KR100261454B1 - 산화물 음극 - Google Patents

Abstract

Ni 및 Si, Mg로 이루어진 기체금속층과 이 기체금속층을 피복하는 W와 같은 환원제를 포함하는 금속피복층 그리고 전자방출물질층으로 이루어진 산화물음극은 수명이 길며, 전자방출 특성이 우수하다.

Description

산화물 음극

제1도는 종래의 산화물 음극을 포함하는 전자총의 개략도이고,

제2도는 본 발명의 일실시예인 산화물 음극을 포함하는 전자총의 개략도이고,

제3도는 본 발명의 일실시예인 산화물 음극 및 종래의 산화물 음극의 수명 특성을 측정한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기체금속층 2 : 슬리브

3 : 전자방출물질층 4 : 히터

[산업상 이용 분야]

본 발명은 산화물 음극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화물 피복형의 전자관용 열전자방출 음극에 관한 것이다.

[종래기술]

산화물 음극은 수상관이나 촬상관의 전자관용 음극으로 널리 사용되고 있다.

종래에는 이와 같은 열전자 방출 음극으로 제1도에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 산화물 음극을 사용하였다. 제1도에 도시된 바와 같이, 종래의 음극은 원관상의 슬리브(2), 상기 슬리브 상에 원판상으로 기체(基體) 금속이 피복형성된 기체금속층(1)과 상기 기체금속층(1) 상에 전자방출물질이 피복 형성된 전자방출물질층(3) 및 음극 가열용 히터(4)로 이루어져 있다. 그리고 상기 기체금속층은 Ni(니켈)을 주성분으로 하고 Si(실리콘), Mg(마그네슘)등의 환원제를 미량 포함하고 있으며, 상기 전자방출물질층은 Ba(바륨)을 주성분으로 하는 알카리토류 금속의 산화물로 이루어져 있다.

이와 같은 음극, 소위 산화물 음극은 니트로셀룰로즈 등을 용해한 유기 용제에 BaCO₃(탄산바륨)을 주성분으로 하는 탄산염 분말을 혼합한 후, 스프레이나 전착 등의 방법으로 기체금속층상에 피착시킴으로써 제조된다. 그리고 상기 산화물 음극은 환원제와 산화물을 반응시켜 산화물로부터 유리원자를 생성시키고 이 유리원자가 전자방출에 이용된다.

상기 전자방출과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 제조된 음극을 전자총에 장착하여 전자관내에 조립하고, 전자관 내를 진공으로 하는 배기 공정에서 음극을 히터로 약 1000℃로 가열 승온한다. 이때 전자방출물질층에 피착된 BaCO₃(탄산바륨)이 하기식(1)과 같은 열분해에 의해 BaO(산화바륨)으로 분해된다.

상기 BaO는 음극 동작 중 기체금속층과 접하는 경계면에서 기체금속 중 환원제인 Si 및 Mg등과 환원반응을 일으키며 그 반응식은 하기식(2) 및 (3)과 같다.

상기 환원반응에 의하여 생성된 유리 Ba 가 전자방출에 기여한다.

그러나 상기 환원 반응에서는 MgO 및 Ba₂SiO₄등이 유리 Ba와 함께 발생하는데, 이들은 전자방출물질층과 기체금속층 사이의 경계면에 축적되어 중간층을 형성하며, 이 중간층은 환원반응에 필요한 기체금속층의 Mg, Si가 전자방출물질층의 BaO와 반응하는 것을 방해하는 장벽으로 작용한다. 이와 같은 Mg, Si의 확산의 억제는 결국 유리 Ba의 생성을 억제하여 산화물 음극의 수명을 단축시키고, 또 상기 중간층은 고저항을 갖고, 전자방출전류의 흐름을 방해하기 때문에 방출 가능 전류밀도를 제한한다는 문제점이 있다.

[본 발명이 해결하려하는 과제]

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산화물 음극에 있어서 중간층 형성으로 인한 수명 단축을 억제한 장수명의 산화물 음극을 제공하고 또한 안정적인 전자방출특성을 갖는 산화물 음극을 제공하기 위함이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기체금속층, 상기 기체금속층을 피복하는 금속피복층, 상기 금속피복층을 피복하는 전자방출물질층으로 이루어진 산화물 음극을 제공한다.

상기한 금속피복층은 W(텅스텐), Mo 또는 W와 Mo의 복합물로 이루어진 군에서 선택되는 환원성 금속을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 금속피복층의 두께는 10~10,000Å이 바람직하다.

상기 두께가 10Å미만이면 수명 향상 효과가 미미하며, 10,000Å을 초과할 때는 음극온도 변화와 에미션 특성이 감쇠한다는 문제점이 있다.

또한 상기 기체금속층은 Ni을 주성분으로 하고, Si, Mg 등의 환원제를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 전자방출물질층은 알카리토류 금속, 더욱 바람직하게는 Ba를 포함하는 것이 바람직하다.

[작용]

상기와 같은 본 발명에 따라 형성된 산화물 음극의 구조는 제2도에 도시하였다. 제2도에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 산화물 음극은 기체금속층(1)과 전자방출물질층(2) 그리고 이들 사이에 형성된 금속피복층(5)으로 나누어져 있다. 이와 같은 본 발명의 산화물 음극은 종래 기술에서 언급한 반응식(2),(3)을 거쳐, 유리 Ba를 생성한다. 그러나, 본 발명에 있어서는 금속피복층, 예를 들면 W를 포함하는 금속피복층은 환원성을 갖고 있어, Mg, Si와 마찬가지로 역시 BaO와 반응하여 유리 Ba를 생성시킨다. 그 반응식은 다음과 같다.

상기 반응식(4)에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 금속피복층 역시 Ba₃WO₆라는 반응 생성물을 생산하는데, 이 반응 생성물은 산화물 음극이 동작하여 시간이 경과함에 따라 기체금속층으로부터 확산되어 나오는 Si등과 다시 반응하여 분해되며, 이때 유리 Ba를 또 생성하면서 W로 분해된다. 이 과정은 하기식(5)로 나타낼 수 있다.

상기 과정에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 금속피복층내의 W은 유리 Ba를 두 번 생성시키고 다시 W로 환원되어 환원제로 재사용된다. 이와 같이 본 발명의 금속피복층내의 금속은 환원제로 재사용되므로써 음극의 수명을 연장시킴은 물론 계속적으로 안정적인 전자 방출을 가능하게 한다.

[본 발명의 실시예]

[실시예]

Si 및 Mg를 함유한 Ni 기체금속층의 상부 표면을 세정한 다음, 박막 제조법중의 하나인 rf 스퍼터링(rf sputtering)법으로 W금속을 기체금속층의 상부표면에 1000Å의 두께로 피복하였다. 상기 금속피복층 위에 통상의 스프레이 방법으로 Ba를 포함하는 전자방출물질층을 형성하여 산화물 음극을 제조하였다.

[비교예]

Si 및 Mg를 함유한 Ni 기체금속층의 상부 표면을 세정한 다음, 상기 기체금속층 위에 통상의 스프레이 방법으로 Ba를 포함하는 전자방출물질층을 형성하여 산화물 음극을 제조하였다.

상기한 실시예 및 비교예에서 제조한 산화물음극을 전자총에 장착하고, 음극 가열용 히터를 삽입 고정한 뒤, 전자총을 전자관에 봉지하고 일정시간 계속 동작시키면서 E₅=6.3V조건하에서 Mik 측정방법으로 전자방출 전류의 감소량을 측정하여 그 결과를 제3도에 나타내었다.

제3도에 있어서 Mik(Maximum Cathod Current)는 일정 구동조건하에 음극에서 방출되는 최대전류를 의미한다.

제3도에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예의 음극은 종래 기술인 비교예의 음극에 비해 약 20%이상의 수명개선 효과가 있었다. 또한 본 발명의 음극은 에미션 특성의 산포도 종래에 비해 월등히 우수하였다.

[효과]

본 발명의 산화물 음극은 수명이 길며, 안정적인 전자방출 특성을 갖는다.

Claims (3)

1. Si, Mg로 이루어진 군에서 선택되는 환원제를 포함하고 있는 기체금속층; 상기 기체금속층을 피복하는 10~10,000Å 두께의 금속피복층; 상기 금속피복층을 피복하는 전자방출물질층; 으로 이루어진 산화물음극.
2. 제1항에 있어서, 상기한 금속피복층은 W, Mo로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물음극.
3. 제1항에 있어서, 상기한 전자방출물질층은 알카리토류 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물음극.