專利名稱：電子管的陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子管的陰極，更具體地講，涉及使用在諸如陰極射線管或攝象管之類的電子管中，具有很長壽命的熱電子發(fā)射的陰極。
在以往的電子管熱電子發(fā)射陰極中，一種被稱為“氧化物陰極”被廣泛使用。這種氧化物陰極有一個含有鎳(Ni)做為主要成分以及微量的硅(Si)、鎂(Mg)或諸如此類的金屬做為還原劑的堿金屬，以及在其上涂有一層包含鋇(Ba)做為主要成分的堿土金屬碳酸鹽。最好是由(Ba，Sr，Ca)CO3組成的三元碳酸鹽或二元碳酸鹽。這里，“氧化物陰極”這一術(shù)語的取得源于這樣一個事實，碳酸鹽在電子管制造中的排氣過程中還原成氧化物。


圖1是說明電子管陰極的示意側(cè)視圖，表示了一個盤狀的堿金屬2，一個筒狀的套管3，它安置在堿金屬2的下部用做支撐，以及在其內(nèi)部有一個燈絲4用于加熱陰極，在堿金屬上涂敷有一層含有鋇(Ba)為主要成分的電子發(fā)射物質(zhì)層1。為了獲取這種陰極，將硝基纖維素有機溶劑或類似物同包含以BaCO3為主要成分的粉狀碳酸鹽混合，用噴射或電沉積的工序涂敷到堿金屬2上。這樣的陰極安裝在電子槍上組裝進電子管內(nèi)部。以后，這個陰極被燈絲4加熱到1000℃，在排氣過程中產(chǎn)生內(nèi)部真空。在此過程中，碳酸鋇轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸^如下面的表達式所描述的…(1)在陰極工作過程中，這樣獲得的氧化鋇又與還原劑(堿金屬中含有的硅(Si)和鎂(Mg))在堿金屬與電子發(fā)射物質(zhì)層之間的介面上反應，如圖下面化學式所描述的…(2)…(3)這樣產(chǎn)生的游離鋇，促進了電子發(fā)射。進而，在電子發(fā)射物質(zhì)層與堿金屬的介面上形成了MgO、Ba2SiO4或類似物，起屏障作用被稱為“中介層”，由此阻止了Mg或Si擴散進入電子發(fā)射層。其結(jié)果，中介層導致了陰極壽命的減少。還有另一種缺點，就是中介層的高電阻阻擋了發(fā)射電子的流動，限制了電流密度。
隨著電視以及其它使用陰極射線管的設(shè)備不斷朝著高分辨率和大屏幕方向發(fā)展，具有大電流密度和長壽命的陰極的需求增加。然而在性能和壽命方面，上述的缺點使得傳統(tǒng)氧化物陰極沒有能力滿足需求。
一種浸漬型陰極以其高電流密度和長壽命著稱，但是其制造過程相當繁雜以及它的工作溫度超過1100℃，這也就是說，比氧化物陰極高出大約300℃或400℃。因而，由于制造這種陰極的材料必須具有高的熔點其制造又非常昂貴，所以使它的使用受到了限制。
因此，大量的研究工作用于延長有高實用性的傳統(tǒng)氧化物陰極的壽命。例如三菱公司的美國專利(U.S Patent)No.4,797,593公布了一項在傳統(tǒng)的三元碳酸鹽中摻入Sc2O3、Y2O3或類似物以改進陰極壽命的技術(shù)。又如菲利普公司的專利申請公開昭(Sho)64—41137公布了一項在電子發(fā)射物質(zhì)層中含有Eu2O3的技術(shù)以改進陰極壽命。
這里，包含稀土金屬的陰極具有增加的壽命，是因為稀土金屬阻止了中介層的形成以及自由鋇的蒸發(fā)。然而陰極電子發(fā)射的數(shù)量在陰極工作過一段時間之后會突然的下降，這是由于稀土金屬在陰極工作溫度上加速了氧化物的熔結(jié)。因此，氧化物被燒成硬的狀態(tài)。其結(jié)果是減少了與還原劑的反應區(qū)域，從而導致發(fā)射電子的數(shù)量減少。此外，上述的陰極不能與傳統(tǒng)的氧化物陰極完全地互換使用，它要求對陰極驅(qū)動過程進行修改，以確保穩(wěn)定和充分地熱電子發(fā)射。
本發(fā)明的目的在于提供一種電子管陰極，它具有顯著改進的壽命，而且與傳統(tǒng)陰極的制造方法具有完全的互換性。
本發(fā)明的目的是以這樣的電子管陰極而實現(xiàn)的，該電子管包括有一個含有鎳(Ni)為主要成分的堿金屬，以及一個在堿金屬上形成的電子發(fā)射物質(zhì)層，這個層包含有堿土金屬氧化物，是由鋇(Ba)做為主要成分的堿土金屬碳酸鹽經(jīng)加熱處理而轉(zhuǎn)變來的，以及鑭(La)化合物與鎂(Mg)化合物或鑭—鎂化合物。
本發(fā)明的上述目的及許多優(yōu)點，將參考附圖詳述最佳實施例，從而會變得更加清楚。附圖中圖1是電子管的一般陰極的剖面?zhèn)纫晥D；圖2說明一種典型的電子管的傳統(tǒng)陰極的電子發(fā)射物質(zhì)層的放大圖，表示了具有毛細晶體結(jié)構(gòu)的三元碳酸鹽；以及圖3是本發(fā)明電子管的陰極與傳統(tǒng)陰極的壽命特性比較的曲線圖。
本發(fā)明的電子發(fā)射物質(zhì)層中含有鎂(Mg)，用作禁止稀土金屬加速陰極的熔結(jié)。所以，由于在電子發(fā)射物質(zhì)層中含有稀土金屬和鎂，氧化物熔結(jié)被禁止，這樣，恒定地電子數(shù)量可以發(fā)射很長時間，從而改善了陰極的壽命特性。
再有，將鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物同碳酸鹽混合，而后將硝基纖維素溶劑或諸如此類物加到這樣獲得的混合物中，如此，制成了一種懸浮液。將這種懸浮液通過噴涂、電子沉積或類似的方法施加給堿金屬，從而使本發(fā)明的陰極制造過程可與傳統(tǒng)過程完全互換，這樣就容易在實際中應用。
圖1是上述電子管的一般陰極的剖視圖。根據(jù)本發(fā)明的陰極具有在堿金屬上形成的電子發(fā)射物質(zhì)層，其形成為(Ba，Sr，Ca)CO3中包含鑭(La)化合物及鎂(Mg)化合物或者鑭—鎂化合物。最好使用分別包含鑭化合物和鎂化合物的硝酸鑭和硝酸鎂，以及使用先前就包含鑭—鎂化合物的硝酸鑭及硝酸鎂而形成的硝酸鑭—鎂。這是由于硝酸鹽容易在丁醇(butanol)或硝基纖維素中變?yōu)槟z狀體，這樣就使得它能夠均勻地分布在碳酸鹽中。
一般來說，硝酸鹽諸如Ba(NO3)2、Br(NO3)2以及Ca(NO3)2溶于純水中，而后通過使用Na2CO3或(NH4)2CO3作為沉淀劑而在溶液中共同沉淀來獲得共同沉淀的三元碳酸鹽，其中根據(jù)硝酸鹽濃度或pH值、沉淀溫度以及沉淀的速率，可以獲得各種形式的碳酸鹽結(jié)晶顆粒。在本發(fā)明陰極的制造中，具有毛細晶體結(jié)構(gòu)(這是最好的結(jié)構(gòu))的碳酸鹽，可以通過控制上述條件而獲得。
圖2是一個典型的電子管的傳統(tǒng)陰極的電子發(fā)射物質(zhì)層的放大圖。表示了具有毛細晶體結(jié)構(gòu)的三元碳酸鹽。
在本發(fā)明陰極的制造中，加到具有毛細晶體結(jié)構(gòu)的堿土金屬的共同沉積碳酸鹽中的鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物或者鑭—鎂化合物最好是依據(jù)堿土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。這里如果數(shù)量少于0.01wt％，壽命的增強效果很微小，如果高于20.0wt％，則初始的發(fā)射特性不好。
在含有鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物的情況下，最好使用同重量的這些物質(zhì)。在含有鑭—鎂化合物的情況下，最好使用通過混合硝酸鑭與硝酸鎂而獲取地鑭—鎂硝酸鹽。
下面，通過具體例子詳細敘述本發(fā)明。需要說明的是這里所說的發(fā)明并非限定它的范圍。
實施例1
硝酸鹽諸如Ba(NO3)2，Sr(NO3)2，Ca(NO3)2被溶解在純水中并使用Na2CO3而使它們共同沉淀，獲得共同沉淀的三元碳酸鹽。其后，依據(jù)三元碳酸鹽的重量分別加入1.5wt％的La(NO3)2·6H2O與Mg(NO3)2·6H2O，這樣獲取的混合物涂敷到堿金屬上。這樣形成的陰極插入并固定在電子槍內(nèi)，再在套內(nèi)插入并安裝燈絲用于加熱陰極。電子槍被密封在電子管的殼內(nèi)，再經(jīng)過排氣過程而產(chǎn)生內(nèi)部真空。從而燈絲將電子發(fā)射物質(zhì)層的碳酸鹽分解形成氧化物。這樣，本發(fā)明的陰極就制成了。其后，用傳統(tǒng)地制造方法制造出電子管，并算出它的初始發(fā)射。初始發(fā)射特性用電流(被稱為“MIK(最大陰極電流)”)來估算，陰極的壽命是通過在給定的期間內(nèi)在相關(guān)于初始MIK值的剩余率而確定的(見圖3)。
實施例2通過單獨制造過程而制備的鑭—鎂化合物加入到與例1相同的方式而獲得的三元碳酸鹽中。換一句話說，由硝酸鑭與硝酸鎂均勻地混合來獲得硝酸鑭—鎂Mg3La2(NO3)12·24H2O。其后，依據(jù)三元碳酸鹽的重量使1.4wt％的鑭—鎂化合物加入到碳酸鹽中，而后，根據(jù)例1中相同的過程，來獲得本發(fā)明的陰極，并估算初始發(fā)射特性和陰極壽命(見圖3)。
比較例傳統(tǒng)的陰極通過與例1相同的方法制造成，但沒有加入硝酸鑭La(NO3)3·6H2O和硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O。計算陰極的初始發(fā)射特性和壽命(見圖3)。
圖3表示了傳統(tǒng)陰極以及包含了新材料的本發(fā)明的陰極的壽命特性，這里曲線a表示了具有包含傳統(tǒng)三元碳酸鹽的電子發(fā)射物質(zhì)層的陰極的壽命特性。曲線b反映的是含有傳統(tǒng)的三元碳酸鹽及鑭和鎂化合物層的陰極的壽命特性，曲線c同樣是含有傳統(tǒng)的三元碳酸鹽及鑭—鎂化合物層的陰極的壽命特性。如圖3所示，本發(fā)明陰極的壽命比傳統(tǒng)陰極的壽命要長15％—20％。
如上述例子和比較例所示，本發(fā)明的陰極是一種新型的氧化物陰極，不僅具有比傳統(tǒng)陰極在相同條件下長15％—20％的壽命，而且具有與傳統(tǒng)氧化物陰極的制造方法完全地互換性。因而，本發(fā)明的陰極克服了壽命短的缺點。這種短壽命的缺點阻礙了在大屏幕和高分辨率管中的應用。本發(fā)明的陰極同時還可以投入大規(guī)模地生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電子管的陰極，具有含鎳為主要成分的堿金屬，及在所述堿金屬上形成的電子發(fā)射物質(zhì)層，所述層包括堿土金屬氧化物，該氧化物是由包含鋇為主要成分的堿土金屬碳酸鹽經(jīng)熱處理而轉(zhuǎn)變得來的，以及鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的電子管陰極，其中所述鑭(La)化合和鎂(Mg)化合物的量為所述堿土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。
3.一種電子管的陰極，具有含鎳為主要成分的堿金屬及在所述堿金屬上形成的電子發(fā)射物質(zhì)層，該所述層包括堿土金屬氧化物，該氧化物是由包含鋇為主要成分的堿土金屬碳酸鹽經(jīng)熱處理而轉(zhuǎn)變得來的，以及鑭—鎂化合物。
4.如權(quán)利要求3所述的電子管陰極，其中所述鑭—鎂化合物的量為所述堿土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。
全文摘要
一種電子管陰極具有含毛細結(jié)晶的堿土金屬碳酸鹽的電子發(fā)射物質(zhì)層，其中依據(jù)堿土金屬碳酸鹽的重量加有0.01wt％至20.0wt％的鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物，或者鑭-鎂化合物。這種陰極具有與傳統(tǒng)氧化物陰極完全的互換性，而且壽命延長15-20％。
文檔編號H01J1/20GK1120728SQ9510098
公開日1996年4月17日 申請日期1995年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月12日
發(fā)明者朱奎楠, 崔鐘書, 金根培, 李光敏, 崔龜錫 申請人:三星電管株式會社