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CN1037880C - 放电管的阴极 - Google Patents

放电管的阴极 Download PDF

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Abstract

放电管用的一种加热时间短使用寿命长的阴极。该阴极有一种涂有能发射电子的材料层的金属(特别是镍)基底，其厚在20与150微米之间的范围内，金属微晶的粒度使微晶不会再增长或结晶。特别是，基底微晶的粒度与基底的厚度相当。

Description

放电管的阴极
本发明涉及放电管的阴极，该阴极包括涂有能发射电子的材料层的金属基底。
制造电子管的阴极时，通常是将基本组成部分制成所希望的形状，然后涂以一层碱土金属碳酸盐，由此形成阴极或灯丝。接着把阴极或灯丝放入电子管结构中，直接或间接加热阴极，使碳酸盐还原成氧化物和游离金属，从而将阴极激活。以后在电子管工作的过程中，将阴极加热，使其在一段时间(使用寿命)发射出与许多因素有关的一定量的电子。基底较厚看来对例如延长使用寿命方面是有利的，但基底较厚却有这样的缺点，即，阴极的加热时间长，而这一点在许多用途中是不希望有的。
本发明的目的是提供一种加热时间短而使用寿命长的阴极。
因此根据本发明，本说明书开端所述的那种阴极具有这样的特征：基底的厚度在20和150微米之间的范围，金属微晶的粒度使微晶不致继续增长或再结晶。
本发明是以这样的认识为基础的，即，电子管工作时通常所处的温度条件会促使基底的晶粒增长或再结晶，这种晶粒增长或再结晶在基底较薄时又会促使电子发射层脱落或剥落。这是对阴极的使用寿命起不利影响的因素。
确保金属微晶的粒度使其不致使晶粒增长或再结晶可以大大提高基底较薄因而加热时间短的阴极的使用寿命。
通常只要金属微晶的粒度与基底的厚度相当，晶粒是不可能再增长或再结晶的。因此，本发明阴极的实施例的特征在于：基底微晶的粒度与基底的厚度相当。
本发明的阴极在工作期间可以直接加热或间接加热(借助于单独的加热体，例如灯丝，所产生的热量)。在后一种情况下，若确保加热体与基底不接触且在阴极工作期间也仍然与基底不接触，则对薄基底的稳定性有好处。事实上，加热体在工作过程中是不断地通电和断电的，如果它与薄基底接合，则可能会对该基底的稳定性有不利的影响。
加热体最好放在距基底20至300微米距离处。若此距离小于20微米，则在使用阴极的过程中，由于加热体的热膨胀而使加热体和基底本体还可能接触。若该距离大于300微米，则加热体加热基底本体的效率差。
制造阴极基底时，通常的作法是把特定的添加剂(例如Mg，Si和Al)与基底材料(例如镍，象镍一镧和钨之类的合金)用熔融法混合，制取阴极基底材料。先后将基底材料热轧和冷轧成所要求厚度的料条，然后制成阴极基底的形状。根据本发明的另一个方面，基底在组成阴极之前先进行适当的再结晶热处理就可以使基底晶粒的粒度达到不会使晶粒再增长的程度。
本发明还基于这样的认识：在阴极的使用寿命期间，电子的发射之所以减少，特别是由于基底本体中的发射激活剂量减少所致，这种现象在基底本体表面尤其显著，这是由于激活剂扩散和氧化所引起的。这些激活剂是由存在于主要由镍组成的基底本体中的添加剂构成的。激活剂在阴极的使用过程中扩散到基底本体表面，在那里它们激活电子发射材料。
因此，特别是在薄的基底中(这时添加剂，因而激活剂的总量较少)，重要的一点是，这些激活剂不应因为为了获取最大粒度的结晶而进行的热处理而或多或少变得″不活泼″。因此，本发明另一方面的特征在于：再结晶热处理是在防止基底金属中的添加剂形成氧化物的深度大于1微米(从表面算起)，最好不大于0.5微米的条件下进行的。
若将基底本体在干燥氢气氛中在850和1100℃之间的温度下加热，可能的话在这之前先在含氧的气氛中在300和450℃之间的温度下加热，则看来不仅基底本体中的镍再结晶到足够的程度，而且，只有极少量的激活剂变得不活泼。结果使阴极在其使用寿命期间发射电子的情况相当稳定。此外，阴极的一系列无间歇发射性能(例如饱和电流增加)看来有所改善，因为直至基底本体表面都存在激活剂游离元素。
现在参照附图以举例的方式更详细地说明本发明的实施例。附图中：
图1是具有基底的阴极的纵剖面图；
图2是阴极的平面图；
图3是另一种基底的纵剖面图。
图1的阴极1在本实施例中有一个筒形镍铬合金阴极通筒2，通筒2配备有基底或基底本体3。基底本体3主要由镍构成，还可以含游离的激活剂元素，例如Cr，Mg，Al，W，Ta，Si，Ti，Co，Mn或Zr。阴极通筒2中装有呈螺旋形灯丝4的加热体，这可以是由涂有氧化铝绝缘涂层、绕制成螺旋形的金属芯线构成。基底本体3上有一层几十微米厚可用例如喷涂法涂上的能发射电子的材料层7。
制造这种阴极时，基底本体3是在某工艺工序过程中固定到阴极通筒2上的。根据本发明，基底本体在固定到阴极通筒之前是经过热处理的。这时将基底本体在空气中在300℃和450℃之间的温度下加热10至20分钟。由于有机化合物氧化而把基底本体清理干净。接着，将基底本体在干燥的氢气氛(露点-60℃)中在850℃与1100℃之间的温度下加热10至20分钟。于是，基底本体中的镍晶粒生长到最大的粒度，从而防止了在以后的阶段中出现与基底本体中晶粒增长有关的、例如像在激活管中的阴极期间(在此期间温度可高达1000℃)会出现发射层从基底本体上剥落的这类问题。
阴极通筒可以制成发亮的，也可以涂上一层黑体热辐射层。在后一种情况下，单独将阴极通筒进行热处理，使其内外侧形成黑体热辐射层。举例说，对铬镍合金构成的阴极通筒进行这种热处理时是将阴极通筒在干燥的氢气氛中在大约950℃的温度下加热，在该温度下除去通筒表面的杂质。接着将阴极通筒在空气中在大致700℃的温度下加热，于是，通筒表面就形成氧化铬和氧化镍的结晶。然后，再将阴极通筒在潮湿的氢气氛(露点14℃)中在1050℃下加热，于是业已在基底本体上形成的氧化镍就被还原成镍，但氧化铬却没有被还原。由于潮湿的氢气氛对铬有氧化作用，因而，在该热处理过程中，通筒上的氧化铬膜增厚。最后，氧化铬膜形成稳定的黑体热辐射层。
经过可能进行的热处理之后，图1阴极的基底本体3和阴极通筒2就用例如焊接法彼此固定在一起。
在下一步工序中，在基底本体上涂覆一层能发射电子的材料。
实验证明，当基底本体经过上述热处理使金属晶粒具有最大的粒度时，涂敷层在阴极使用寿命期间总是要发生的电子发射量减少的现象其幅度可以变得非常小(在该情况下不大于8％，相比之下，一般阴极电子发射的减少量则大于25％)。此外，阴极的一系列无间歇发射性能看来有所改善。
图1的阴极1的阴极通筒2连同其基底3是用三个悬置件8a、8b和8c(见图2)悬挂在外筒6的孔口中的。灯丝4则接到电源引线5a和5b上。
图3示出了通筒与基底构成一个整体13的另一种结构。电子发射层7和灯丝4与图1的一样。
在两种情况下，当灯丝4都不与薄(20至150微米厚)基底3或13接触时，都对阴极的使用寿命有利。灯丝5最好这样安置在阴极通筒2中，即使基底本体3与灯丝5之间的距离d(图1)在20微米与300微米之间，由可允许的较低阴极温度而定。
本发明的阴极不仅在其使用寿命期间电子发射的情况基本稳定，而且由于其无间歇发射性能改善的缘故，还可以工作在较低温度下。

Claims (8)

1.放电管的一种阴极，包括涂有能发射电子的材料层的基底，其特征在于：基底的厚度是在20至150微米的范围内，以及基底包括金属微晶，金属微晶的粒度和基底的厚度相差不大。
2.如权利要求1所述的阴极，其特征在于：基底至少主要由镍构成。
3.如权利要求1或2所述的阴极，其特征在于：该阴极还包括不与基底接触的加热体。
4.一种如权利要求1所述阴极的制造方法，其中在金属基底上涂覆能发射电子的材料层，其特征在于：在涂覆所述涂层之前，所述基底先经过热处理，在热处理期间基底的金属被再结晶成微晶，微晶的粒度和所述基底的厚度相差不大。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：热处理是在使基底金属中的添加剂形成氧化物的深度从表面计起不大于1微米的条件下进行的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：热处理是在850℃与1100℃之间的温度下在干燥的氢气氛中进行的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：在所述热处理之前，先进行在含氧气氛中在300℃和450℃之间的温度下的热处理。
8.一种装有1至3任一权利要求所述的阴极的放电管。
CN90101880A 1989-04-03 1990-03-31 放电管的阴极 Expired - Fee Related CN1037880C (zh)

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