JPS5918539A

JPS5918539A - 含浸形陰極

Info

Publication number: JPS5918539A
Application number: JP57127518A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Taguchi; 田口　貞憲; Toshiyuki Aida; 会田　敏之; Yoshihiko Yamamoto; 山本　恵彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1984-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はブラウン管、撮像管等の電子管に用いる含浸形
陰極に関するものである。

含浸形陰極は電子管の高性能化を計るだめの陰極として
有望視されている。含浸形陰極は多孔質金属基体の空孔
部に電子放出物質を含浸したものである。多孔質金属基
体はほとんどがタングステンで製造されているが、タン
グステンに限らず、モリブデン、タンタルなどの耐熱金
属を含むもので良い。電子放出物質としては、酸化バリ
ウムと酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネ
シウムなどのうち少なくとも１種を含む化合物あるいは
混合物を含浸の出発材料として用いているのが一般的で
ある。多孔質金属基体は金属粉末をプレス成形して焼結
することによって製造される。

多孔質金属基体の空孔率は１７〜３０％程度が適当とさ
れている。基体内に空孔が均一に分布するためには、焼
結時に金属粉末同士の拡散が進んだ状態では分布が悪く
、粒末同士が比較的軽く結合するような焼結条件を選ぶ
必要がある。含浸形陰極は、多孔質金属基体上に、バリ
ウム・アルミネート化合物をのせ、還元性や非酸化性雰
囲気中で加熱熔融して基体の空孔内に含浸させることに
よって製造される。また、バリウム・アルミネート化合
物熔融浴中に多孔質金属基体を浸漬することによって基
体の空孔部に含浸することができる。

このような含浸形隘極の動作状態においては、多孔質金
属基体とバリウム・アルミネート化合物が反応しバリウ
ムを生成し、基体の表面、すなわち電子放出面に到達し
、表面拡散して電子放射に適した単原子層を形成する。

このような含浸形陰極は高い電子放出能を長時間に紅っ
て可能とする陰極として有望視され、ブラウン管、撮像
管などの小型電子管用として開発が進められている。し
かし、高い電子放出能を有する反面、動作温度が１０５
０〜１２００ｃと高いために、バリウムや酸化バリウム
の蒸発が多くなり、他の電極へ付着し、管球の特性に悪
影響を及ぼす。また、高温のために、酸化物陰極で用い
ている電極やスリーブ材質を変更する必要がある。さら
に、含浸形陰極を加熱するヒータ温度が高くなるために
、長時間の使用が出来ないなど欠点を有している。その
ために、低温動作が可能なＩ電極の探索が活発であるが
実現していない。

一方、動作温度を低くする方法として、電子放射面に、
オスミウム、ルテニウム、オスミウム−ルテニウム合金
、イリジウムなどを数百ｎｍ被覆して用いる方法が採ら
れている。これによると、動作温度は９００〜１０５０
０程度に低下する。被覆は蒸着やスパッタなどによって
行なわれる。被覆するかわシに、多孔質金属基体内に、
オスミウム、オスミウム−ルテニウム合金、ルテニウム
。

（イリジウムなどガ；分散させて、電子放出物質を含浸し
た含浸形陰極においても、被覆した場合と同じ結果が得
られている。

本発明の目的は、電子放出能を鍋め、しかもバリウム、
酸化バリウムの蒸発量を抑えた含浸形陰極を提供するこ
とである。

上記目的を達成するために、本発明にょる含浸形陰極は
、従来の含浸形陰極の電子放出面に酸化スカンジウムを
設けたことを要旨とする。

本発明による含浸形陰極は、多孔質金属体の原料粉末を
、プレス成形、焼結の工程などから作製した多孔質金属
体を用い、該金属体の空孔部に、水素中あるいは非酸化
性雰囲気中で、電子放出物質を溶融して含浸させた含浸
形陰極の電子放出面にスパッタなどにより酸化スカンジ
ウムを被着させることによって製造されるが、その方法
を以下に一層詳しく説明する。

多孔質金属体は、粒度調整された原料粉末を用い、陰極
形状にプレス成形、焼結によって製造する。また、焼結
後に切削加工などによって陰極形状に加工して作製して
も何ら差支えない。この多孔質金属体の細孔部に含浸す
る電子放出物質としてはバリウム・アルミネート化合物
の他に、炭酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシ
ウムの混合物を含浸時の出発原料としても良い。この３
つの組み合せで良い電子放出特性を示した組成は、（炭
酸バリウム）：（酸化アルミニウム）：（炭酸カルシウ
ム）＝４：１：１〜５：２：３であった。このように製
造した含浸形隘極に、スパッタによって酸化スカンジウ
ム膜を被着して製造する。

以上述べた含浸形隘極の構成物質から代表として多孔質
金属体はタングステン、電子放出物質としてバリウム・
アルミネート化合物を選んで説明する。まず、粒度調整
を実施したタングステン粉末を用意し、円筒状プレス治
具を用いてプレス成形を行なう。プレス成形には必要に
応じてポリビニール・アルコールなどをバインダーとし
て使用する。次いで水素中で１０００〜１２００ｔ？に
加熱してバインダーを除くとともに、取シ扱い易いよう
に仮焼結を行なったのち、真空中あるいは水素中などの
非酸化性雰囲気中で、１７ｏｏ〜２０００ｃに加熱し、
１７〜３０％の空孔を有する多孔質タングステン体を作
る。空孔率はタングステン粉末の粒径、プレス成形圧力
、焼結条件によって任童に選択出来るが、通常３〜８μ
ｍの粒径を用い、１〜１０　ｔＯｎ　／ｃｒｎ２の圧力
で成形を行ない、焼結は１７００〜２０００ｔＺ”、　
０．５〜３時間程度の焼結条件によって行なわれる。粉
末同士の拡散が異面程度のものが空孔が均一に分布し、
拡散が十分に進行し、粉末粒子の移動があるものは、同
じ空孔率でも分布が不揃いで、閉鎖孔が多い。切削加工
によって陰極形状にする場合には強度が必要とするため
拡散を進めなければならないが、最初から陰極形状を想
定してプレス成形する場合には、陰極としての強度があ
れば良いととになる。このように製造した基体上に、バ
リウム・アルミネート化合物をのせ、水素中で約１７０
０ｃに加熱熔融して空孔に流し込んで含浸形陰極を製造
する。

以上のようにして製造した含浸形陰極の断面模型図をｇ
１図に示す。１は多孔質タングステン基体、２は空孔部
、３はバリウム・アルミネート化合物である。第２図に
このように製造した含浸形陰極の飽和電流特性１０を示
す。この含浸形陰極は動作温度が高く、バリウムや酸化
バリウムの蒸発量が多くなり、管球を作製した場合には
他の電極に悪影響を及ぼしたりして管球特性の劣化につ
ながったり、陰極を加熱するヒータ温度を高くする必要
があり、短寿命になるなどの欠点を持っている。動作温
度を下げるだめの方法として、この含浸形陰極表面にオ
スミウム（まだはルテニウム。

イリジウムあるいはこれらの合金）を約５　Ｑ　Ｑｎｍ
程度被着させることによって動作温度を１００〜１５０
Ｃ下げることに成功している。オスミウムを被覆した含
浸形陰極特性を第２図の１１に示す。

オスミウムの代りに酸化スカンジウムを被着させること
によって、オスミウム被覆含浸形陰極１１よシも動作温
度を低く出来ることがわかった。酸化スカンジウムの被
着は高速スパッタによって被着させた。酸化スカンジウ
ムは、０，１μｍ以上から顕著な効果が見られた。酸化
スカンジウムが厚すぎると酸化物陰極と同様な振る舞い
し、またスパッタ時間など作業時間、コストから考え１
００μｍ以下が望ましい。したがって０．１〜１１００
Ａｔの酸化スカンジウム膜を被着させることが望ましい
。酸化スカンジウムの代シにスカンジウムを蒸着などで
被着したのち、大気に取り出し酸化を実施して、酸化ス
カンジウムとしても良い。このようにして製造した本発
明の含浸形陰極の飽和電流特性１２を第２図に示す。従
来の含浸形陰極よりも２５０〜３００　Ｃ，オスミウム
被覆含浸形陰極よシも１００〜１５０Ｃも動作温度を低
下出来、バリウム、酸化バリウムなど電子放出物質の蒸
発量が減や、加熱用ヒータが長寿命化になるなど有利で
あった。

本発明によれば、以上説明したように、従来の製造法に
、酸化スカンジウムを付加することによって動作温度を
大巾に低く使用出来る。動作温度を１００〜３００ｃ低
くしたことにょシ、バリウム、酸化バリウムの蒸発速度
を１．５〜３桁程度低くすることが出来同時に長寿命化
が計れる。本発明による含浸形陰極は従来型の含浸形陰
極、オスミウム被覆含浸形陰極よシも優れた特性を有す
る含浸形陰極と言える。

以下、本発明を実施例によって説明する。

粒径５μｍのタングステン粉末を用意して、この中から
１５ｍｇを１ヶ分として、１．５ｍｍφの円筒プレス治
具を使用してプレス成形を行なった。

コノフレス成形には、ポリビニール・アルコールをバイ
ンダーとして用いた。成形圧力は４　ｔｏｎ／ｃｍ　ｔ
で実施した。ついで水素中で１００００．１時間の仮焼
結を行ない、バインダーを除くとともに、取り扱い易い
ようにした。つぎに、１×１Ｏ−１ｌ’ｐｏｒｒ以下の
圧力の真空中で１９００Ｃ，１時間の焼結を実施し、多
孔質タングステン基体を作った。

この時の空孔率は２６％であった。このようにして製造
した多孔質タングステン基体に、４ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ５
・ＣａＯの配合からなる化合物を、水素雰囲気中で１７
４０ｔ：’で３分間加熱熔融して電子放出物質を含浸し
た。次いで、基体上に残った余分な（９）電子放出物質を取り除いた。この陰極を酸化スカンジウ
ムをターゲットとしたスパッタ装置に入れ、陰極の電子
放出面に約３０μｍ被着した。この酸化スカンジウムを
被覆した含浸形陰極を厚さ２５μｍのタンタル・スリー
ブ５とタンタルからなるカップ状の障壁層６をレーザ・
ビームで溶接し、傍熱形陰極を作シ、スリーブ内にタン
グステン・ヒータ７を設けて、陽極−陰極からなる２極
管を作製し、パルス電源を用いて陰極の飽和電流を測定
した結果を第２図の１２に示す。

以上、本発明によれば、従来の含浸形陰極の製造工程を
大巾に変更することな〈従来のオスミウム被覆の代りに
酸化スカンジウムを被着することによって、動作温度を
従来型の被覆なし含浸形陰極よシも２５０〜３００Ｃ，
オスミウム被覆含浸形陰極よシも１００〜１５０Ｃ低く
することが出来、また、動作温度を低く出来た結果、バ
リウム。

酸化バリウムの蒸発速度を１．５〜３桁小さく出来るな
ど優れた特性を有する含浸形陰極が得られる。

【図面の簡単な説明】

（１０）第１図は含浸形陰極の断面模型図、第２図は、従来法で
作製した含浸形陰極と本発明による含浸形陰極を比較し
た図である。１・・・多孔質タングステン基体、２・・・空孔部、３
・・・バリウム・アルミネート化合物、４・・・含浸形
陰極、５・・・タンタルスリーブ、６・・・タンタル障
壁層、７・・・タングステン芯線、８・・・絶縁被覆層
、９・・・傍熱含浸形陰極、１０・・・従来の含浸形陰
極の飽和電流特性、１１・・・オスミウムを被覆して特
性を改善した含浸形陰極の飽和電流特性、１２・・・本
発明によ（１１）第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、多孔質金属体と電子放出物質とからなる含浸形陰極
において、電子放出表面に酸化スカンジウム膜を設けた
ことを特徴とする含浸形陰極。２　酸化スカンジウム膜の厚さを０．１〜１００μｍと
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の含浸
形陰極。