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CN1050438C - 阴极射线管的浸渍型阴极 - Google Patents

阴极射线管的浸渍型阴极 Download PDF

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Abstract

本发明涉及阴极射线管的浸渍型阴极，该阴极可在低温850～950℃中使用，甚至在高的电流密度中有长的寿命和可靠性。该阴极射线管的浸渍型阴极包括其内部浸渍了电子发射材料的多孔阴极块，该多孔阴极块表面上有W-Sc(或W-SC2O3)层，并且在W-Sc(或W-SC2O3)层上有由稀土金属Ir、Os、Ru和Re中的至少一种形成的合金层。

Description

阴极射线管的浸渍型阴极
本发明涉及阴极射线管的浸渍型阴极，特别是有关这样的一种浸渍型阴极，适用于低温并且在高电流密度下具有长的寿命和可靠性。
通常，用于阴极射线管如CDT、CPT、大型管和HDT的浸渍型阴极包括多孔耐热金属块(基底)。该金属块具有浸渍了主要成分为钡的电子发射材料的许多孔隙。通过多孔块的这些孔隙，电子发射材料被扩散到阴极表面，在阴极表面形成由单分子层厚的钡和氧构成的分子层，在阴极工作时，发射电子。
如图1所示，一般的浸渍型阴极包括耐热多孔阴极块1，在真空条件下熔化了的Ba、Ca和Al被浸渍到耐热多孔阴极块1中；贮存杯2围绕和承载耐热多孔阴极块1，套筒3，具有嵌插和安置在其中的加热器4，并且从下面支撑贮存杯2。
虽然这样的一种浸渍型阴极有很高的电子发射能力，但还存在这样的问题，比如高达1050～1200℃的工作温度，及在初始工作时，电子发射材料钡的过量蒸发。
为了解决上述问题，可淀积如Os、Ir、Ru和Re等的至少一种稀土金属5。就是说，通过降低逸出功，可降低工作温度约100～200℃。但是，由于工作温度仍然高达950～1100℃，所以电子枪零件如电极和阴极支承孔会发生热变形。为了能在高温下工作，加热器的热容量应很大，然而这会降低加热器的寿命。总之，高温对于阴极的特性起了坏作用，降低了阴极射线管的可靠性。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种阴极射线管的浸渍型阴极。该阴极可在850～950℃的低温下工作，甚至在高的电流密度下也是有长的寿命和可靠性。
本发明的这些和其它目的和特征通过提供一种阴极射线管的浸渍型阴极来实现，在浸渍有电子发射材料的多孔阴极块的表面有一W-Sc(或W-Sc2O3)层，并在所述W-Sc(或W-Sc2O3)层的表面上形成由稀土金属Ir、Os、Ru、Re等的至少一种构成的合金层，所述W-Sc(或W-Sc2O3)层中的W∶Sc(或W∶Sc2O3)混和比为50～80∶50～20，W-Sc(或W-Sc2O3)的厚度为10～20μm，稀土金属层的厚度为5～20μm。
图1是传统的浸渍型阴极；
图2是根据本发明的浸渍型阴极；
图3是展示钡蒸发作用的曲线图；
图4是展示饱和电流密度的曲线图。
下面参照附图2～4结合实施例更详细地描述本发明。为避免在叙述本发明实施例中意思的混乱，对于同样装置和功能的零部件，将使用相同的参照标号。
图2所展示的是根据本发明的浸渍型阴极。即该阴极包括：位于底部的多孔阴极块1，在多孔阴极块1内浸渍了电子发射材料BaO、CaO和Al2O3；在多孔阴极块表面构成的W-Sc(或W-Sc2O3)层5-1；以及在5-1层上至少由稀土金属Ir、Os、Ru和Re中两种形成的合金层5-2。
下面将叙述根据本发明浸渍型阴极的制造方法。
首先，当在约1200℃条件下加热碳酸盐BaCO3和CaCO3及Al2O3的混合粉末时，使碳酸盐分解( )。这样分解了的BaO和CaO以及Al2O3再被熔化，并且浸渍到多孔阴极块中。多孔阴极块由高温耐热金属如钨形成，在1600～1700℃真空条件下钨的孔隙率约20％。这时，分子比为4∶1∶1或5∶3∶2。
待清除掉在阴极块表面上过量电子发射材料的残留物后，用溅射方法在阴极块上淀积厚度达10～20μm的W-Sc(或W-Sc2O3)层。这时，理想的W∶Sc(或Sc2O3)混合比是50～80∶50～20。
然后，用溅射方法再把至少由稀土金属Ir、Os、Ru和Re中两种形成的合金层淀积到淀积层厚度。
浸渍了阴极对于低温工作是很有益的。上述阴极是在将电子发射材料浸渍到阴极块之后，再在阴极块表面淀积W-Sc族金属。然而，问题在于这样的工艺具有由氧化钡与Sc族金属反应所产生的有害效应。就是说，在氧化钡与Sc族金属会起反应的情况下，由于作为产品在热电子发射表面生成Ba3Sc4O9等，所以这部分妨碍了热电子发射，以致使热电子发射状态变得不稳定。并且在本发明中，由于W-Sc薄膜层形成在电子发射表面，因为结构影响热传导，因此，延迟了在阴极块表面的钪钨酸盐的合成。在电子发射表面上形成一分子厚度层Ba-Sc-O的时间周期(激活和老化过程时间周期)变得更长。
因此，本发明在W-Sc层表面上形成厚达5～20μm的稀土金属层。
该稀土金属阻止氧化钡与Sc族金属反应，以构成产品；并且在阴极表面与BaO起反应(即在激活过程扩散到阴极表面的BaO)，以构成阻止阴极表面上Ba蒸发的氧化物。并且如图3所示增加Ba和BaO的密度。最后如图4所示，由于减小逸出功且缩短了激活时间，所以能在高电流密度下工作并延长寿命。在此，TN涉及本发明，PT涉及已有技术。
把W-Sc(或W-Sc2O3)的厚度限定在10～20μm范围内的原因是由于存在这样的缺点：在厚度低于10μm时，作为电子发射材料主要成分的Ba被蒸发，大大地缩短了寿命；在大于20μm情况下，在阴极块表面形成单分子层厚度(Ba-Sc-O)的时间周期变得很长，因此使Tew很长。把稀土金属层厚度限制在5～20μm范围内的原因是：在厚度低于5μm情况下，当阴极工作时，阴极块金属和稀土金属层起反应，形成合金，妨碍游离Ba扩散到上层；并且在大于20μm情况下，游离Ba花费长的时间扩散到上表面(TeW)，使降低的选出功效果减小一半。因此，最好的厚度范围是5～20μm。
如上所述，通过在阴极块表面淀积W-Sc族合金，而阴极块在其中浸渍了电子发射材料，并且还在表面淀积稀土金属。本发明便于获得这样的浸渍型阴极，此阴极适用于低温(850～950℃)，并且在高电流密度下有长的寿命。
尽管用特定的实施例陈述了本发明，显然，根据前面叙述，该领域普通技术人员有能力作出各种变换，因此，在前述情况下对本发明所作的所有变换都没有超出本发明精神和附加的权利要求范围。

Claims (1)

1、一种阴极射线管的浸渍型阴极，在浸渍有电子发射材料的多孔阴极块的表面有一W-Sc或W-Sc2O3层，并在所述W-Sc或W-Sc2O3层的表面上形成由稀土金属Ir、Os、Ru、Re等的至少一种构成的合金层，其特征在于，所述W-Sc或W-Sc2O3层中的W∶Sc或W∶Sc2O3混和比为50～80∶50～20，W-Sc或W-Sc2O3的厚度为10～20μm，稀土金属层的厚度为5～20μm。
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