專利名稱：鈧鹽陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其陰極體包含一基質(zhì)的鈧鹽陰極，所述基質(zhì)是用至少一種高熔點(diǎn)金屬和(或)至少在該基質(zhì)中與基質(zhì)材料接觸的鋇化合物金做的，該化合物可通過(guò)與基質(zhì)材料的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)射表面提供鋇。
本發(fā)明也涉及制造這種陰極的方法和備置有這種陰極的電子束管。
在“應(yīng)用表面科學(xué)”(Applied Surface Science)26(1986)，第173-195頁(yè)，J.Hasker，J.van Esdonk和J.E.Crombeen的文章“上層鈧鹽陰極的特性及制造”中描述了本文起始段所提及類型的陰極。在該文章說(shuō)明的陰極中，至少在該陰極體的上層形成幾微米大小的氧化鈧(Sc2O3)顆粒或局部涂有鈧(Sc)或氫化鈧(ScH2)的鎢(W)顆粒。該陰極體是通過(guò)沖壓和燒結(jié)制成的，此后用鋁酸鈣鋇浸漬其孔隙。為維持電子發(fā)射，鋁酸鈣鋇在陰極工作期間通過(guò)其基質(zhì)中鎢的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)射表面提供鋇。要能在裝入例如陰極射線管并激活該陰極后實(shí)現(xiàn)很高的陰極負(fù)載，重要的是在借助于浸漬劑的化學(xué)反應(yīng)的浸漬過(guò)程中在陰極表面形成厚度為一個(gè)單層的含鈧層。如上述文章所說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)已予證實(shí)的，可通過(guò)離子轟擊將含鈧層完全或部分除去，所述離子轟擊實(shí)際會(huì)出現(xiàn)在例如電視顯象管制造過(guò)程中，從而產(chǎn)生不利于電子發(fā)射的結(jié)果。由于Sc2O3并非十分活躍(在用部分涂有Sc或ScH2)的W制造的陰極的浸漬時(shí)出現(xiàn)氧化)，因此不能通過(guò)重新激活該陰極使所述含鈧層全部再生。所說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)也已表明，可有效地恢復(fù)全部發(fā)射的再生是達(dá)不到的。和涂有或未涂有例如鋨-釕或銥的浸漬鎢的陰極相比，這可認(rèn)為是一缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種和上述缺點(diǎn)相比有相當(dāng)大改進(jìn)的鈧鹽陰極。本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)，即通過(guò)使用鈧或含鈧化合物的分離來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。
為此，按照本發(fā)明的鈧鹽陰極其特征在于，至少陰極體的上層包含至少一個(gè)氧化物相、該氧化物相至少包含鋇和鈧作為合成元素。該氧化物相最好與缺氧不存在化學(xué)計(jì)量關(guān)系。
當(dāng)提高真空溫度時(shí)，由于鈧(或含鈧化合物)和所述氧化物相分離而將含鈧單層積淀于上層表面。用相對(duì)于例如氧化鈧的這種氧化物相的較低穩(wěn)定性大概可促進(jìn)這種分離。由于分離而維持了鈧的供給，即使單層的鈧因?yàn)槔珉x子轟擊而丟失。甚至用氧化物相的缺氧來(lái)加速所述分離。
在最佳實(shí)施例中，氧化物相包含按重量35%-70%的鋇。
所述氧化物相中鈧的量最好在按重量5%到40%之間。
以這些百分比，可獲得高的發(fā)射(＞100A/cm2)尤其對(duì)具有氧化的鋇-鈣-鈧-鋁相的陰極，同時(shí)在離子轟擊后具有很好的恢復(fù)特性。
鈧鹽陰極可以是通過(guò)浸漬將鋇化合物導(dǎo)入陰極體的浸漬型的，但另一選擇是，該陰極可以是沖壓鈧鹽陰極或L-陰極。
可用不同方式產(chǎn)生氧化物相，這取決于所選的制造方法。
制造按照本發(fā)明的浸漬陰極的第一方法的特征在于，用鈧粉末或氫化鈧粉末和高熔點(diǎn)金屬(例如，鎢)的粉末壓制基質(zhì)，隨后，該鋇(氫化)粉末被局部氧化，如果必要，接著燒結(jié)并浸漬該組件。通過(guò)將氫化鈧脫氫可獲得鈧。因可能仍有氧化鈧和鈧與浸漬劑起反應(yīng)，在浸漬時(shí)產(chǎn)生上述氧化物相。
按照本發(fā)明另一方面，可選擇氮化鈧代替鈧作為開(kāi)始材料。在燒結(jié)和浸漬之前，用高熔點(diǎn)材料和氮化鈧來(lái)壓制基質(zhì)。由于其很大的穩(wěn)定性，氮化鈧比鈧和氫化鈧對(duì)高的燒結(jié)溫度有更佳抗性。然而氮化鈧?cè)砸赃@樣方式和浸漬劑反應(yīng)以便在浸漬時(shí)可產(chǎn)生(缺氧)氧化物相。
在高溫?zé)Y(jié)情形下，由于蒸發(fā)而使鈧損失掉。為盡量減少鈧的損失，最好以高達(dá)大約1500℃的溫度用氫(大約1個(gè)大氣壓)進(jìn)行燒結(jié)操作。
在所謂混合基質(zhì)陰極中，整個(gè)基質(zhì)內(nèi)都有鈧，吸收浸漬劑的量取決于鈧、氫化鈧、氮化鈧和(或)氧化物相的量。
另一方法的特征在于，通過(guò)將高熔點(diǎn)金屬和(或)合金以及鈧或氮化鈧或氫化鈧，或涂有氧化膜的鈧或氫化鈧的粉末或氧化物相的粉末，和浸漬劑粉末一起混合、壓制并接著燒結(jié)來(lái)得到陰極。
一較簡(jiǎn)單方法的特征在于，通過(guò)將高熔點(diǎn)金屬和(或)合金的粉末與一種或多種氧化物相的粉末一起混合、壓制并接著燒結(jié)而得到陰極。在這些方法中，燒結(jié)溫度是該陰極體可獲得的最高溫度。大體上說(shuō)該溫度可低于通常用于前文所述方法中的浸漬溫度。
參考附圖，更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是圖形示出按照本發(fā)明的陰極。
圖1是按照本發(fā)明的鈧鹽陰極的縱向斷面。具有發(fā)射表面21和例如1.8mm直徑的陰極體11是通過(guò)將W粉末和氫化鈧(重量上約占0.7%)或鈧粉末壓制成一基質(zhì)、用濕氬在大約800℃溫度下加熱若干小時(shí)并在例如氫的環(huán)境下以1500℃溫度進(jìn)行燒結(jié)而獲得的。這時(shí)該基質(zhì)厚度大約為0.5mm。接著用鋁酸鈣鋇(例如4BaO-1CaO-1Al2O3)浸漬該基質(zhì)。
浸漬時(shí)，浸漬劑與燒結(jié)時(shí)形成的氧化鈧或與仍存在的鈧起反應(yīng)形成可在陰極工作時(shí)供給鈧的氧化物相(Ba-Ca-AlScO)。EPMA(電子探針微量分析)測(cè)量表明存在以下氧化物相Ba20.5Ca2Al11Sc10O54-Ba15Ca3Al3Sc21O54-Ba11Ca4AlSc25O54(缺氧的或不缺氧的)。
將這樣得到的并且可有可無(wú)外殼31的陰極體焊接到陰極套筒41上。在該套筒41內(nèi)有螺旋形陰極燈絲51，該燈絲51可包含帶有氧化鋁絕緣層71的成螺旋形纏繞的金屬芯61。這種陰極在安裝和激活之后的發(fā)射，可用配置的二極管在950℃(亮度溫度)的陰極溫度和脈沖負(fù)載下加以測(cè)量。該發(fā)射大于100A/cm2。
在另一實(shí)例中，起始材料為鎢粉末和氮化鈧粉末(重量約占1%)，并經(jīng)壓制和大約1500℃的例如氫環(huán)境下的燒結(jié)。在用鋁酸鈣鋇浸漬時(shí)，通過(guò)將浸漬劑與氮起反應(yīng)而產(chǎn)生氧化物相。根據(jù)制造方法和起始材料，這種氧化物相的組合可以不同并可含例如35-70%重量的鋇和5-40%重量的鈧。在相關(guān)實(shí)例中，氧化物相和前面實(shí)例有相似的組分。
以二極管結(jié)構(gòu)在脈沖負(fù)載和950℃陰極溫度(亮度溫度)條件下進(jìn)行測(cè)量，這種陰極的發(fā)射大于100A/cm2。
在按照本發(fā)明的另一種陰極中，直徑為1.8mm厚度約0.5mm的陰極體11可通過(guò)壓制包含重量上約占5%的氧化物相的鎢粉末混合物并通過(guò)接著在氫氣環(huán)境下以1500℃燒結(jié)1小時(shí)來(lái)獲得。
Ba20.5Ca2Al11Sc10O54-Ba15Ca3Al3Sc21O54-Ba11Ca4AlSc25O54用作氧化物相，而在該混合物中至少一種氧化物相缺氧。
再次用如前文所述方式安裝陰極體(浸漬后)。用同樣方式測(cè)量的發(fā)射仍然大于100A/cm2。
而且，要獲得可比較的發(fā)射，如果使用重量上大約占10%的氧化物相，則后繼的浸漬可不進(jìn)行。
另外，具有類似發(fā)射特性的經(jīng)壓制陰極可通過(guò)將高熔點(diǎn)金屬和(或)合金及鈧、氫化鈧或氮化鈧的粉末或氧化物相粉末和浸漬劑粉一起混合、壓制隨后再燒結(jié)而成。
權(quán)利要求
1.一種其陰極體包含用至少一種高熔點(diǎn)金屬和(或)至少在該基質(zhì)中與基質(zhì)材料接觸的鋇化合物合金做的基質(zhì)的鈧鹽陰極，該化合物可通過(guò)與基質(zhì)材料的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)射表面提供鋇，所述陰極的特征在于至少陰極體上層包含至少一種氧化物相，該氧化物相至少包含鋇和鈧的合成元素。
2.如權(quán)利要求1所述鈧鹽陰極，其特征在于該氧化物相與缺氧不存在化學(xué)計(jì)量關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1或2所述鈧鹽陰極，其特征在于該氧化物相相也包含鈣和鋁。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述鈧鹽陰極，其特征在于，氧化物相包含按重量為35-75%的鋇。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述鈧鹽陰極，其特征在于氧化物相包含重量上5-40%的鈧。
6.如權(quán)利要求1到5中任一條款所述鈧鹽陰極，其特征在于，通過(guò)浸漬將鋇化合物引入陰極體。
7.一種制造如權(quán)利要求1所述鈧鹽陰極的方法，其特征在于，用包含鈧或氫化鈧的粉末及高熔點(diǎn)金屬粉末壓制一基質(zhì)，然后將鈧(氫化鈧)粉末部分氧化，如果必要，接著燒結(jié)并浸漬該組件。
8.一種制造如權(quán)利要求2所述鈧鹽陰極的方法，其特征在于，該基質(zhì)是用包含氮化鈧的粉末和高熔點(diǎn)金屬粉末壓制，然后燒結(jié)并浸漬該組件。
9.一種制造如權(quán)利要求1所述鈧鹽陰極的方法，其特征在于，通過(guò)將高熔點(diǎn)金屬和(或)合金和鈧或氫化鈧或氮化鈧或涂氧化鈧或氫化鈧或氮化鈧的鈧的粉末，或氧化物相粉末與浸漬劑粉末一起混合、壓制再接著燒結(jié)而獲得該陰極。
10.一種制造如權(quán)利要求1所述鈧鹽陰極的方法，其特征在于，可通過(guò)將高熔點(diǎn)金屬和(或)合金的粉末與一種或多種氧化物相的粉末一起混合、壓制并燒結(jié)而獲得該陰極。
11.一種裝備有如權(quán)利要求1到6中任一款項(xiàng)中所述陰極的電子束管。
全文摘要
為維持對(duì)鈧鹽陰極表面理想的發(fā)射所必需的單層鈧，至少將含鈧氧化物相備置于該陰極上層。通過(guò)從該氧化物相中分離出鈧或含鈧化合物來(lái)供給鈧。
文檔編號(hào)H01J9/04GK1051820SQ90109140
公開(kāi)日1991年5月29日 申請(qǐng)日期1990年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月13日
發(fā)明者弗蘭斯·M·M·史尼卡斯, 雅各布斯·E·克羅姆比恩 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司