CN1141729C - 电子枪用阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及适用于阴极射线管的电子枪用阴极的，特别是以确保基体金属中所含还原性元素的后期扩散路径，顺利实现钡自由基的生成，从而实现在高电流密度负荷下的长寿命为目的。该电子枪用阴极以镍为主成分，至少含有一种还原性金属的基体金属和在其上面设置的主成分为镍的金属层，在该金属层上面设置了含有至少含有钡的碱土金属氧化物层。
Description
技术领域
本发明是关于用于阴极射线管的电子枪用阴极，特别是关于确保有助于生成钡自由基的还原性元素的扩散路径、可在高电流密度负荷下实现长寿命的电子枪用阴极。
背景技术
阴极射线管是将从电子枪放射出的电子用高电压加速后，使之沉陷(landing)于屏幕的荧光体上，通过该荧光体的激励发光显示图像的装置。
图6所示的是在这样的阴极射线管中用于电子放射的电子枪用阴极的一般的结构。图中套管(sleeve)2的内部设有加热器(heater)4，在其上设有以镍(Ni)为主成分的含有微量的硅(Si)和镁(Mg)那样的还原性元素的盖状基体金属6，在其上设有以至少含有钡的碱土金属氧化物为主成分的电了放射物质层8。
这样设置的氧化物阴极以从加热器发出的热量为能源，金属氧化物和还原性金属发生反应，利用在此生成的钡自由基放射热电子。上述电子枪用阴极的电子放射能力依金属氧化物中存在的钡自由基的供给量而定。但是，最近，阴极射线管有高精细化和大型化的趋势，因此要求开发在高电流密度下可长时间提供钡自由基的阴极。
本申请人的在先申请中，大韩民国公开特许公报第96-15634号公开了，使在含有碱土金属氧化物的电子放射物质层中进一步同时含有镧(La)化合物和镁(Mg)化合物，或者含有镧-镁复合化合物，以抑制钡自由基的蒸发消耗的阴极。
但是，上述阴极如图7所示，在基体金属6和电子放射物质层8的界面之间生成由反应生成物组成的中间层10，在2～3A/cm2的高电流密度下就会招致寿命缩短。
中间层10是通过将有助于生成电子放射的钡自由基的金属氧化物即碳酸钡热分解出的氧化钡和作为还原剂的硅及镁的反应生成的。
通过反应式1和反应式2生成的钡自由基有助于电子放射，但随之产生象MgO和Ba2SiO4那样的生成物，在基体金属6和电子放射物质层8的界面上形成中间层10。
这样形成的中间层10成为阻挡层，妨碍基体金属6中所含还原剂的后期扩散，使需要还原剂的钡自由基的生成反应变得困难，因而使阴极的寿命缩短。此外，还存在着由于上述中间层10具有高电阻，从而阻碍电子放射电流的流动，限制可放射的电流密度的问题。
另一方面，日本公开特许公报平3-257735号公开了在基体金属和电子放射物质层之间设置具有与硅、镁相同或更低、但比镍高的还原性的金属层，在上述电子放射物质层中含有稀土金属氧化物，用该稀土金属氧化物分解反应生成物，使上述金属层的还原性元素有助于钡自由基的生成的电子枪用阴极。
但是，上述阴极在生成钡自由基的同时进一步形成附加的反应生成物，虽然使用初期性能稳定，但随着时间的推移，存在着寿命急剧下降的问题。
发明内容
本发明的目的是，通过确保基体金属中所含还原剂的后期扩散路径，顺利实现钡自由基的生成，从而实现在高电流密度负荷下的长寿命。
作为实现上述目的的手段，本发明提供在以镍为主成分，至少含有一种还原性金属的基体金属上面，设置主成分为镍或镍-锆的金属层，在该金属层上面设置含有至少含有钡的碱土金属氧化物层的电子放射物质层的电子枪用阴极。
在此，本发明之金属层是在基体金属之上涂布镍或镍-锆，并将此进行热处理，或者粘附镍或镍-锆粉末得到的，设置使它具有比上述基体金属的平均粒径小的粒径。
此外，本发明还包括在上述电子放射物质层之上设置了在至少含有钡的碱土金属氧化物中同时含有镧化合物和镁化合物或者含有镧-镁复合化合物的第二电子放射物质层的结构。
通过上述结构，本发明中，由比基体金属粒子小的粒子组成的金属层有效地分散作为反应生成物的中间层，防止生成高电阻层的中间层，确保还原性金属的路径，有助于后期扩散，从而持续地维持对上述还原性金属所要求的钡自由基的生成反应，实现2～3A/cm2的高电流密度负荷下的长寿命。
附图说明
图1是本发明实施例之一的电子枪用阴极的断面图。
图2本发明实施例之一的电子枪用阴极的主要部分的放大断面图。
图3是本发明实施例之一的电子枪用阴极的寿命特性。
图4是本发明之另一实施例的电子枪用阴极的断面图。
图5是本发明之另一实施例的电子枪用阴极的寿命特性。
图6是以往公开的电子枪用阴极的断面图。
图7是以往公开的电子枪用阴极的放大断面图。
符号的说明如下：
6 基体金属
8 电子放射物质层
10 中间层
12 金属层
80 第2电子放射物质层
具体实施方式
以下，对实现本发明之最佳的实施例用附图加以说明。作为参考，在本发明的说明中，对于与用从以往的技术引用的图进行说明的部分相同的部分，为保持明了性，使用同一符号。
实施例1
图1之本发明的一个实施例的电子枪用阴极设在在内部设有了加热器4的套管2的上侧开口部，并包括含有以Ni为主成分，和微量的例如Si、Mg的还原性金属的盖状的基体金属6。
在基体金属6上设置由纯Ni或Ni-Zr组成的金属层12，再在其上部设置由至少含有钡的碱土金属氧化物，三元碳酸盐(Ba·Sr·Ca)CO3或二元碳酸盐(Ba·Sr)CO3组成的电子放射物质层8。
本实施例是在生成钡自由基时，作为分散积累在基体金属6和电子放射物质层8的界面上的BaO和Si有Mg的反应生成物的方案，在其界面上设置由纯Ni或Ni-Zr微粒子组成的金属层12。
本实施例之金属层12如图2放大所示，设置时使之具有比基体金属6的平均粒径小的粒径，由于基体金属6中所含的还原性元素的扩散路径本身受到分散，BaO和Si及Mg的反应在金属层12的粒子中的多处进行，其反应生成物之中间层10受到分散，积累得到抑制，作为还原性元素的Si、Mg的扩散得以顺利进行，从而有助于钡自由基的生成。此外，上述金属层12的成分为纯Ni或Ni-Zr，与基体金属6相同，与以往的涂布W的金属层相比，不生成作为反应生成物的中间层。
为此，本实施例之金属层12是在基体金属6上用溅射(sputtering)法设置厚度为200～20000埃的Ni或Ni-Zr，将其在惰性气氛或真空气氛中在700～1100℃下进行热处理，使之能在基体金属6和金属层12之间合金化及扩散得到的。
金属层12的厚度以200～20000埃为宜，如在200埃以下则太薄，难以确保还原性元素的路径，而在20000埃以上则会妨碍还原性金属的扩散。另一方面，本实施例之金属层12的厚度是最佳实施形态，为3000～10000埃。
另一方面，本实施例之金属层12是在基体金属6上被覆Ni或Ni-Zr粉末设置的。此时的被覆方法可通过喷雾(spray)法、印刷法、电解淀积法及金属盐溶液法等物理、化学、机械的方法实现。
在象这样设置的金属层12的上面，用通常的喷雾法设置厚度为20～80μm的三元碳酸盐或二元碳酸盐，这样本实施例之阴极的总厚度在200μm以下。
实施例2
本发明的第2实施例之电子枪用阴极提供了用第2电子放射物质层替代实施例1之电子放射物质层的方案。
参照图1对本实施例加以说明，在由纯Ni或Ni-Zr组成的金属层12之上，作为至少含有钡的碱土金属氧化物，设置在三元碳酸盐(Ba·Sr·Ca)CO3或二元碳酸盐(Ba·Sr)CO3中进一步同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物的第2电子放射物质层80。
上述镧化合物和镁化合物或镧-镁复合化合物是抑制钡自由基的蒸发，使能持续地供给钡自由基的，以占碳酸盐重量的0.01～1重量％为最佳。
其含量如在0.01重量％以下，驱动时的抑制钡自由基的效果甚微，而如达到1重量％以上，则会降低初期驱动时的电子放射特性。
因此，根据本实施例，与金属层12对中间层10的有效的分散作用的同时，由BaO和Si及Mg的反应生成的钡自由基的蒸发受到第2电子放射物质层80的抑制，从而防止了金属氧化物的烧结。
本实施例之金属层12是在基体金属6之上涂布厚度为200～20000埃的Ni或Ni-Zr，将此在惰性气氛或真空气氛中进行热处理，使之能在基体金属6和金属层12之间合金化及扩散得到的。本实施例之金属层12是在基体金属6之上被覆Ni或Ni-Zr粉末设置的。
在这样设置的金属层12之上，用喷雾法涂布厚度为20～80μm的在三元碳酸盐或二元碳酸盐中进一步同时含有镧化合物和镁化合物或者含有镧-镁复合化合物的第二电子放射物质层80，本实施例之阴极的总厚度不超过200μm。
将本实施例之电子枪用阴极组装到阴极射线管，检查其寿命，结果如图3所示。图中A是碳酸盐中含有镧-镁化合物0.5重量％，设置了厚度为3000～5000埃的金属层1 2的本实施例之阴极。图中B是碳酸盐中含有镧-镁化合物0.5重量％，未设置金属层12的氧化物阴极。图中C是以往的氧化物阴极。
寿命检查是在连续6000小时驱动的状态下测定电子放射电流的减少量，对每个阴极以2000～3000μA的电流实施的。其结果，本发明之电子枪用阴极与以往技术的B、C相比，高电流下的寿命特性显著改善。具体地说，本发明在高电流密度的驱动下，经过6000小时后也还保持初期电流值的90％。
实施例3
如图4所示，本发明第3实施例之电子枪用阴极是在基体金属6之上，设置由纯Ni或Ni-Zr组成的金属层12，在其上设置由至少含有钡的三元碳酸盐或二元碳酸盐组成的电子放射物质层8，在其上再设置在至少含有钡的三元碳酸盐或二元碳酸盐中进一步同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物的第2电子放射物质层80。
本实施例是考虑到在上述实施例2中，由Ni或Ni-Zr组成的还原性元素与基体金属6中所含的还原性元素同时促进钡自由基的还原，钡自由基的蒸发会过度进行。
本实施例中，作为分散从在基体金属6和电子放射物质层8的界面上积累的碳酸盐热分解出的BaO和Si或Mg的反应生成物的方案，在其界面间设置由纯Ni或Ni-Zr组成的金属层12。
此外，本实施例作为抑制电子放射物质层8的钡自由基的蒸发消耗的方案，设置在碳酸盐中同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物0.01～1重量％的第2电子放射物质层80。
为此，本实施例之金属层12是在基体金属6之上涂布厚度为200～2000埃的Ni或Ni-Zr，将此在惰性气氛或真空气氛中进行热处理，使之能在基体金属6和金属层12之间合金化及扩散得到的。在此，本实施例之金属层12的厚度，考虑到在其上设置的电子放射物质层8和第2电子放射物质层80的厚度，以200～2000埃为宜，最佳的实施形态是400～1200埃。另一方面，本实施例之金属层12是在基体金属6之上粘附Ni或Ni-Zr粉末设置的。
在这样形成的金属层12之上涂布厚度为20～80μm的由三元碳酸盐或二元碳酸盐组成的电子放射物质层8，在其上再涂布厚度为20～80μm的在三元碳酸盐或二元碳酸盐中进一步同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物的第2电子放射物质层80，使总厚度不超过200μm，这样即可制造本实施例之电子枪用阴极。
将上述本实施例之电子枪用阴极组装到阴极射线管，检查其寿命，结果如图5所示。图中D是设置了厚度为400～1200埃的金属层12，在其上设置电子放射物质层8，在其上再设置了含有镧-镁化合物0.5重量％的碳酸盐的本实施例之阴极。图中E是以往的氧化物阴极。
寿命检查是在连续6000小时驱动的状态下测定电子放射电流的减少量，对每个阴极以2000～3000μA的电流实施的。其结果，本发明之电子枪用阴极与以往的技术相比，高电流下的寿命特性显著改善。具体地说，本发明在高电流密度的驱动下，经过6000小时后也还保持初期电流值的95％。
还有，本发明之阴极显示了从驱动初期的最大阴极电流(maximum cathode current；在一定条件下从阴极放射出的最大电流)经过的时间越长，最大阴极电流增加的倾向。
如以上实施例所示，本发明之电子枪用阴极实质上解决了以往技术的问题。即，本发明的结构是在含有还原性元素的基体金属和由碳酸盐组成的电子放射物质层之间设置由微粒子组成的金属层，分散生成钡自由基时发生的反应生成物，确保还原性元素的后期扩散路径，从而可实现持续地放射钡自由基。
此外，本发明在电子放射物质层中同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物，或者设置了同时含有镧化合物和镁化合物或含有镧-镁复合化合物的第2电子放射物质层，因而可抑制钡自由基的蒸发消耗。
因此，根据本发明，通过金属层和电子放射物质层或第2电子放射物质层的相互作用，使得钡自由基的放射得以持续，蒸发消耗得到抑制，因而在2～3A/cm2的高电流密度负荷下也可获得提高寿命特性的效果。
此外，本发明之氧化物阴极，虽是在高电流密度下维持长寿命之物，但也具有取代制造方法困难、高价的浸渍式阴极的实用性。
另一方面，本发明不局限于上述最佳发明，在专利权利要求书所要求的概要的范围内，只要在本发明所属领域具有一般知识的人，谁都可以对实施加以多种多样的变更。
Claims (21)
1.电子枪用阴极，其特征是包括以镍为主成分，至少含有一种还原性金属的基体金属和在其上面设置的主成分为镍的金属层，在该金属层上面设置了包含至少含有钡的碱土金属氧化物层的电子放射物质层。
2.如权利要求1所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由镍或镍-锆组成。
3.如权利要求1或权利要求2所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是由在基体金属之上涂布镍或镍-锆，将此进行热处理而得到。
4.如权利要求3所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
5.如权利要求1或权利要求2所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是通过在基体金属之上粘附镍或镍-锆粉末来设置的。
6.如权利要求5所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
7.如权利要求1所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层厚度是200～20000埃。
8.如权利要求1所述之电子枪用阴极，其特征在于，电子放射物质层进一步同时含有镧化合物和镁化合物，或含有镧-镁复合化合物。
9.如权利要求8所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由镍或镍-锆组成。
10.如权利要求8或权利要求9所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是由在基体金属之上涂布镍或镍-锆，将此进行热处理而得到。
11.如权利要求10所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
12.如权利要求8或权利要求9所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是通过在基体金属之上粘附镍或镍-锆粉末来设置的。
13.如权利要求12所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
14.如权利要求8所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层厚度是200～20000埃。
15.如权利要求1所述之电子枪用阴极，其特征在于，在所述电子放射物质层之上设置有第2电子放射物质层，该第2电子放射物质层包含至少含有钡的碱土金属氧化物以及同时含有镧化合物和镁化合物，或含有镧-镁复合化合物。
16.如权利要求15所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由镍或镍-锆组成。
17.如权利要求15或权利要求16所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是由在基体金属之上涂布镍或镍-锆，将此进行热处理而得到。
18.如权利要求17所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
19.如权利要求15或权利要求16所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层是通过在基体金属之上粘附镍或镍-锆粉末来设置的。
20.如权利要求19所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层由比基体金属的平均粒径小的粒子组成。
21.如权利要求15所述之电子枪用阴极，其特征在于，金属层厚度是200～2000埃。
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