CN1248781A - 电子枪用阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阴极射线管中使用的电子枪用阴极,由以镍为主要成分,至少含有一种还原性元素的基体金属;基体金属上部并具有凹凸部分的金属层;及形成在金属层的上部,其中含有至少包含钡在内的碱土金属氧化物的电子发射物质层构成。上述金属层是在基体金属的上部涂敷镍、钨、镍－锆、锆－钨或镍－钨中的一种,被敷镍、钨、镍－锆、锆－钨或镍－钨中的一种粉末而得到的,其形成颗粒的直径小于上述基体金属的平均颗粒直径。
Description
本发明涉及阴极射线管内所采用的电子枪用阴极，尤其涉及一种对有助于生成游离钡原子的还原性元素的扩散路径进行确保，并防止游离钡原子的损失，从而能在高电流密度下实现长寿命的电子枪用阴极。
阴极射线管是一种利用高电压来对电子枪所发射的电子进行加速，使其在萤光屏的萤光粉上着屏(landing)，利用该萤光粉的受激发光而显示出图像的装置。
用于这种阴极射线管并发射电子的电子枪用阴极，其一般结构如图6所示。在附图的套筒(Sleeve)2的内部设置灯丝(heater)4，其上部形成这样一种帽盖状的基体金属(ベ一スメタル)6，即以镍(Ni)为主要成分，含有微量的像硅(Si)和镁(Mg)这样的还原性元素。在基体金属上形成以至少包含钡的碱土金属氧化物为主要成分的电子发射物质层8。
这样形成的氧化物阴极是以灯丝所发的热为能源，使金属氧化物和还原性元素进行反应，利用这样生成的游离钡原子来发射热电子。上述电子枪用阴极的电子发射能力取决于金属氧化物中所存在的游离钡原子的供给量。
但是，最近，阴极射线管的发展趋势是高亮度和长寿命，所以，必须开发一种在高电流密度下能长时间提供游离钡原子的阴极。
作为对于本申请人的在先申请，在韩国公开专利公报96-15634号中公开的这样一种阴极：在含有碱土金属氧化物的电子发射物质层中镧(La)化合物和镁(Mg)化合物同时，或者另外还含有La-Mg复合化合物，对游离钡原子的蒸发消耗进行抑制。
但是，上述过去的阴极如图9详细表示的那样，在基体金属6和电子发射物质层8的边界面上生成反应生成物中间层10，造成在2～3A/cm2的高电流密度下寿命缩短。
上述中间层10是为了生成有助于发射电子的游离钡原子的这种金属氧化物碳酸钡，从其热分解而形成的氧化钡和作为还原剂的硅及镁进行反应而生成的
[反应式1]
[反应式2]
通过反应式1和反应式2而生成的游离钡原子有助于发射电子，但由于上述反应还生成MgO和Ba2SiO4这样的反应物，在基体金属6和电子发射物质层8的边界处形成中间层10。
这样形成的中间层10成为一种阻挡层，妨碍基体金属6内所包含的还原剂进行扩散，使需要还原剂的游离钡原子的生成反应很难进行，使阴极的寿命缩短。并且，上述中间层10还存在这样一个问题。即因为中间层10具有高电阻，所以妨碍电子发射电流的流动，限制能够发射的电流密度。
另一方面，在日本公开专利公报平3-257735号中公开了这样一种电子枪用阴极，即在基体金属和电子发射物质层之间形成一个以与硅和镁相同或具有低还原性的钨为主要成分的金属层，在上述电子发射物质层中含有稀土类金属氧化物，利用该稀土类金属氧化物使反应生成物分解，上述金属层的还原性元素有助于生成游离钡原子。
但是，上述阴极在生成游离钡原子的同时还形成附加的反应生成物，在使用初期呈现出稳定的特性，但问题是随着时间的延长，阴极寿命急剧下降。
本发明的目的之一在于制造一种电子枪用阴极，以确保基体金属内所含还原剂的扩散路径，使游离钡原子能顺利地生成，从而能在高电流密度下实现长寿命。
本发明的另一目的在于：通过对基体金属内所含还原剂向后方的扩散进行隔断，能够防止因还原剂损失所造成的寿命缩短。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子枪用阴极，其特征在于具有：
基体金属，它以镍为主要成分，至少含有一种还原性元素；
金属层，它形成在该基体金属上部，并具有凹凸部；及
电子发射物质层，它形成在上述金属层的上部，其含有至少包含钡在内的碱土类金属氧化物。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述电子发射物质层内同时含有镧化合物和镁化合物，或者还含有镧-镁复合化合物。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层的形成是在基体金属的上部1次涂敷镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的的一种，利用凹凸形状的掩膜进行2次涂敷，对其进行热处理。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层的形成是在基体金属的上部1次被敷形成镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种粉末，利用凹凸形状的掩膜进行2次被敷。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层的颗粒直径小于基体金属的平均颗粒直径。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
金属层形成的厚度为500～50000埃。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
在上述基体金属的下部再形成第2金属层。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述第2金属层是以镍、钨、钽或钼中的一种为主要成分而形成的。
一种电子枪用阴极，其特征在于包括：
基体金属，它以镍为主要成分，至少含有一种还原性元素；
金属层，它形成在基体金属上部；
电子发射物质层，它形成在上述金属层的上部，其中含有至少包含钡在内的碱土金属氧化物；以及
第2金属层，它形成在上述基体金属的下部。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述电子发射物质层内同时含有镧化合物和镁化合物，或者还含有镧-镁复合化合物。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述第2金属层是以镍、钨、钽或钼中的一种为主要成分而形成的。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层和第2金属层是分别在基体金属的上部和下部涂敷镍，并对其进行热处理而得到的。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层和第2金属层是利用镍粉末的电镀分别在基体金属的上部和下部被敷而形成。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述金属层形成的厚度为500～50,000埃。
所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述第2金属层形成的厚度为500～50,000埃。
本发明提供这样一种电子枪用阴极，即在以镍为主要成分，至少包含一种还原性元素的基体金属的上部，设置一种金属层，其主要成份由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成，为了扩大其表面积，特形成了凸凹部，在该金属层的上部形成一种电子发射物质层，其中含有至少包含钡在内的碱土金属氧化物。
在此，作为本发明的目的物的金属层是在基体金属的上部涂敷镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种，利用掩膜(マスク)来形成，使其具有凸凹部分，对其进行热处理，或者被敷一层镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种粉末而制成的，使颗粒直径小于上述基体金属的平均颗粒直径。
并且，本发明从结构上还在基体金属下部形成一种第2金属层，其主要成分是镍、钨、钽或钼中的一种。第2金属层是利用涂敷或电镀(镀金〕的方法来形成的。
由于采用这种结构，所以在本发明中，由小于基体金属颗粒的粒子构成的金属层，能有效地使反应生成物的中间层进行分散，尤其在中间层集中生成的金属层中心部分，形成凸凹部，以此来扩大还原性元素的扩散面积。利用这种作用能防止生成高电阻层即中间层，确保还原性元素的扩散路径，有利于扩散，持续保持需要上述还原性元素的游离钡原子的生成反应，能实现在2～3A/cm2的高电流密度下的长寿命。
并且，本发明在基体金属的下部形成第2金属层，对还原性元素的后方扩散和损失进行隔断，因此能有更多的还原性元素与电子发射物质进行反应，能实现长寿命。
本发明的效果在于：本发明的电子枪用阴极实质上解决了现有技术中存在的问题。
也就是说，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构成的电子发射物质层之间形成由微细颗粒构成的金属层，使生成游离钡原子时所产生的反应生成物分散开，确保还原性元素的扩散线路，因此能连续地发射游离钡原子。尤其在金属层的中心部分形成凹凸部分，从而使还原性元素的扩散面积增大，因此，即使形成中间层也能连续发射游离钡原子。
并且，本发明由于在电子发射物质层内同时形成La化合物和Mg化合物，或者另行含有La-Mg复合化合物。因此，能抑制游离钡原子的蒸发消耗。
并且，本发明在基体金属的下部形成第2金属层，防止还原性元素向后方扩散和损失，因此能持续保持游离钡原子的生成。
所以，本发明通过金属层和电子发射物质层以及第2电子发射物质层的相互作用使游离钡原子的发射持续进行，对蒸发消耗进行抑制，所以，能够获得即使在2～3A/cm2的高电流密度条件下也能提高寿命特性的良好效果。
再者，本发明的氧化物阴极也还能获得这样一种实用性，即取代那种虽然在高电流密度下能保持长寿命，但其制造方法困难，价格昂贵的浸渍型阴极。
以下根据附图，对实施例进行详细说明。
图1是表示本发明实施例1的电子枪用阴极的断面图。
图2是表示本发明实施例1的电子枪用阴极的主要部分放大断面图。
图3是表示本发明实施例1的电子枪用阴极的寿命特性图。
图4是表示本发明实施例2的电子枪用阴极的断面图。
图5是表示本发明实施例2的电子枪用阴极的主要部分放大断面图。
图6是表示本发明实施例2的电子枪用阴极的寿命特性图。
图7是表示本发明实施例3的电子枪用阴极的断面图。
图8是表示过去已知的电子枪用阴极的断面图。
图9是表示过去已知的电子枪用阴极的主要部分放大断面图。
以下根据附图，详细说明实现本发明的最佳实施例。在本发明的说明中，凡是与通过引用现有技术的附图进行说明的结构相同的部分，为便于说明均采用相同的符号。
实施例1
图1的本发明的一个实施例的电子枪用阴极，被设置在内部装有灯丝4的套筒2的上侧开口部位上，其中含有帽盖状基体金属6，该基体金属是以Ni为主要成分，并含有微量的Si、Mg这样的还原性元素。
其结构是：在基体金属6的上部，形成由纯Ni或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种所构成的金属层12，并在其上部形成电子发射物质层14，其成分是至少包含钡在内的碱土金属氧化物的三元碳酸盐(Ba·Sr·Ca)CO3或二元碳酸盐(Ba·Sr)CO3。
尤其，本实施例，在游离钡原子进行生成时，在基体金属层6和电子发射物质层8的边界面上积存的BaO和Si及Mg的反应生成物，为了使其分散开，方法是：在其边界面之间设置金属层12，其成分是由微粒子形成的纯Ni或W、Ni-ZrZr-W或Ni-W中的一种；为了扩大反应生成物集中的中心部分的表面积，使还原性元素更顺利地扩散，方法是形成凸凹部分12a。
这样形成的本实施例的金属层12，如图2的放大图所示，设置为其颗粒直径小于基体金属6的平均颗粒直径，基体金属6内所含的还原性元素的扩散路径本身是分散的，因此，在金属层12的颗粒中到处发生BaO和Si及Mg的反应，该反应生成物中间层10被分散开，不能聚集。于是，还原性元素Si、Mg的扩散容易进行，有助于游离钡原子的生成。并且，在金属层12的中心部分所形成的凸凹部分12a，其作用是在与电子发射物质层14的边界面上扩大面积，即使生成中间层10，也能使还原性元素顺利地进行扩散。
本实施例的金属层12是这样制成的：在对基体金属6进行清洁处理(Cleaning)后，在其上部用阴极真空喷镀(RFsputtering)法来1次形成Ni或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种金属层，利用具有凹凸部分12a的形状的掩膜来再次进行2次形成，使整体的厚度达到500～50,000埃。然后，在还原性气氛或真空气氛中在650～1100℃对其进行热处理，使其在基体金属6和金属层12之间进行合金化和形成扩散。
金属层12的厚度，理想值为500～50,000埃，若小于500埃，则太薄，难于确保还原性元素的扩散路径若大于50,000埃，反而妨碍还原性元素的扩散。本实施例采用金属层12的厚度，在8,000～30,000埃时效果最好。
另一方面，本实施例的金属层12的形成方法是：在基体金属6的上部，Ni或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种粉末进行1次被敷，用掩膜进行2次被敷形成。这时被敷方法可采用喷涂(Spray)法、印刷法、电极沉积法和金属盐溶解法等物理、化学、机械方法。
在这样形成的金属层12的上部，利用通常的喷涂法喷涂20-100μm厚的三元碳酸盐或二元碳酸盐。这种本实施例的阴极的总厚度不能超过300μm。
另一方面，在本实施例中，电子发射物质层14可以在至少包含Ba在内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上同时形成La化合物和Mg化合物，或者另外形成La-Mg复合化合物。
上述La化合物和Mg化合物或La-Mg复合化合物，能够对游离钡原子的蒸发进行抑制，持续地进行供给，其含量最好是碳酸盐重量的0.01～1％(重量比)。当其含量为0.01％(重量比)以下时，驱动时的游离钡原子的蒸发抑制效果很微小；当其含量为1％(重量比)以上时，初期驱动时电子发射特性会降低。
所以，若按照本实施例，利用金属层12发挥对中间层10的有效的分散作用，同时，利用包括La化合物和Mg化合物、或者La-Mg复合化合物在内的电子发射物质层14，使由于BaO和Si及Mg的反应而生成游离钡原子的蒸发得到抑制。
把上述本实施例的电子枪用阴极装配成阴极射线管，其寿命特性的检查结果示于图3。图中A是本实施例的阴极，在电子发射物质层的碳酸盐中含有0.5％(重量比)的La-Mg化合物，金属层12形成的厚度为500～50,000埃。图中的B是现有阴极，在其碳酸盐中含有0.5％(重量比)的La-Mg化合物；图中的C是仅使用碳酸盐的现有氧化物阴极。
寿命检查是在经过10,000小时连续驱动的状态下对电子发射电流的减小量进行测量，对阴极加2,000～3,000μA电流进行测量。其结果表明，采用本实施例的电子枪用阴极，与现有技术B、C相比，在高电流下的寿命特性大大提高。具体来说，本发明在高电流密度的驱动下经过10,000小时后仍能保持初期电流值的85％。
实施例2
图4表示另一实施例的本发明电子枪用阴极。如图所示，本实施例的电子枪用阴极，在基体金属6的上部形成由纯Ni或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种构成的金属层12，并在其上部形成由至少含有Ba的三元碳酸盐或二元碳酸盐构成的电子发射物质层14。电子发射物质层是在至少含有Ba的三元碳酸盐或二元碳酸盐内能同时A含有La化合物和Mg化合物，或者另外含有La-Mg复合化合物。
在此，本实施例的电子枪用阴极在基体金属6的下部再形成第2金属层16。
第2金属层16是用于隔断还原性元素向基体金属6的后方扩散和损失，使更多的还原性元素与电子发射物质进行反应，是由高熔点金属Ni、W、Mo或Ta中的一种形成的。
本实施例的电子枪用阴极的金属层12和第2金属层16，是这样制成的：对基体金属6进行清洁处理后，在其上部涂敷Ni、或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种，用阴极真空喷镀(RFSputtering)法形成厚度为500～50,000埃的涂层，接着，在上述基体金属的下部涂敷Ni、W、Ta或Mo中的某一种，如上所述用阴极真空喷镀法形成厚度为500～50,000埃的第2层金属层16，然后，在还原性气氛或真空气氛中在650～1100℃下对其进行热处理，使基体金属6和金属层12及第2金属层16之间发生合金化和扩散。
并且，上述金属层12和第2金属层16，利用电镀或非电解电镀法，能在基体金属6的上部和下部分别被敷形成500～50,000埃的涂层。
并且，上述金属层12和第2金属层16也可利用喷涂法、印刷法、电极沉积法和金属盐溶解法等物理、化学、机械方法来制作。
这样形成的金属层12的上部，涂敷由三元碳酸盐或二元碳酸盐构成的电子发射物质层14，其厚度为20～100μm，或者涂敷这样的电子发射物质层14，即在三元碳酸盐或二元碳酸盐内同时含有La化合物和Mg化合物或者另外制作La-Mg复合化合物，使总厚度不超过300μm，这样即可制成本实施例的电子枪用阴极。
上述本实施例的电子枪用阴极，如图5所示，形成的金属层12，其颗粒直径小于基体金属6的平均颗粒直径，基体金属6内所含有的还原性元素的扩散路径本身是分散的，因此，BaO和Si及Mg在金属层12的颗粒中的各个地方进行反应，其反应生成物中间层10被分散开，不能聚集。因此，还原性元素Si、Mg能顺利地进行扩散，有助于生成游离钡原子。并且，根据本实施例，还原性元素的后方扩散被第2金属层16隔断，能防止还原性元素的损失，通过供给该还原性元素，有助于生成游离钡原子，其结果是能实现长寿命。
图6表示把本实施例的电子枪用阴极装配到阴极射线管内，对其寿命特性进行检查的结果。图中的D是本实施例的阴极，在其电子发射物质层内，碳酸盐中含有0.5％(重量比)的La-Mg化合物，形成的金属层12和第2金属层，厚度分别为500～50,000埃。并且，图中的E是过去的氧化物阴极，其碳酸盐中含有0.5％(重量比)的La-Mg化合物，图中的F是仅采用碳酸盐的过去的氧化物阴极。
寿命检查是在经过10,000小时连续驱动的状态下对电子发射电流的减少量进行测量，对阴极加上2,000～3,000μA的电流进行测量。其结果表明，本实施例的电子枪用阴极与过去的技术相比，高电流下的寿命特性大大提高。具体来说，本发明表示在高电流密度的驱动下经过10,000小时后仍能保持期始电流值的85％。
实施例3
图7表示第1实施例和第2实施例的本发明电子枪用阴极互相结合的实施例。
如图所示，本实施例的电子枪用阴极，是在基体金属6的上部形成由纯Ni或W、Ni-Zr、Zr-W或Ni-W中的一种构成的金属层12，在其中心部分上再形成凹凸部分12a，在其上部形成电子发射物质层14，其构成是至少包含Ba的三元碳酸盐或二元碳酸盐。电子发射物质层14能在至少包含Ba的三元碳酸盐或二元碳酸盐内同时含有La化合物和Mg化合物或者另外含有La-Mg复合化合物。
在此，本实施例的电子枪用阴极，在基体金属6的下部形成第2金属层16，其主要成分是Ni、W、Mo或Ta中的某一种，以阻止还原性元素向基体金属6的后方扩散和损失。
这样构成的本实施例的电子枪用阴极，是利用实施例1和实施例2中说明的涂敷和被敷方法来形成金属层12和第2金属层16，其厚度为500～50,000埃。
上述本实施例的电子枪用阴极，形成的金属层12的颗粒直径小于基体金属6的平均颗粒直径，基体金属6内含有的还原性元素的扩散路径本身是分散的，因此，BaO和Si以及Mg的反应在金属层12的颗粒中的各个地方进行，其反应生成物的中间层10被分散开，阻止其聚集。因此，还原性元素Si、Mg能顺利把进行扩散，有助开生成游离钡原子。再者，在金属层12的中心部分上形成的凹凸部分12a，其作用是在与电子发射物质层14的边界面上扩大面积，即使生成中间层10，也能使还原性元素顺利地进行扩散。而且，根据本发明，由第2金属层14来隔断还原性元素的后方扩散，防止还原性元素的损失，通过该还原性元素的供给有助于生成游离钡原子，其结果能延长阴极寿命。
所以，本发明在阴极上施加2,000～3,000μA电流的条件下进行试验，其结果表明，与实施例1和实施例2相比，寿命特性提高5～10％。
Claims (18)
1、一种电子枪用阴极，其特征在于具有：
基体金属，它以镍为主要成分，至少含有一种还原性元素；
金属层，它形成在该基体金属上部，并具有凹凸部；及
电子发射物质层，它形成在上述金属层的上部，其含有至少包含钡在内的碱土类金属氧化物。
2、如权利要求1所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
3、如权利要求1所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述电子发射物质层内同时含有镧化合物和镁化合物，或者还含有镧-镁复合化合物。
4、如权利要求3所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
5、如权利要求1～4中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层的形成是在基体金属的上部1次涂敷镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的的一种，利用凹凸形状的掩膜进行2次涂敷，对其进行热处理。
6、如权利要求1～4中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层的形成是在基体金属的上部1次被敷形成镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种粉末，利用凹凸形状的掩膜进行2次被敷。
7、如权利要求1～4中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述金属层的颗粒直径小于基体金属的平均颗粒直径。
8、如权利要求1～4中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：金属层形成的厚度为500～50000埃。
9、如权利要求1～4中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：
在上述基体金属的下部再形成第2金属层。
10、如权利要求9所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述第2金属层是以镍、钨、钽或钼中的一种为主要成分而形成的。
11、一种电子枪用阴极，其特征在于包括：
基体金属，它以镍为主要成分，至少含有一种还原性元素；
金属层，它形成在基体金属上部；
电子发射物质层，它形成在上述金属层的上部，其中含有至少包含钡在内的碱土金属氧化物；以及
第2金属层，它形成在上述基体金属的下部。
12、如权利要求11所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层由镍、钨、镍-锆、锆-钨或镍-钨中的一种构成。
13、如权利要求11所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述电子发射物质层内同时含有镧化合物和镁化合物，或者还含有镧-镁复合化合物。
14、如权利要求11所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述第2金属层是以镍、钨、钽或钼中的一种为主要成分而形成的。
15、如权利要求11所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层和第2金属层是分别在基体金属的上部和下部涂敷镍，并对其进行热处理而得到的。
16、如权利要求11所述的电子枪用阴极，其特征在于：
上述金属层和第2金属层是利用镍粉末的电镀分别在基体金属的上部和下部被敷而形成。
17、如权利要求11～16中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述金属层形成的厚度为500～50,000埃。
18、如权利要求11～16中的任一项所述的电子枪用阴极，其特征在于：上述第2金属层形成的厚度为500～50,000埃。
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