Materiales para la fabricación de las placas (ánodos) de las válvulas 3ra PARTE
Para quienes no lo hicieron, es interesante leer primero las partes 1 y 2, y luego leer esta tercera parte.
1era Parte, ver:
Distintas nomenclaturas y modos de funcionamiento de válvulas termoiónicas
2da Parte, ver:
Distintas nomenclaturas y modos de funcionamiento de válvulas termoiónicas
Continuamos con:
Materiales para placas económicas hechos con acero carbonizado (placas negras económicas) (cheap black plates)
El Laminado de acero en tiras o flejes se lo carboniza por los métodos de carbonización gaseosa (gas-carbonized), o por suspensión carbónica (slurry-carbonized) indistintamente.-
Gas carbonized/ Slurry Carbonized : ver explicación de estos métodos en la PARTE 2.-
Este es un material de placa sumamente barato, suministrado para la fabricación de válvulas económicas, hechas a fasón, sin marca, solo la denominación y el país de origen, o con la marca del comprador, quien generalmente era fabricante de equipos electrónicos de baja calidad.-
Si bien este tipo de material tiene buena emisividad termal (producto de la carbonización), tiene por el contrario una cuantiosa cantidad de gas residual, de 200 a 350 microlitros por gramo de material, a este inconveniente hay que sumarle partículas perdidas (también producto de la carbonización) que ocasionan una menor vida útil , producto de la cantidad excesiva de gas, y/o chisporroteo entre electrodos (arcing), etc., etc.-
Los tres últimos materiales que se detallarán a continuación pertenecen al grupo de Alitizados (Alitized), con la diferencia que en ellos intervienen 3 metales distintos en la elaboración del material de placa.-
Materiales para Placas hechos con Aluminio-Níquel- Acero (ALNIFER)
ALNIFER , (material desarrollado entre los años 1958 y 1959) es un fleje o tira, a partir de laminado de acero con bajo contenido de carbono, revestido por un lado, con aluminio y por el otro lado, con níquel, este material se fabrica por el método de rolado en frio, en general posee similares propiedades que los materiales *alitizados (*alitized) de acero revestido con aluminio (aluminum–clad steel), con la diferencia que la superficie expuesta del lado revestido por níquel permanece brillante.-
Según los requerimientos, el espesor del aluminio varía 0,01 mm a 0,02 mm y el níquel ronda el 10% del espesor total, cuyo valor varía de +- 0,15 mm a 0,27 mm.-
ALNIFER está sugerido para el uso en tubos donde los problemas por pérdidas o fugas en el conjunto cátodo-calefactor sea originado por las altas temperaturas del calefactor, la superficie brillante y reflectante del níquel que reviste al acero de la placa por el lado que mira al cátodo, incrementa la temperatura de este, permitiendo rediseñar un calefactor de temperatura más baja, reduciendo de este modo las pérdidas o fugas del conjunto cátodo-calefactor.-
La superficie de níquel claro y brillante está libre de partículas perdidas, ALNIFER está recomendado para su uso en tubos para altas tensiones, y tubos rectificadores con espacios interelectródicos muy cercanos.-
* alitización, * alitizados, (*alitization), (*alitized): oscurecimiento de la superficie de la placa, producto de la formación de un compuesto intermetálico entre el acero y el aluminio (Fe Al3 o más complejos), cuyo color característico es el gris oscuro, y que ocurre cuando la placa y los demás electrodos y elementos ya dentro de la válvula son sometidos al calentamiento por alta frecuencia a una temperatura mayor de 658°C, proceso que es simultáneo con la desgasificación y el vacío.-
ALNIFER es un material de muy buena emisividad termal, cuyo valor es ®0,80.-
El contenido de gas es muy bajo, de 10 a 20 microlitros de gas por gramo de material.-
®= emisividad termal relativa de un cuerpo negro.-
Alnifer, y Aliron, han sido marcas registradas de una asociación entre General Electric y Texas Instruments, bajo el nombre de Metals & Control Corporation, la división de metales y composites para placas se llamó “General Plate Division”.-
Materiales para Placas hechos con base Cobre-Acero-Aluminio (COPPER-BASE ALIRON)
Copper-Base Aliron, (material desarrollado en el año 1960) es un laminado metálico de 3 capas (sándwich) , consta de un laminado central de acero de baja aleación, revestido por un lado con laminado de aluminio y por el otro con laminado de cobre OFHC (oxigen free-high thermal and electrical conductivity, libre de oxígeno y alta conductividad térmica y eléctrica), Copper-Base Aliron también fue conocido bajo el nombre de 3-ply bonded plate material, producto introducido en el mercado por General Electric, pero cuyo desarrollo fue en asociación con Texas Instruments, quienes crearon a tal fin, la Firma Metals & Control Corporation, con su división “General Plate Division”, cierto tiempo después esta empresa comercializó este producto a otros fabricantes, como Sylvania, Amperex, Tung-Sol, RCA, etc.-
El laminado central de acero ronda el 50% del total, el de cobre ronda el 45%, y el de aluminio ronda el 5% restante, la unión de las tres capas se realiza con un sistema de pegado (bonded) por rolado, prensado y laminado en frio, partiendo de un espesor determinado y reduciéndolo en varias pasadas para lograr la unión, luego se somete al material a un tratamiento térmico para lograr una unión más fuerte, el espesor final de este material ronda los 0,18 mm.-
Una vez montada la placa y los demás electrodos, el lado de cobre de la placa es el que mira al cátodo, el cobre por su alta conductividad térmica distribuye uniformemente la temperatura en toda la placa, evitando los red hot spots (puntos o manchas rojas calientes), situación que sucede cuando la válvula está exigida al límite, o por encima de su régimen de servicio, el laminado central de acero sirve de soporte estructural, y el lado exterior de aluminio, que obscurecido luego de la * alitización (*alitization), cumple la función de radiar la alta temperatura de forma muy eficiente.-
* alitización, *alitizados, (*alitization), (*alitized): oscurecimiento de la superficie de la placa, producto de la formación de un compuesto intermetálico entre el acero y el aluminio (Fe Al3 o más complejos), cuyo color característico es el gris oscuro, y que ocurre cuando la placa y los demás electrodos y elementos ya dentro de la válvula son sometidos al calentamiento por alta frecuencia a una temperatura mayor de 658°C, proceso que es simultáneo con la desgasificación y el vacío.-
Por ser un laminado asimétrico compuesto por cobre, acero, y aluminio, metales que poseen expansiones térmicas distintas, al calentarse tiende a deformarse y curvarse, sin embargo esto se soluciona con el diseño de las placas, reforzándolas con nervaduras y pliegues extras, su funcionamiento y rendimiento es excelente, y se ha utilizado este material principalmente en válvulas rectificadoras con cátodo calefactor indirecto, con distancias entre placa y cátodo muy cercanas, tipo 5AR4, 6AX5, 3DG4, 6CA4, etc., etc., logrando compactar el tamaño, aumentando la corriente de placa, y reduciendo significativamente la caída de voltaje interno .-
Este material tiene muy buena emisividad termal, cuyo valor es de ®0,85.-
Su contenido de gas relativo es bajo, de 35 a 40 microlitros de gas por gramo de material.-
®= emisividad termal relativa de un cuerpo negro.-
Materiales para placas hechos con Núcleo de cobre, “COPPER-CORED ALIRON”
Copper-Cored Aliron, (material desarrollado en el año 1960), es un laminado metálico de 5 capas (sándwich), formado por un núcleo central de cobre OFHC, revestido por ambos lados con acero de bajo carbono, y este a su vez revestido por ambos lados con aluminio.-
Este material también fue conocido bajo el nombre de “5-Ply Bonded Plate Material”, producto también introducido en el mercado por General Electric, y cuyo desarrollo fue en asociación con Texas Instruments, quienes crearon a tal fin, la Firma Metals & Control Corporation, con su división “General Plate Division”, luego esta empresa comercializó este material a otros fabricantes, como RCA, Sylvania, Amperex, Tung-sol, etc.-
El laminado central de cobre OFHC ronda el 40%, el de acero el 55% (22,5 % Y 22,5 % por cado lado), y el de aluminio el 5 % restante (2,5 % y 2,5 % por cada lado), la unión de las 5 capas se realiza también por el mismo método de pegado (bonded) descripto anteriormente para el Copper –Base Aliron , el espesor total de este material ronda los 0,18 mm.-
El uso de este material para placas está recomendado para válvulas de audio para alta fidelidad y alta calidad, donde la emisión de grilla sea un serio problema.-
Esta conjunción de elementos combina la rigidez estructural del acero, con la alta conductividad termal y eléctrica del cobre y el auto-oscurecimiento (* alitization) característico del aluminio, el acero es especialmente elegido para obtener una temperatura de recristalización por debajo de la temperatura de*alitización ( *alitization), y que por ser bajo su contenido de carbono produce una muy baja recuperación elástica de las placas a formar, el cobre usado es OFHC, de alta conductividad eléctrica y termal con bajos niveles de gas residual.-
* alitización, *alitizados, (*alitization), (*alitized): oscurecimiento de la superficie de la placa, producto de la formación de un compuesto intermetálico entre el acero y el aluminio (Fe Al3 o más complejos), cuyo color característico es el gris oscuro, y que ocurre cuando la placa y los demás electrodos y elementos ya dentro de la válvula son sometidos al calentamiento por alta frecuencia a una temperatura mayor de 658°C, proceso que es simultáneo con la desgasificación y el vacío.-
Este material tiene muy buena emisividad termal, cuyo valor es de ®0,85.-
Su contenido de gas relativo es bajo, de 35 a 40 microlitros de gas por gramo de material.-
®= emisividad termal relativa de un cuerpo negro.-
Como la formación de este laminado de 5 capas es simétrico (Al-Fe-Cu-Fe-Al), las placas tienen muy buena resistencia estructural, no tienden a deformarse y/o curvarse por efecto de las diferencias de expansión termal entre metales distintos.-
Tanto “COPPER-CORED ALIRON” como “COPPER-BASE ALIRON”, producen debido a la alta conductividad del cobre, una mejor y uniformemente efectiva distribución del calor, durante el vacio y la desgasificación, generando placas con muy bajo contenido de gas, como así también durante toda la vida útil de la válvula.-
Copper-Cored Aliron para válvulas de audio de alta fidelidad y alta calidad, y Copper-Base Aliron para rectificadoras de alto rendimiento y alta calidad, proveen mayor vida útil, debido a que sus placas contienen menor gas residual, por ende sus getters duran más tiempo, debido a la mejor y uniforme distribución del calor hace que no ocurran sobre calentamientos locales y puntuales (red hot spots), evitando la formación de gases, y bajando la temperatura global de la válvula, e impidiendo de esta forma la indeseable emisión de grilla.-
Los test de vida útil en válvulas diversas que han utilizado estos materiales, demostraron una performance muy superior que las que han utilizado materiales tradicionales.-
Quizás estos dos últimos materiales hayan sido el mayor avance tecnológico alcanzado en la fabricación de materiales para placas de válvulas de recepción y audio en aquella época, con el avance significativo del transistor ( pequeño-menor costo- fiable- menor temperatura, etc.) y del circuito integrado (miniaturización), las empresas comenzaron en primera instancia a desinvertir en investigación y desarrollo de nuevas válvulas, y luego al cierre paulatino de casi todas sus fábricas, volcando todo su potencial al estado sólido.-
El artículo que he escrito, está formado por las partes, 1, 2, y 3, espero, y es mi intención, que haya sido de vuestro agrado
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RORSCHACH, 2 de Diciembre de 2016.-
Bibliografía utilizada: Vacuum Tube Design, RCA, 1940; - Materials Technology for vacuum Tubes, Walter H. khol, 1951; - Radiotron Designer´s Handbook ( Langford-Smith) 4th edition, 1952; - Electron Tube Design, RCA, 1962; - Materials & Techniques for Electron Tubes, Walter H. Khol, 1960; - GE Ham News vol.15 nº 1, 1960; - Ge Ham News vol.15 nº3, 1960; - RCA Engineer vol.6 nº3, 1960.-
Saludos Cordiales
Rorschach
