專利名稱：：氧化物陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有支持體的陰極，它主要由鎳組成并涂有一層電子發(fā)射材料，該材料含有堿土金屬氧化物并且至少含有鋇和一種稀土金屬。本發(fā)明還涉及一種制造這種陰極的方法，以及裝有本發(fā)明的陰極的電子管。這種陰極被公開在例如歐洲專利說(shuō)明書EP-A-0210805中。它的發(fā)射是基于從氧化鋇中釋放出鋇。除氧化鋇外，電子發(fā)射材料通常還包括氧化鍶，并且有時(shí)還包括氧化鈣。加入稀土金屬能改善電子發(fā)射性能。歐洲專利說(shuō)明書EP-A-0210805指出為了使發(fā)射性能得到至少某些改善，應(yīng)該加入至少0.05%(重量)的稀土金屬。實(shí)際的發(fā)射主要由具有最低有效電子逸出功的一些小區(qū)域(所謂的“格點(diǎn)”)來(lái)保證，這些格點(diǎn)遍布于電子發(fā)射材料中，實(shí)際上，具有稍微高一些逸出功的格點(diǎn)將很難使得陰極產(chǎn)生電子流。為了高效率的電子發(fā)射，最好選擇具有最低逸出功的格點(diǎn)，并且在發(fā)射層中格點(diǎn)的分布盡可能地達(dá)到最佳程度。本發(fā)明的一個(gè)目的是在開頭段落所述的那種陰極中用最低添加的稀土金屬量來(lái)實(shí)現(xiàn)這種最佳分布。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種陰極，能在其制成電子管的過程中很好的經(jīng)受各種制造步驟，并且有長(zhǎng)的壽命。因此，本發(fā)明的陰極的特征在于，在電子發(fā)射材料中作為堿土金屬原子數(shù)量的一小部分的稀土金屬原子數(shù)量為百萬(wàn)分之(ppm)10-500，并且在其中，這些稀土金屬原子至少在發(fā)射材料層的上部基本為均勻分布的。在最佳實(shí)施例中，通過共沉淀堿土金屬-稀土金屬的復(fù)合物而獲得該層電子發(fā)射材料。應(yīng)注意，在這里，稀土金屬不僅可以理解為表示鑭系金屬，而且可以理解為金屬釔和鈧。此處“基本上均勻分布”理解為在發(fā)射材料層中每一個(gè)單獨(dú)的堿土金屬氧化物顆粒都包含稀土金屬原子。還應(yīng)注意，例如通過共沉淀在發(fā)射層中對(duì)鈰的制備已由日本專利說(shuō)明書JP-A-74/12758公開。但其量比本發(fā)明要大得多，即這些量是在歐洲專利說(shuō)明書EP-A-0210805所述的范圍內(nèi)。碳酸鹽最好用于堿土金屬-稀土金屬?gòu)?fù)合物，但也可以用例如草酸鹽或甲酸鹽。本發(fā)明特別是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即稀土金屬的均勻分布會(huì)導(dǎo)致這些格點(diǎn)量的均勻分布。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用較少量的釔、鈧或一種鑭系金屬時(shí)，所得到的陰極特性比沒有添加劑的陰極好(有較高的發(fā)射，較長(zhǎng)的壽命等)。特別是，添加劑為釔或銪時(shí)，有好的效果。所說(shuō)的提高壽命不必總是表現(xiàn)在降低的發(fā)射降落率上，還可以表現(xiàn)在對(duì)壽命來(lái)說(shuō)是重要的其它特性的更快的降落上(alessrapiddecrease)例如截止電壓特性。例如本發(fā)明的陰極可以具有一個(gè)能與歐洲專利說(shuō)明書EP-A-0210805所說(shuō)發(fā)射層中含2.5%(重量)Y2O3的陰極相比或者甚至比它大些的發(fā)射降落(decreaseoftheemission)。但是本發(fā)明具有更大更好的壽命特性，以致于它特別適用于電子管。此外，還具備有效地保持了所說(shuō)的耐加工和用較少的稀土金屬的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的陰極的制造方法的特征在于，在支持體上提供一種稀土堿(rareearthelkaline)復(fù)合物的混合物，其中，作為堿土金屬原子數(shù)目的一小部分的稀土金屬原子的數(shù)目為百萬(wàn)分之10-500(10-500ppm)。下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的陰極的剖面示意圖。在本實(shí)施例中，圖1所示的陰極1具有一個(gè)圓筒狀的鎳鉻合金陰極筒3，其上裝有一個(gè)帽7。帽7主要包含鎳，并且還可以包含還原劑(reducingmeans)例如硅、鎂、錳、鉛、鎢。陰極筒3中容納了一個(gè)螺旋形燈絲4，燈絲4包括一個(gè)纏繞的螺旋形金屬芯5和一個(gè)絕緣的氧化鋁層6。在帽7上有一層大約70μm厚的發(fā)射材料2，其包含例如一種由氧化鋇、氧化鍶和一種稀土氧化物組成的混合物，這種混合物是通過提供一種共沉淀的鋇鍶-稀土碳酸鹽，并隨后使它們還原而獲得的，或者上層材料層包含一種由氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣和一種稀土氧化物組成的混合物。將20.1千克硝酸鋇和16.5千克硝酸鍶溶解于160毫升水中，并加熱到88℃，同時(shí)添加16.4毫升其釔含量為50毫克/升的硝酸釔溶液，從而獲得釔含量為百萬(wàn)分之60(為堿土金屬原子數(shù)量的一小部分)的碳酸鹽。將含有18千克碳酸鈉的水溶液以1.1升/分鐘的速度加入到其中，從而得到一種完全共沉淀的鋇鍶釔碳酸鹽。隨后將這樣獲得的碳酸鹽過濾、清洗和干燥。將2升粘合液｛(碳酸二乙酯中加入少量的粘合材料(硝酸纖維素)｝加入1.1千克上述共沉淀的碳酸鹽中而得到所需要的懸浮液。用類似的方法制備銪含量為百萬(wàn)分之300的懸浮液。在陰極射線管中安裝的陰極上具有一層這種釔原子和銪原子的含量分別為百萬(wàn)分之60和百萬(wàn)分之300(為堿土金屬原子數(shù)目的一小部分)的碳酸鹽發(fā)射層。在管子中按標(biāo)準(zhǔn)安裝并激活陰極，使碳酸鹽分解成氧化物之后，陰極射線管在7伏的燈絲電壓下工作2000小時(shí)，這能與實(shí)際工作時(shí)間為100000小時(shí)相比較，在這種壽命試驗(yàn)之前和之后進(jìn)行發(fā)射測(cè)量，該測(cè)量是在陰極負(fù)載為2.2安/厘米2下傳送電流30秒后，燈絲電壓為7伏下進(jìn)行的(稱為△ik，30測(cè)量)。當(dāng)添加釔時(shí)，發(fā)射電流降落為2%，添加銪時(shí)，發(fā)射電流降落約為5%，而在沒有任何添加物的情況下，發(fā)射電流降落為24%。此外，發(fā)現(xiàn)所有情況下的初始發(fā)射比沒有任何添加物陰極的初始發(fā)射高約3%。還有另外的特性，例如發(fā)現(xiàn)抗氣性和耐管子的熱處理性能要好得多。表Ⅰ中例出了上述△ik的值(發(fā)射電流的降落)以及截止電壓降落(△Vk)和坍落(Slump)即發(fā)射電流降落的程度)。該表還列出了根據(jù)歐洲專利說(shuō)明書EP-A-02108050的含2.5%(重量)Y2O3的陰極的數(shù)據(jù)和沒有添加物時(shí)，陰極的數(shù)據(jù)。表Ⅰ</tables>從這個(gè)表中可以看出，在所有情況下，含有百萬(wàn)分這60Y原子的陰極的壽命特性比含2.5%(重量)Y2O3的陰極好，并且前者大大好于沒有添加物的陰極。盡管含有百萬(wàn)分之300Eu的陰極的壽命特征稍微差一些，但是它具有較好的抗耐性和使用較少金屬(稀土金屬)的優(yōu)點(diǎn)。在其它類具有本發(fā)明的陰極的陽(yáng)極射線管中進(jìn)行前面所述的類似測(cè)試，這些類型的發(fā)射層中分別添加了百萬(wàn)分之10的Eu，百萬(wàn)分之60的Eu、百萬(wàn)分之20的Y、百萬(wàn)分之60的Y和百萬(wàn)分之500的Y。其結(jié)果列于表Ⅱ中。表Ⅱ</tables>從表Ⅱ可以看出，當(dāng)稀土金屬原子數(shù)量(10-20ppm)較少時(shí)，發(fā)射降落比含百萬(wàn)分之60的釔的陰極大得多，但值得注意的是，△Vk小得多(在同等條件下)。有關(guān)表Ⅰ中的含Eu百萬(wàn)分之300的陰極的說(shuō)明同樣適合于這種含Y為百萬(wàn)分之500的陰極。在后面的測(cè)試系列中，還對(duì)這樣的一個(gè)陰極進(jìn)行測(cè)試，即這個(gè)陰極的發(fā)射層為40微米厚，無(wú)添加物，而在其上部有一層20微米厚并且以均勻分布的方式添加了百萬(wàn)分之60Y原子的層?！鱥k的可比較值分別為10%、2%和1.8%，因此，在這種情況下也值得注意的是低的截止電壓降導(dǎo)致長(zhǎng)的壽命。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而是可以有多種變化，例如，陰極可以設(shè)計(jì)成各種形式(圓筒狀、凹面狀、凸面狀等)并且有各種方法來(lái)制備電子發(fā)射層。這個(gè)含有均勻分布的稀土金屬的層也可以通過在一種含有釔的溶液(例如一種乙酰乙酸鹽)中沉淀Ba-Sr-碳酸鹽顆粒并隨后干燥、使每個(gè)顆粒上留有釔而獲得。然后，通過過濾、清洗和干燥，又能獲得帶有上述粉末的發(fā)射材料。權(quán)利要求1.一種具有支持體的陰極，它主要由鎳組成，并涂有一層電子發(fā)射材料，該材料含有堿土金屬氧化物并且至少含有鋇和一種稀土金屬，其特征在于，在電子發(fā)射材料中作為堿土金屬原子數(shù)量的稀土金屬原子數(shù)量為百萬(wàn)分之10-500，并且在其中這些稀土金屬原子至少在發(fā)射材料層的上部基本上是均勻分布的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其特征在于，在發(fā)射材料層中，稀土金屬原子基本是均勻分布的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陰極，其特征在于，發(fā)射層是通過溶解共沉淀的堿土金屬-稀土金屬?gòu)?fù)合物而得到的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陰極，其特征在于，共沉淀的復(fù)合物是碳酸鹽。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的陰極，其特征在于，電子發(fā)射材料層包含銪原子或釔原子。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的陰極，其特征在于，電子發(fā)射材料主要包含氧化鋇和氧化鍶。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陰極，其特征在于，支持體包含還原劑。8.一種裝有權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陰極的電子束管。9.一種制造權(quán)利要求1到7的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所說(shuō)的陰極的方法，其特征在于，在支持體上提供一種堿土金屬-稀土金屬的復(fù)合物，在該復(fù)合物中作為堿土金屬原子數(shù)量的一小部分的稀土金屬原子數(shù)目為百萬(wàn)分之10-500。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所說(shuō)的復(fù)合物包含至少一種共沉淀的堿土金屬-稀土金屬?gòu)?fù)合物。全文摘要氧化物陰極的發(fā)射層包含例如BaO和SrO通過添加少量的稀土金屬(百萬(wàn)分之10—500)而使得氧化物陰極的初始發(fā)射特性和壽命特性得到相當(dāng)大的改善。文檔編號(hào)H01J1/142GK1062234SQ9111082公開日1992年6月24日申請(qǐng)日期1991年10月21日優(yōu)先權(quán)日1990年10月22日發(fā)明者P·J·A·M·德克斯申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司