个行业渐趋衰落。尽管如此，笔者仍然认为，假如在国内一些重点城市开展这项工作，仍大有可为。④显象管衰老及碰极可利用再生仪器来修复。

本文介绍一种新型的显象管再生仪及其工作原理。

较简单的显象管再生仪至七十年代中期仍很需要。因为在那时之前，显象管中均采用较大体积的阴极。这种显象管的再生，是利用短促而强大的脉冲电流轰击阴极。使阴极在强烈的噼啪声和闪光下表面脱落，露出新的表层，从而又恢复发射能力，并能持续工作一段时间。

二、显象管技术的变化要求? 再生仪有更高的指标

自七十年代中期以来，各种各样的需求导致显象管阴极体积变小。在管颈为29mm的一字形排列电子枪显象管内，需要较小截面的系统，因此阴极的体积也要相应缩小。阴极的灯丝功率分配更是受人瞩目，甚至这也是缩小体积的一个原因。我们已经不能安全地用旧式再生仪再生这些新型显象管了。

七十年代中期，新型显象管再生仪已经在市场上出现。相对说来，当时新研制出来的再生仪，在性能上已经相当可靠。最大的进步是利用镇流管配合窄脉冲电流进行工作。当然，经这种再生仪再生过的显象管，工作一段时间以后大部份都会再次丧失发射能力。严格的测试结果表明，不良的再生显象管必然于再生期间提高灯丝电压，这会导致在显象管内部发生不可控制的情况。此外，用这种再生仪只能消除控制栅极和阴极间的电极短路，对于阴极与灯丝间的短路就无能为力了。这就要对研制新一代显象管测试／再生仪提出更高的指标要求。即再生显象管的成功率应提高，80％的再生显象管的寿命必须达到一年以上，特别是那些被视为无法再生的显象管阴极，其发射能力已全部丧失，也应该经新研制的仪器能够再生；新式仪器的操作力求简化，灯丝与阴极的短路也能修复。为了说明新式再生仪研制方案的基本构思，有必要说明显象管的制造过程，以及碱土阴极的生产过程等。

三、显象管的部分制造工艺

1．碱土阴极

碱土金属钡(Ba)-锶(Sr)的混合晶体，不能在空气中保存，但它作为碳酸盐([Ba，Sr]CO3)，却可以在具有酸性和氮气的大气中良好地得到处理。这种碳酸盐同粘合剂混合，制成糊浆，涂敷在阴极载体上。典型的混合比例成份一般如下：5％CaCO3?，50％BaCO3?，44％SrCO3＋1％粘合剂；或15％CaC03?，50％BaC03?，?34％SrCO3十1%粘合剂。杂质和粘合剂的成份为一氧化碳(CO),镁(Mg),铜(Cu),铁(Fe),锰(Mn),镍(Ni)和硅(Si)。至于阴极帽和阴极罩则由镍、镁、铝合金制成（见图1）

在阴极连同电子枪系统一起安装在显象管的颈部以后，显象管就应处于抽真空状态，在玻璃管座的接点之间，伸出一个尚未封闭的抽气管，与气泵连接。显象管在高真空泵状况下抽真空期间，经历了不同的工序，这些工序对今后显象管阴极的完美元暇和持久的发射力，具有重大意义。在显象管内壁，通过蒸发钡铝合金中的钡形成吸附层镜面，这种合金以所谓吸气剂坏的形式存在，吸气剂环靠高频感应电流来加热。方法是由一个放置在显象管管身外面的线圈，利用高频功率发生器作信号源，在不到一分钟的时间里感应出高频电流，流经吸气剂环。高频电流的加热温度可达1300℃。在这段时间内，显象管的真空度已经达到约10-4托(Torr)。这样，金属钡就布满了显象管内壁(见图2)。

2．显象管阴极在抽真空时成形

阴极的形成过程是由钡-锶碳酸盐转化成钡-鳃氧化物[Ba，Sr]O。因此，阴极要经过不同阶段的多次高温加热才能成形。表1说明了阴极的形成演变过程。

表1：?阴极的形成过程

显象管处于高真空抽气状态下达3～4小时，此时显象管的管身温度用外部煤气火焰加热，持续保持在250℃至350℃。通过焊接抽气管，抽真空程序便以封闭显象管而告结束。这时显象管抽真空度已达到10-5托。由甲烷（CH4）和氢气（H2）构成的残余气体仍旧存在。显象管锥体和颈部的吸气剂涂层绝大部份由纯钡组成，只有很少的一部份转化成碳酸钡（BaCO3）和氧化钡（BaO）。阴极板实际上就由钡-锶氧化物组成。

接着，应将阴极作激活处理，使它具有持久的发射电子能力。激活过程示于表2。

表2：显象管管身焊接妥当后，阴极的激活过程

下列的化学反应和工序终结后，一个多孔的50微米(μm)至100微米(μm)厚的钡层（K-V）在阴极的表面处形成。

第6项化学反应要求显象管的阴极――维纳二极管接成直流回路；第1、2、3、4、项化学反应同时发生；阴极温度藉过度加热而达到；Sr（锶）与Ca（钙）的化学反应过程相似。

阴极表面的K-V表层在激活后由大约1微米厚的钡-锶晶体组成。该晶体仅在少许地方彼此结合，介于它们之间有许多大约4微米大的细孔，因此阴极的有效表面比阴极的几何面积大100倍左右。这时的显象管阴极才具有发射电子的能力（见图3）。

3．显象管阴极的使用和消耗

显象管在正常使用时，其阴极温度可达700℃。因此，阴极表面的钡不断蒸发。表3示出，一部分钡在工作期间是怎样被蒸发置换的。如果阴极不再发射，那是由于长久使用使阴极发生了以下相应变化所致：①K一V表层的钡-锶晶体连成一个玻璃状的表面。②阴极表面K-V已由钡-锶氧化物构成，金属钡已完全蒸发掉。③阴极板至阴极帽K-K的过渡区形成一个绝缘层，它的主要成份为氧化镁（MgO）和氧化铝（A12O3）。

下面将借助BMR90型显象管测试／再生仪来阐述显象管的再生过程。

四、显象管再生技术

表3?显象管使用期间，阴极藉还原而激活

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阴极表面一部分不断蒸发的钡，被阴极的氧化钡所置换。其化学方程式如下：

BaO+H₂＝Ba+H₂O

它成为发射阴极表面的一部份。金属钡奔向吸气剂，并在该处发生化学反应：

H₂O+Ba＝BaO+H₂

衍生物停留在该处，成为吸气剂镜面的一部分。氢气则成为残余气体的一部份。
在这个过程发生期间，衍生一种钡结晶体，在阴极表面逐渐形成一个玻璃状的平滑面，将无数的细孔封密起来，多孔性能完全丧失。阴极发射电子的能力因而大为减弱，显象管的亮度变得越来越暗淡，最后显像管的阴极完全失效。

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如使用本文所述的再生仪将失效的显象管再生，将不会损坏显象管的金属部份。此外，它还有一特制的二氧化碳抽气管，在激活阴极过程中，它将表面析出的一氧化碳（CO）和二氧化碳的电离气体抽到吸气剂涂层内，以此延长显象管的寿命。试验结果表明，再生管的寿命可达3000小时以上。

再生处理时，将阴极板加热至900℃左右，目的在于使构成阴极的金属，如铝、锶、钡、镁、钙等熔化。但900℃还未达到镁的沸点温度（表4）。

表4：显象管阴极元素的熔点和沸点

应把合适的脉冲电压加在阴极和第1栅极以及第2栅极之间，负端加在阴极，正端加在栅极，在阴极电路中建立一条电流通路。被熔化的氧和碳离子移动形成离子流，离子移动便留下原来占有的空位。离子自阴极表面上离开，进入真空中，与显象管内壁的吸气剂结合。那些妨碍阴极发射电子的化合物氧化镁和氧化铝（K-K表层的一部份）都被消除。与此同时, 在阴极表面的K-V层上产生了一种纯钡。

由于切断了加热电压，此时阴极就渐渐冷却下来，但电流仍然流动，这种情况是由于脉冲电压慢慢提高的缘故。混合物晶体的离子流流动所形成的空位，导致阴极表面产生无数新的细孔结构。因此，形成的这些细孔还有助于各种成份的金属熔化物逐步疑固。

需要再生的阴极应视损耗情况而定，从开始加热到结束，全过程通常持续30秒至3分钟。在这段时间里，用BMR90型再生仪进行控制，完成有效的显象管再生。此外，操作人员可通过观察测量仪表来控制电流过程。还可借助控制指示灯显示，了解阴极的成形是否存在阴极与控制栅极可能产生短路的危险。

BMR 90型再生仪同时也是一台测量仪。由于向顾客提供再生管的预期寿命值通常是很重要的，因此，BMR 90型显象管再生仪装置了特殊的测量设备，用来测量显象管阴极的预期寿命值。另外，与显象管阴极和控制栅极间的短路一样，阴极与灯丝之间的轻微碰极也可以利用该仪器产生一个氧化环将它们隔离。

厂家提供的大量附件（70种不同的管座连接器）使BMR 90型再生仪变成了一台多用途仪器。它也能再生示波管、摄象管、飞点扫描管及雷达显示管。借助BMR 90型再生仪的基本设备，可以连接大约800种不同型号的显象管。

这台仪器上的三个表头可同时测量彩色显象管的所有技术数据。红色电表专供黑白及单色显象管测量用。每个表头的三个刻度读数分别显示：①发射电流值；②显象管工作状态；③G1-K、K-F电极间是否短路及再生电流值。此外，使仪器还装有G1-G2电极短路指示灯，可进行显象管特性曲线、寿命、聚焦测试及阴极成形监控指示等。凭藉这些特色，BMR 90型已成为优良的电视显象管再生仪之一。

参考文献

[1]“显象管再生技术” ，《FUNKSCHAU》，1981，№20，PP．92一94

[2]西德MUETER（美达）厂，《BMR 90再生仪使用说明书》

[3]“显象管制造过程”，《特刊》西德ITT出版

[4]GRUNDIG彩电修理手册。

[5]TELFFUNKEN彩电修理手册。

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