CN1087482C - 电子管阴极 - Google Patents
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Abstract
一种电子管阴极，其金属底座以镍为主要成分，金属底座上形成有电子发射材料层，该电子发射材料层由以氧化钡为主要成分的碱土金属氧化物组成，其中所述电子发射材料层还含有镧镁锰氧化物。本发明的阴极的制造方法与一般阴极的完全可以互换，而且使用寿命和截止漂移特性都有所提高。
Description
本发明涉及电子管阴极，更具体地说，涉及象阴极射线管或摄象管之类的电子管的阴极，其使用寿命得以延长和截止漂移特性有所改进。
图1是一般电子管阴极的截面示意图，阴极的金属底座2呈盘状，其下部分装有套筒3，套筒3由金属底座2的下部分支撑着，里面装有灯丝4，供加热阴极用，金属底座2上涂有电子发射材料层1。
电子发射材料层1通常由碱土金属氧化物制成，这类氧化物以氧化钡为主要成分，最好是以(Ba，Sr，Ca)O表示的三元金属氧化物。
电子发射材料层1在金属底座2上的形成过程如下：首先，将碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙三者混合粉料溶解在象硝化纤维等之类的有机溶剂中制成溶液。接着用喷涂法或电解沉积法将制备好的溶液涂在电子管的阴极上，形成碳酸盐涂层。电子管中配备有电子枪，采用电子管阴极，且在抽真空过程中用灯丝加热到1000℃左右。在抽真空的过程中，碳酸盐被转变成氧化物，例如，碳酸钡转换成氧化钡，如下面的反应式所示： (1)
这种阴极叫做“氧化物阴极”，因为碳酸盐在抽真空过程中通过高温加热转变成氧化物。
阴极工作期间，氧化钡在金属底座与电子发射材料层之间的界面与还原剂(包含在金属底座中的硅或镁)反应，产生游离钡，如下式所示：
4BaO+Si→Ba2SiO4+2Ba↑(3)
游离钡使电子发射。这里，MgO、Ba2SiO4等是在电子发射材料层与金属底座之间的界面形成的。这些反应生成物起阻挡层(中间层)的作用，防止镁或硅扩散，从而抑制产生的游离钡发射电子的作用。这样，中间层缩短了氧化物阴极的使用寿命。此外还有另一个这样缺点：中间层的电阻高，因而阻止电流发射电子，从而限制了电流密度。
目前，电视和其它使用阴极射线管的设备一般的趋势要求提高清晰度和扩大荧光屏，此外还越来越多地要求提高阴极的电流密度和使用寿命。而一般的氧化物阴极由于在性能和使用寿命方面存在上述缺点，不能满足这个要求。
大家知道，浸渍式阴极的电流密度高，使用寿命长，但其制造过程复杂，工作温度超过1100℃，即比一般氧化物阴极的高300℃至400℃左右。因此，这类阴极由于要用熔点高得多的材料制取，成本极高，使其实际应用推迟。
因此，大量的研究工作都投入到延长一般氧化物阴极的使用寿命，使其有良好的实用性。例如，美国专利4,797,593公开了一种方法，将Sc2O3、Y2O3等氧化物分散入一般三元金属碳酸盐中来提高阴极的使用寿命。日本公开专利公报64-41137也公开了一种方法，往电子发射材料层中加入稀土金属氧化物Eu2O3来提高阴极射线管的使用寿命。这里，稀土金属的作用上阻止中间层的产生和游离钡的蒸发，从而提高阴极的使用寿命。然而，经过预定的工作时间之后，由于稀土金属在阴极的工作温度下加速了氧化物的烧结作用。阴极的电子发射量必然急剧下降。这样，氧化物因烧结而变硬，减小了还原剂反应区的面积，从而降低了发射出的电子量。因此，上述阴极截止漂移特性不好。此外，这类阴极不能用一般的氧化物阴极制造工艺制造，因而需要修改制造工艺，增加阴极激活工序以确保电子的发射稳定而量大。
本发明的目的是提供电子管的这样一种阴极，阴极的使用寿命和截止特性大幅度提高，且其制造方法与一般阴极的完全可以互换。
为达到上述目的，本发明电子管阴极的金属底座以镍为主要成分，金属底座上形成有电子发射材料层，电子发射材料层以氧化钡为主要成分，且含有镧镁锰的氧化物。
所述镧镁锰氧化物可以是La氧化物、Mg氧物和Mn氧化物三者的混合物，或者是La-Mg复合氧化物和Mn氧化物两者的混合物，也可以是La-Mg-Mn复合氧化物。
参照附图详细说明本发明最佳实施例可以更清楚地了解本发明的上述目的的和优点。
图1是一般电子管阴极的示意剖视图。
图2是一般电子管阴极电子发射材料层的放大剖视图，电子发射材料层的三元金属氧物的晶体结构呈毛细管状。
图3是本发明电子管阴极与一般阴极在使用寿命特性方面的对比曲线。
图4是本发明的电子管阴极与一般阴极在截止漂移特性方面的对比曲线。
本发明的电子发射材料层中所含的镁(Mg)和锰(Mn)是采用抑止稀土金属在阴极工作温度下对氧化烧结过程的加速作用。电子发射材料中加入La、Mg和Mn之后，氧化烧结作用受到抑制，于是电子能长时间地均匀发射，从而提高了阴极的使用寿命和截止漂移特性。
此外还往La化合物、Mg化合物和Mn化合物中混入(Ba，Sr，Ca)CO3，再加上丁醇、硝化纤维等之类的溶剂，制成悬浮液，用喷涂法、电解沉积法等方法将该悬浮液涂到金属底座上。因此，本发明的制造方法完全可与一般制造方法互换，因而有助于本发明的阴极切实可行。
图1是上述电子管一般阴极的剖视图。本发明阴极金属底座上形成的电子发射材料含有(Ba，Sr，Ca)O和镧镁锰氮化物。这里，电子发射材料层中也可以不加入共沉淀三元金属氧化物(Ba，Sr，Ca)O而加入共沉淀二元金属氧化物(Ba，Sr)O。
La-Mg-Mn氧化物最好从硝酸镧、硝酸镁和硝酸锰的混合物制取，或从La-Mg-Mn复合硝酸盐的混合物制取。
通常，为取得共沉淀三元金属碳酸盐，是将诸如Ba(NO3)2、Sr(NO3)2和Ca(NO3)2之类的硝酸盐溶于纯水中，再用诸如Na2CO3或(NH4)2CO3之类的沉淀剂在溶液中加以共沉淀制取的。这时，根据硝酸盐溶液的浓度或PH值、沉淀过程中的温度和沉淀的速度可以得出各种形式的碳酸晶体粒子。在制造本发明的阴极时，控制上述各项条件可以得出呈毛细管结晶结构的氧化物，这是公认的较为理想的结构。
图2是电子管的一般阴极三元金属氧化物呈毛细管结晶结构的电子发射材料的放大剖视图。
本发明阴极中，镧镁锰相对于共沉淀碱土金属的量最好为0.001重量％至20重量％。这里，这个量若小于0.001重量％，则提高使用寿命的作用不大，若大于20重量％，则初始发射特性差。
下面更具体地说明本发明的一些具体实例，在不局限于其发明范围下举例说明本发明的内容。
实例1
将表达式为Ba(NO3)2、Sr(NO3)2和Ca(NO3)2的硝酸盐溶解在纯水中，再用Na2CO3使其共沉淀，制取共沉淀三元金属碳酸盐。这之后，以所述三元金属碳酸盐为基准往碳酸盐中分别加入1.5重量％的La(NO3)3.6H2O、Mg(NO3)2.6H2O和Mn(NO3)2.6H2O。将如此得出的混合物涂敷在金属底座上。将如此制成的阴极插入固定在电子枪中。电子枪密封入电子管壳中之后抽真空，使管壳内形成真空。这里，加热阴极用灯丝使电子发射物质层转变成氧化物，从而制备出本发明的氧化物阴极。这之后，按一般制造方法制造电子管，并测定出其初始发射特性和截止漂移电压。
初始发射特性是以最大阴极电流(即MIK值)的形式测出的，阴极的使用寿命则以初始MIK值在一段给定时间内初始MIK值在一段给定时间的残留率测出的(见图3)。截止漂移特性是以一段给定时间内初始MIK值的相应截止电压漂移值测出的(见图4)。这里，图象质量随着漂移值的增加而变坏。
实例2
分别制备La-Mg硝酸盐和Mn硝酸盐，然后加入按实例1同样方式制取的三元金属碳酸盐中。这里，La-Mg硝酸盐和Mg硝酸盐经过均匀混合之后得出Mg3La2(NO3)12.24H2O。接着，以三元金属碳酸盐为基准分别往三元金属碳酸盐加入1.5重量％的La-Mg硝酸盐和Mn硝酸盐，然后进行实例1同样的各工序，制造本发明的氧化物阴极，并测定初始发射特性和截止漂移电压特性。
实例3
将La硝酸盐、Mg硝酸盐和Mn硝酸盐混合均匀，制取La-Mg-Mn硝酸盐，再将其加入按实例1同样的方式制取的三元金属碳酸盐中。接着，以三元金属碳酸盐为基准分别往三元金属碳酸盐中加入1.5重量％的La-Mg-Mn硝酸盐，然后进行实例1同样各工序，制造本发明的氧化物阴极，并测定初始发射特性和截止漂移电压特性。
对比实例
按实例1的方法制备一般的阴极但没有加入La(NO3)3.6H2O、Mg(NO3)2.6H2O和Mn(NO3)2.6H2O，并测定初始发射特性和截止漂移电压特性。
图3示出了本发明与一般阴极对比的使用寿命特性曲线，图4则为相应的截止漂移电压特性的对比曲线。这里，曲线“a”示出了阴极的电子发射材料层只含一般的三元金属氧化物的阴极特性曲线，曲线“b”相当于阴极的电子发射层含一般的三元金属氧化物和镧镁锰氧化物的阴极特性曲线，曲线“C”相当于阴极的电子发射层含一般的三元金属氧化物，La-Mg复合氧化物和Mn氧化物的阴极特性曲线，曲线“d”相当于阴极的电子发射层含一般的三元金属氧化物和La-Mg-Mn复合氧化物的阴极特性曲线。
从图3和图4中可以看到，本发明的阴极，其使用寿命比一般阴极的长15-20％，其截止漂移电压比一般的阴极小1O-25％。特别是，电子发射材料含La-Mg-Mn复合氧化物的阴极，其使用寿命和截止漂移特性比那种含La-Mg复合氧化物和Mn氧化物的阴极都好，而后一种阴极则比那种含La-氧化物、Mg氧化物和Mn氧化物的阴极好。
从上述诸实例和对比实例可以看出，本发明的阴极是新型的氧化物阴极，不仅在同样条件下其使用寿命比一般阴极的长、截止漂移特性比一般阴极的好，而且其制造方法完全与一般氧化物阴极相同。因此，本发明的阴极克服了阴极因使用寿命短、图象质量差而不能用于大荧光屏高清晰度显象管的缺点，而且无更要改一般的制造方法就可以大批生产。
Claims (5)
1.一种电子管阴极，其金属底座以镍为主要成分，金属底座上形成有电子发射材料层，该电子发射材料层由以氧化钡为主要成分的碱土金属氧化物组成，其特征在于，所述电子发射材料层还含有镧镁锰氧化物。
2.如权利要求1所述的电子管阴极，其特征在于，所述镧镁锰氧化物为镧氧化物、镁氧化物和锰氧化物的混合物。
3.如权利要求1所述的电子管阴极，其特征在于，所述镧镁锰氧化物为镧镁复合氧化物和锰氧化物的混合物。
4.如权利要求1所述的电子管阴极，其特征在于，所述镧镁锰氧化物为镧镁锰复合氧化物。
5.如权利要求3所述的电子管阴极，其特征在于，所述镧镁锰氧化物的量为相对于共沉淀的碱土金属的0.001-20重量％。
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