專利名稱：浸漬型陰極組件及所用的陰極基體、采用這種組件的電子槍組件和電子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彩色顯象管、速調(diào)管、行波管和回旋管等電子管。
近年來，速調(diào)管等微波電子管出現(xiàn)了高輸出化傾向。具體地說，在核聚變和微粒加速器的等離子體裝置中使用的微波電子管的輸出達到兆瓦級，并要求越來越高的輸出。此外，還有增加掃描線改進清晰度的彩色顯象管和對應(yīng)超高頻顯象管的開發(fā)的要求，和提高其亮度的要求。再有，對投影管等也有提高亮度的要求。為了滿足這些要求，就需要相對現(xiàn)有技術(shù)大幅度地增大從陰極發(fā)出的電流密度。
以往，在電子管例如彩色電視機中使用的彩色顯象管中，除陽極電壓以外，還必須對會聚電極和聚焦電極提供高電壓。這種情況下，如果由彩色顯象管的芯柱部提供高電壓，由于存在耐壓方面的問題，所以把在彩色顯象管內(nèi)作為電子槍組件分壓用的電阻器作為電子管內(nèi)裝電阻器裝入，采用通過該電阻器分壓陽極電壓，分別對電極提供高電壓的方式。
從1939年開始研究，在從UHF頻帶至毫米波的區(qū)域中，將速調(diào)管作為大范圍的放大管、振蕩管進行過開發(fā)。在六十年代，開始對衛(wèi)星通信地球局使用的速調(diào)管進行開發(fā)，并且在進入七十年代后，有關(guān)速調(diào)管的高效率工作的研究取得進展，以UHF-TV廣播為代表，使效率超過50％的產(chǎn)品實用化。最近，正在開發(fā)效率為50～70％的連續(xù)波輸出1MW、脈沖輸出150MW的超大功率速調(diào)管，用于超大型加速器和核聚變研究的等離子體加熱裝置。由于速調(diào)管能夠以高效率產(chǎn)生大功率，所以特別在大功率領(lǐng)域今后還會有廣泛的應(yīng)用。
行波管發(fā)明于1943年，其后被完成。依據(jù)使用慢波電路的種類，行波管分為螺旋形、空腔耦合形、交叉指形、梯形等多種類型。螺旋形行波管，其頻域?qū)?，以微波中繼線為代表，能夠廣泛地用作在飛機和人造衛(wèi)星中裝配的發(fā)射管。空腔耦合形行波管是以彌補螺旋管的耐功率容量為目的開發(fā)的，主要是使用于衛(wèi)星通信地球局的發(fā)射管實用化。行波管的效率一般在幾％～20％左右，但正在開發(fā)用于衛(wèi)星的用低電位形式的收集器使效率達到50％的行波管等。
此外，還有回旋管。眾所周知，在以自旋微波量子放大器作用為工作原理的電子管中，要采用產(chǎn)生數(shù)十～數(shù)百GHz頻帶的大功率毫米波的高頻率大電源。
可是，由于浸漬型陰極可獲得比氧化物陰極大的發(fā)射電流密度，所以能夠用于上述那樣的陰極射線管、行波管、速調(diào)管和回旋管等電子管中。浸漬型陰極的使用雖僅限于彩色顯象管領(lǐng)域中的HD-TV管、ED-TV管等特殊用途，但由于近年來對大型CRT使用等要求的提高，其應(yīng)用正在迅速擴大。
例如，在速調(diào)管和彩色顯象管等使用的浸漬型陰極組件中，其陰極基體由例如孔隙率為15～20％的多孔質(zhì)鎢(W)構(gòu)成，在其陰極基體的孔隙部分，浸漬例如氧化鋇(BaO)、氧化鈣(CaO)和氧化鋁(Al2O3)等電子發(fā)射物。而且，在該陰極基體的電子發(fā)射物上，用濺射法等薄膜形成方法設(shè)置銥薄膜層(Ir)，從而使用含銥的浸漬型陰極組件。
在這種陰極組件中，利用將陰極組件裝配在電子管中后的老煉工藝，使陰極組件內(nèi)浸漬的例如鋇(Ba)或氧(O2)等擴散，在陰極組件表面的電子發(fā)射面上形成電偶極層(dipole)，使高發(fā)射電流成為可能。
老煉工藝中的老煉時間，按電子管使用時的各種外加電壓以此為對象進行設(shè)定，但在低電壓條件下工作的電子管，例如工作在外加電壓為10kV左右的電子管中，經(jīng)50小時左右，可獲得電偶極層。
因此，在需要大電流、高電壓工作條件下使用的電子管，例如工作在70kV外加電壓的超大功率速調(diào)管的情況下，在比如其脈沖寬度為5μs、1秒內(nèi)往返500次的情況下，可用數(shù)十小時的較短時間的老煉取出充足電流密度的電流，但在取出電流為直流的情況下，就需要500小時以上的老煉才能取出相同電流密度的電流。
在超大功率速調(diào)管等工作于高電壓下的電子管中，在利用老煉形成電偶極層的同時，從收集極放出的大量氣體因與發(fā)射電子碰撞而電離。再有，因高電壓這些離子與電子發(fā)射面碰撞，于是破壞電偶極層。其中，電離氣體具有高能量，因而，與電子發(fā)射面碰撞的氣體量增加越多，電子發(fā)射面的電偶極層就被破壞得越嚴重。因此，在工作于高電壓的電子管中，就必須進行長時間的老煉。
此外，為節(jié)電的目的，用于陰極射線管的浸漬型陰極組件形成為緊湊型結(jié)構(gòu)。由此，用于陰極射線管的浸漬型陰極組件的厚度及直徑尺寸必然受到限制，就難以浸漬足夠的電子發(fā)射物。一般來說，浸漬型陰極的壽命特性由為電子發(fā)射物主要成分的鋇的蒸發(fā)量決定。如果消耗由蒸發(fā)產(chǎn)生的鋇，陰極基體的單原子覆蓋密度就降低，即使增加功函數(shù)電子發(fā)射能力也會降低，其結(jié)果，不能獲得期望的長壽命特性。這樣，在實用上就存在大問題。從這些觀點來說，期望采用可低溫工作的浸漬型陰極組件。
作為用于這樣的陰極射線管的陰極組件，近年來，鈧系(Sc)浸型陰極組件引人注目。
與涂敷金屬的浸型陰極組件相比，上述鈧系浸漬型陰極組件具有非常良好的低占空率脈沖發(fā)射特性，有實現(xiàn)低溫工作的可能。
但是，即使這種可低溫工作的鈧系浸漬型陰極組件，如果在高頻條件下陰極受到離子轟擊，仍存在消失的Sc的恢復緩慢和降低低溫工作性的缺點，在實用上有較多的缺點。
例如，在陰極基體表面上覆蓋鈧化合物的某些類型的情況下，其表面在陰極制造中會發(fā)生變質(zhì)。此外，如果長時間工作，會消耗鈧，導致電子發(fā)射特性劣化。再有，因離子轟擊使基體表面被局部破壞，該部分的功函數(shù)變高，電子發(fā)射分布會變得不均勻。
由鈧系浸漬型陰極表面分析結(jié)果判斷如果鈧系浸漬型陰極受到離子轟擊，從表面的鈧消失至恢復電子發(fā)射的良好濃度所需的時間。
作為現(xiàn)有的陰極基體，具體列舉如下。
例如，在特開昭56-52835號和特開昭58-133739號公報中，披露了在多孔質(zhì)基體上，設(shè)有比該多孔質(zhì)基體孔隙率低的、例如孔隙率為17至30％的覆蓋層的陰極基體?？墒牵谶@樣的陰極基體中，由于覆蓋層的孔隙率低，所以使電子發(fā)射物的蒸發(fā)被抑制得較低，可延長陰極壽命。可是，對于工作于高電流密度的電子管，在離子轟擊較強的工作條件下，陰極基體表面結(jié)構(gòu)的復原緩慢，不能獲得良好的結(jié)果。此外，在特開昭58-177484號公報中，披露了含有鈧的陰極基體，但離子轟擊后的鈧復原并不充分。因此，低溫工作性不好。在特開昭59-79934號公報中，披露了在高熔點金屬層上，形成含有高熔點金屬和鈧層的陰極基體，但離子轟擊后的鈧復原并不足夠，低溫工作性不夠好。
在特開昭59-203343號公報中，披露了在多孔質(zhì)基體上形成包含0.1μm至2μm微細的鎢、鈧氧化物和電子發(fā)射物的陰極基體?？墒?，由于包含鈧，這種陰極基體可低溫工作。但是，其中如果工作在離子轟擊較強的條件下，那么陰極基體表面的結(jié)構(gòu)復原緩慢，不能獲得良好的結(jié)果。在特開昭61-91821號公報中，披露了設(shè)有由鎢和鈧氧化物構(gòu)成覆蓋層的陰極組件。由于包含鈧，這種陰極基體可低溫工作?？墒牵渲腥绻ぷ髟陔x子轟擊較強的條件下，那么陰極基體表面的結(jié)構(gòu)復原緩慢，不能獲得良好的結(jié)果。在特開昭64-21843號公報中，披露了在有例如20至150μm大小平均粉末粒度的第1成形體上設(shè)有比其第1成形體平均粉末粒度小的頂部的陰極組件?？墒牵@樣的陰極組件雖然使電子發(fā)射物的蒸發(fā)抑制得較低，但如果工作于離子轟擊較強的條件下，那么陰極基體表面的結(jié)構(gòu)復原緩慢，不能獲得良好的結(jié)果。
再有，在特開平1-161638號公報中，披露了在高熔點金屬構(gòu)成的多孔質(zhì)基體上設(shè)有鈧化合物或鈧合金層的陰極基體。在特開平3-105827號公報和特開平3-25824號公報中，披露了在多孔質(zhì)基體上形成鎢和鈧氧化物混合層、鈧供給源例如Sc和Re、Ni、Os、Ru、Pt、W、Ta或Mo等組合物的層積體的陰極基體，或形成由這些混合物構(gòu)成的陰極基體。此外，在特開平3-173034號公報中，披露了在高熔點金屬多孔質(zhì)基體的上層帶有包含鋇和鈧層的陰極基體。在特開昭5-266786號公報中，披露了在高熔點金屬多孔質(zhì)基體上，形成包含例如鎢層、鈧層、錸層等高熔點金屬層積體的陰極基體?？墒?，在這些陰極基體中，離子轟擊后的鈧復原不充分，低溫工作性不夠好，所以不能獲得足夠的耐離子轟擊性。
如上所述，在現(xiàn)有的浸漬型陰極組件中，在高電壓、高頻條件下不能獲得足夠的耐離子轟擊性。因此，不能充分地防止因離子轟擊造成的浸漬型陰極組件電子發(fā)射特性劣化，防礙了使用這種組件的電子管的高輸出化和顯象管亮度的提高。
并且，即使在可低溫工作的鈧系浸漬型陰極組件中，如果其陰極在高頻條件下受到離子轟擊，那么就存在消失的Sc的復原緩慢和降低低溫工作性的缺點，在實用上有較多的不足之處。
鑒于如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的第1目的在于提供即使工作于高電壓、高頻條件下也具有足夠的耐離子轟擊性、良好的電子發(fā)射特性、高性能和長壽命的改進的浸漬型陰極基體。
本發(fā)明的第2目的是提供使用改進的浸漬型陰極基體的優(yōu)良的浸漬型陰極組件。
本發(fā)明的第3目的是提供使用改進的浸漬型陰極基體的優(yōu)良的電子槍組件。
本發(fā)明的第4目的是提供使用改進的浸漬型陰極基體的優(yōu)良的電子管。
本發(fā)明的第5目的是提供本發(fā)明這樣的浸漬型陰極基體的較好制造方法。
本發(fā)明的第1方案在于提供浸漬電子發(fā)射物的浸漬型陰極基體，它包括大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在該大粒徑低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面?zhèn)龋哂斜仍摯罅降涂紫堵蕝^(qū)域平均粒徑小的平均粒徑，并且具有比該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率大的孔隙率。
本發(fā)明的第2方案在于提供浸漬型陰極的制造方法，它是制造第1方案那樣的浸漬型陰極基體的方法，其特征在于包括形成作為大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面?zhèn)龋纬善骄叫∮谠摯罅降涂紫堵蕝^(qū)域平均粒徑、孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率的小粒徑高孔隙率區(qū)域，獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；切斷該多孔質(zhì)部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；和在該多孔質(zhì)陰極基體上浸漬電子發(fā)射物的步驟。
本發(fā)明的第3方案在于提供浸漬型陰極基體的制造方法，它是制造第1方案那樣的浸漬型陰極基體的方法，其特征在于包括形成作為大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面?zhèn)?，形成平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑，孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率的小粒徑高孔隙率區(qū)域，獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；
在該多孔質(zhì)陰極部件的電子發(fā)射面上，配置選自由具有1200℃以下熔點的金屬和合成樹脂構(gòu)成的組中的填充材料的步驟；用熔化該填充材料獲得的溫度加熱所述填充材料配置的多孔質(zhì)陰極部件，在該多孔質(zhì)陰極部件內(nèi)浸漬該填充材料的步驟；按預定的大小切斷或沖切所述多孔質(zhì)陰極部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；由該拋光處理的多孔質(zhì)陰極基體除去所述填充材料的步驟；和在除去填充材料的該多孔質(zhì)陰極基體中，浸漬電子發(fā)射物的步驟。
本發(fā)明的第4方案在于提供浸漬型陰極基體的制造方法，它是制造第1方案那樣的浸漬型陰極基體的方法，其特征在于包括形成作為大粒徑低孔隙率的高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；包括從用比該大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑小的并具有1200℃以下熔點的金屬的粉末金屬及合成樹脂構(gòu)成的填充劑中至少選擇其中一種膏的步驟；在作為所述大粒徑低孔隙率區(qū)域的高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面涂敷該膏的步驟；用熔化所述填充劑獲得的溫度加熱涂敷該膏的大粒徑低孔隙率區(qū)域的高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體，在該高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體上，形成具有比該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑小的平均粒徑、并且具有比該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率大的孔隙率的小粒徑高孔隙率區(qū)域，獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；由該拋光處理的多孔質(zhì)陰極基體除去所述填充材料的步驟；和在除去填充材料的該多孔質(zhì)陰極基體中，浸漬電子發(fā)射物的步驟。
本發(fā)明的第5方案在于提供浸漬型陰極組件，其特征在于帶有第1方案那樣的浸漬型陰極基體。
本發(fā)明的第6方案在于提供電子槍組件，其特征在于包括帶有第1方案那樣的浸漬型陰極基體設(shè)有浸漬型陰極組件的電子槍組件。
本發(fā)明的第7方案在于提供電子管，其特征在于使用包括帶有第1方案那樣的浸漬型陰極基體設(shè)有浸漬型陰極組件電子槍組件的電子槍組件。
通過采用改進的陰極基體，即使在高電壓、高頻條件下，本發(fā)明這樣的浸漬型陰極組件也具有足夠的耐離子轟擊性和良好的電子發(fā)射特性。
此外，通過在浸型陰極的電子發(fā)射面上設(shè)置特定的物質(zhì)層，還可使其低溫工作性得以提高。
再有，利用本發(fā)明的制造方法，由于能夠獲得表面和孔隙部分狀態(tài)良好的浸漬型陰極，所以能夠提供具有足夠耐離子轟擊性、良好電子發(fā)射特性的浸漬型陰極組件。
此外還有，利用本發(fā)明的浸漬型陰極組件，即使在高電壓、高頻條件下，也可獲得可良好工作的優(yōu)良的電子槍組件和電子管。


圖1是說明本發(fā)明用于陰極射線管的電子槍組件的一實施例的概略剖視圖。
圖2是說明本發(fā)明用于速調(diào)管的電子槍組件的一實施例的主要部分的概略剖視圖。
圖3是說明本發(fā)明用作陰極射線管的電子管一實施例的概略剖視圖。
圖4是說明本發(fā)明用作速調(diào)管的電子管一實施例的主要部分的概略剖視圖。
圖5是說明本發(fā)明的用作行波管的電子管一實施例的概略剖視圖。
圖6是說明本發(fā)明的用作回旋管的電子管一實施例的概略剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明浸漬型陰極組件第1實施例的局部剖切的概略圖。
圖8是表示圖7的浸漬型陰極結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖9是表示圖7的浸漬型陰極組件的電子發(fā)射特性的曲線圖。
圖10是表示第2實施例中采用的陰極組件結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖11是表示第3實施例中采用的陰極組件結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖12是表示實施例5的發(fā)射電子特性的曲線圖。
圖13是表示第6實施例中采用的陰極組件結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖14是表示實施例6的發(fā)射電子特性的曲線圖。
圖15是說明本發(fā)明使用的陰極組件制造工藝的圖。
圖16是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖17是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖18是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖19是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖20是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖21是說明本發(fā)明使用的陰極基體制造工藝的圖。
圖22是表示第7實施例中陰極墓體結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖23是表示第7實施例中陰極基體結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖24是說明本發(fā)明使用的陰極墓體的另一制造工藝的圖。
圖25是說明本發(fā)明使用的陰極基體的另一制造工藝的圖。
本發(fā)明者們?yōu)楂@得在高電壓、高頻率下的足夠的耐離子轟擊性，以比電偶極層因離子轟擊導致破壞或飛散的速度還快的速度對浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面中的電偶極層的形成速度進行過試驗。
多孔質(zhì)陰極基體中浸漬的電子發(fā)射物，沿基體金屬微粒的表面，從基體金屬內(nèi)部向電子發(fā)射面擴散，形成電子發(fā)射面中的電偶極層。為縮短電子發(fā)射物擴散至電子發(fā)射面、形成電偶極層的時間，可考慮縮短擴散距離。作為縮短擴散距離的方法，使基體金屬的粒徑變小是有效的。形成基體金屬例如W微粒的平均粒徑一般為3至5μm。燒結(jié)該W微粒，在其微粒之間就形成多個0.3μm左右的孔隙部分。電子發(fā)射物通過該孔隙部分擴散，由此到達發(fā)射面，形成電偶極層。在電偶極層因離子轟擊受到破壞的情況下，就必須從該孔隙部分擴散至整個發(fā)射面提供新的電子發(fā)射物。這種情況下，如果電子發(fā)射物通過孔隙部分間的距離縮短，就能促進擴散，即使因離子轟擊使電偶極層受到破壞，也可立即補充新的電子發(fā)射物，獲得充分的電子發(fā)射特性，使發(fā)射復原。
本發(fā)明是基于上述理論的發(fā)明，其第1方案提供作為浸漬電子發(fā)射物的浸漬型陰極基體，它包括大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在該大粒徑低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面?zhèn)?，其平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑，其孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率。
而且，詳細地說，這個第1方案的浸漬型陰極基體實際上至少由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括第1區(qū)域，它由有第1平均粒徑的燒結(jié)微粒構(gòu)成，并有第1孔隙率；和第2區(qū)域，設(shè)置在電子發(fā)射面的至少其中一部分上，具有比第1平均粒徑小的第2平均粒徑和比第1孔隙率大的第2孔隙率。其中，把第1區(qū)域稱為大微粒低孔隙率區(qū)域，把第2區(qū)域稱為小粒徑高孔隙率區(qū)域。
本發(fā)明使用的多孔質(zhì)陰極基體是通過燒結(jié)高熔點金屬、例如燒結(jié)W、鉬(Mo)和錸(Re)等高熔點金屬粉末得到的燒結(jié)體。
把構(gòu)成這樣得到的燒結(jié)體的微粒的平均粒徑稱為平均粒徑。
最好把電子發(fā)射物浸漬多孔質(zhì)陰極組件的整體，也可以除去一部分區(qū)域、例如除去電子發(fā)射面附近區(qū)域進行浸漬。
依據(jù)本方案第1優(yōu)選實施例，最好使大微粒低孔隙率區(qū)域的平均粒徑為2至10μm，并且孔隙率為15至25％。
更具體地說，第1方案的第1優(yōu)選實施例中這樣的浸漬型陰極基體實際上至少由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括大微粒低孔隙率區(qū)域，它由平均粒徑為2至10μm的微粒燒結(jié)構(gòu)成，并且孔隙率為15％至25％；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，具有比該大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑小的平均粒徑和比該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率大的孔隙率。
此外，依據(jù)第1方案的第2優(yōu)選實施例，小粒徑高孔隙率區(qū)域的平均粒徑最好在0.1μm至2μm，并且孔隙率為25％至40％。
更具體地說，第1方案的第2優(yōu)選實施例中這樣的浸漬型陰極基體實際上至少由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括大微粒低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，構(gòu)成其燒結(jié)體的微粒平均粒徑為0.1μm至2μm，并且其孔隙率為25％至40％。
依據(jù)本發(fā)明的第1方案的第3優(yōu)選實施例，小粒徑高孔隙率區(qū)域的厚度最好在30μm以下。
更具體地說，第1方案的第3優(yōu)選實施例中這樣的浸漬型陰極基體實際上至少由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括大微粒低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在其電子發(fā)射面的至少一部分上，其厚度在30μm以下。
依據(jù)本發(fā)明的第1方案的第4優(yōu)選實施例，在大微粒低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面?zhèn)茸詈靡跃€狀或點狀設(shè)置小粒徑高孔隙率區(qū)域。
更具體地說，第1方案的第4優(yōu)選實施例中這樣的浸漬型陰極基體實際上包括這樣的結(jié)構(gòu)大微粒低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它以線狀或點狀設(shè)置于電子發(fā)射面?zhèn)取?br> 依據(jù)本發(fā)明的第1方案的第5優(yōu)選實施例，從大微粒低孔隙率區(qū)域至所述小粒徑高孔隙率區(qū)域上的平均粒徑和孔隙率最好階段性地變化。
更具體地說，第1方案的第5優(yōu)選實施例中這樣的浸漬型陰極基體實際上具有這樣的階段變化的結(jié)構(gòu)，即在厚度方向上越靠近電子發(fā)射面其平均粒徑就越減小，并且越靠近電子發(fā)射面其孔隙率就越大。
依據(jù)第1方案的第6優(yōu)選實施例，在其電子發(fā)射面上，最好還形成包含選自由銥(Ir)、鋨(Os)、錸(Re)、釕(Ru)、銠(Rh)和鈧(Sc)構(gòu)成的組中的至少一種金屬的層。
更具體地說，第1方案的第6優(yōu)選實施例這樣的浸漬型陰極基體實際上包含至少三層的層積結(jié)構(gòu)，即大微粒低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，設(shè)置在電子發(fā)射面；包含下列組中至少一種金屬的層，它設(shè)置在該小粒徑高孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面上，該組由銥、鋨、錸、釕、銠和鈧構(gòu)成。
在第1方案中，最好把電子發(fā)射物浸漬多孔質(zhì)陰極基體的整體，也可以除去其一部分區(qū)域、例如除去靠近電子發(fā)射面附近的區(qū)域進行浸漬，或也可以僅浸漬大微粒低孔隙率區(qū)域。
第2方案提供了浸漬型陰極基體的制造方法，它是制造第1方案那樣的浸漬型陰極基體的較好方法之一，其特征在于包括(1)形成作為大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；(2)在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面?zhèn)?，形成平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑，并且孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率的小粒徑高孔隙率區(qū)域，從而獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；(3)切斷該多孔質(zhì)部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；和(4)在該多孔質(zhì)陰極基體上浸漬電子發(fā)射物的步驟。
最好采用選自印刷法、旋涂法、噴涂法、電解沉淀法和溶射法中的方法形成小粒徑高孔隙率區(qū)域。
第3方案提供了浸漬型陰極基體的制造方法，它是第2方案那樣的方法的改進例之一，其特征在于包括(1)形成作為大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；
(2)在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面?zhèn)龋纬善骄叫∮谠摯罅降涂紫堵蕝^(qū)域平均粒徑，并且孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率的小粒徑高孔隙率區(qū)域，從而獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；(3)在該多孔質(zhì)陰極部件的電子發(fā)射面上，配置由具有1200℃以下熔點的金屬和合成樹脂構(gòu)成的組中選出的填充材料的步驟；(4)用熔化該填充材料獲得的溫度加熱配置了所述填充材料的多孔質(zhì)陰極部件，在該多孔質(zhì)陰極部件內(nèi)浸漬該填充材料的步驟；(5)按預定的大小切斷或沖切所述多孔質(zhì)陰極部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；(6)從該拋光處理后的多孔質(zhì)陰極基體除去所述填充材料的步驟；和(7)在除去填充材料的該多孔質(zhì)陰極基體中，浸漬電子發(fā)射物的步驟。
其中，可把在預定形狀的多孔質(zhì)陰極基體切斷或沖切加工前的多孔質(zhì)陰極基體稱為多孔質(zhì)陰極部件。
依據(jù)第4方案，提供了浸漬型陰極基體的制造方法，它是第2方案那樣的方法的改進例之一，其特征在于包括(1)形成作為大粒徑低孔隙率的高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；(2)在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上，涂敷選自由包括平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑、熔點低于1200℃以下的金屬的金屬粉末，和合成樹脂構(gòu)成的組中的至少一種填充材料的膏，用熔化所述填充材料得到的溫度燒制，在形成作為小粒徑高孔隙率區(qū)域的多孔質(zhì)燒結(jié)體的同時，還在該多孔質(zhì)燒結(jié)體內(nèi)熔化該填充材料，形成多孔質(zhì)陰極部件的步驟；(3)按預定大小切斷或沖切加工多孔質(zhì)燒結(jié)體，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；(4)對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；(5)從該拋光處理的多孔質(zhì)陰極基體除去所述填充材料的步驟；和(6)在多孔質(zhì)陰極基體中，浸漬電子發(fā)射物的步驟。
此外，能夠形成使用這樣得到的多孔質(zhì)陰極基體的浸漬型陰極組件。再有，還能夠形成采用這種浸漬型陰極組件的電子管。
第5方案是提供使用第1方案那樣的多孔質(zhì)陰極基體、例如用于陰極射線管的多孔質(zhì)陰極組件，用于速調(diào)管的多孔質(zhì)陰極組件，用于行波管的多孔質(zhì)陰極組件，和用于回旋管的多孔質(zhì)陰極組件。
更詳細地說，這種第5方案的浸漬型陰極組件是多孔質(zhì)陰極組件，包括浸漬電子發(fā)射物、由高熔點金屬粉末的燒結(jié)體構(gòu)成的多孔質(zhì)陰極基體；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和配有在該支撐部件內(nèi)的燈絲，所述多孔質(zhì)陰極基體實際上這樣構(gòu)成大粒徑低孔隙率區(qū)域，由具有第1平均粒徑的燒結(jié)微粒構(gòu)成，并具有第1孔隙率；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，具有比第1平均粒徑小的第2平均粒徑和比第1孔隙率大的第2孔隙率。
第5方案的第1優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件是這樣的陰極組件，包括浸漬電子發(fā)射物、由高熔點金屬粉末的燒結(jié)體構(gòu)成多孔質(zhì)陰極基體；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和配有在該支撐部件內(nèi)的燈絲；所述多孔質(zhì)陰極基體實際上構(gòu)成至少兩層結(jié)構(gòu)，即大粒徑低孔隙率區(qū)域，由平均粒徑為2至10μm的燒結(jié)微粒構(gòu)成，并且孔隙率為15％至25％；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，具有比大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑小的平均粒徑和比大粒徑低孔隙率區(qū)域孔隙率大的孔隙率。
第5方案的第2優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件是這樣的陰極組件，包括浸漬電子發(fā)射物、由高熔點金屬粉末的燒結(jié)體構(gòu)成多孔質(zhì)陰極基體；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和配有在該支撐部件內(nèi)的燈絲；該多孔質(zhì)陰極基體實際上構(gòu)成至少兩層結(jié)構(gòu)，即大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，構(gòu)成燒結(jié)體的微粒的平均粒徑為0.1μm至2μm，并且其孔隙率為25％至40％。
第5方案的第3優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件包括實際上構(gòu)成至少兩層結(jié)構(gòu)的陰極基體，即大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面的至少一部分上，其厚度為30μm以下；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和在該支撐部件內(nèi)設(shè)置的燈絲。
第5方案的第4優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件包括實際上構(gòu)成至少兩層結(jié)構(gòu)的陰極基體，即大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它在電子發(fā)射面以線狀或點狀設(shè)置；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和在該支撐部件內(nèi)設(shè)置的燈絲。
第5方案的第5優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件包括實際上具有階段變化結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)陰極基體，即在其厚度方向上越靠近電子發(fā)射面其平均粒徑就越小，并且越靠近其電子發(fā)射面其孔隙率就越大；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和在該支撐部件內(nèi)設(shè)置的燈絲。
第5方案的第6優(yōu)選實施例那樣的浸漬型陰極組件包括實際上包含至少三層層積結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)陰極基體，即大粒徑低孔隙率區(qū)域；和小粒徑高孔隙率區(qū)域，它設(shè)置在電子發(fā)射面上；包含選自下列組中的至少一種金屬的層，該組由銥、鋨、錸、釕、銠和鈧構(gòu)成；支撐該多孔質(zhì)陰極基體的支撐部件；和在該支撐部件內(nèi)設(shè)置的燈絲。
把第5方案這樣的陰極組件用于陰極射線管的情況下，就有例如筒狀的陰極套筒；在該陰極套筒一端部內(nèi)面固定的浸漬型陰極基體固定部件；在該浸漬型陰極基體固定部件中固定的第1方案那樣的浸漬型陰極基體；在所述陰極套筒外側(cè)同軸配置的包圍該陰極套筒的筒狀托架；一端部固定在該陰極套筒的外側(cè)，另一端部固定在該套筒托架內(nèi)側(cè)的多個搭接片；和在該陰極套筒內(nèi)側(cè)配置的燈絲。
把第5方案這樣的陰極組件用于速調(diào)管的情況下，就有例如第1方案那樣的浸漬型陰極基體；支撐該浸漬型陰極基體的支撐筒；內(nèi)裝在該支撐筒內(nèi)，并且埋入絕緣物中的燈絲。
第6方案提供電子槍組件，它把第1方案那樣的多孔質(zhì)陰極基體用于例如陰極射線管的電子槍組件、用于速調(diào)管的電子槍組件、用于行波管的電子槍組件、和用于回旋管的電子槍組件等。
把第6方案這樣的電子槍組件用于陰極射線管的電子槍組件的情況下，就有例如第5方案那樣的浸漬型陰極組件；在該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面?zhèn)韧S地配置的多個柵電極；在多個柵電極前面，帶有同軸配置的會聚電極的電子槍組件；和與所述電子槍組件連接的分壓電阻器。
圖1表示作為第6方案那樣的用于陰極射線管的電子槍組件的一例、在其內(nèi)組裝了電子管內(nèi)裝電阻器的彩色顯象管的概略剖視圖。
圖1中，61是真空容器，在該真空容器61中形成的管頸部分61a內(nèi)部，配置著電子槍組件A。在該電子槍組件A中，對應(yīng)于三個陰極，依次同軸配置著共用的第1柵電極G1、第2柵電極G2、第3柵電極G3、第4柵電極G4、第5柵電極G5、第6柵電極G6、第7柵電極G7和第8柵電極G8。在柵電極G8的后面，配置會聚電極62。
各柵電極G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8維持相互預定的位置關(guān)系，利用支桿玻璃3機械地保持這種關(guān)系。此外，第3柵電極G3和第5柵電極G5利用導線64電氣連接，而且，會聚電極62通過與第8柵電極G8焊接進行連接。
在這樣的電子槍細件A中，安裝內(nèi)裝電子管的電阻器65。該電阻器65配有絕緣基板65A。在該絕緣基板65A中，形成預定圖形的電阻層(圖中未示)和與該電阻層連接的電極層。在該電阻器65的絕緣基板65A中，設(shè)有與電極層連接的高壓電極取出端子66a、66b、66c，各端子66a、66b、66c與第7柵電極G7、第6柵電極G6、第5柵電極G5連接。此外，在電阻器65的絕緣基板65A中設(shè)置的與電極層連接的端子67與會聚電極62連接，再有，在絕緣基板65A中設(shè)置的與電極層連接的接地側(cè)的取出端子68與接地電極引線69連接。
另一方面，在真空容器61中形成的錐體部分61b的內(nèi)壁上，覆蓋有延伸至所述管頸部分61a內(nèi)壁的石墨導電膜70，在錐體部分61b中設(shè)有通過提供高電壓帽(圖中未示出的陽極帽)，提供陽極電壓。
而且，在會聚電極62中，設(shè)有導電彈簧79，利用導電彈簧79與石墨導電膜70接觸，對會聚電極62中的第8柵電極G8和電子管內(nèi)裝電阻器65的會聚端子67提供陽極電壓，由高壓的66a、66b、66c產(chǎn)生的分壓電壓提供給第7柵電極G7、第6柵電極G6和第5柵電極G5。
把第6方案這樣的電子槍組件用于速調(diào)管電子槍組件的情況下，就有第5方案那樣的浸漬型陰極組件；內(nèi)裝該浸漬型陰極組件的陰極部分；和與該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面同軸配置的陽極部分。
圖2是說明第6方案那樣的速調(diào)管使用的電子槍組件一例的主要部分的概略剖視圖。
如圖2所示，在速調(diào)管使用的電子槍組件一例的主要部分中，配置陰極組件81。利用大致沿軸向方向與錐體嵌合的薄壁金屬環(huán)構(gòu)成的焊接凸緣180、181前端的弧形焊接封閉部分184封閉陰極部分181和絕緣部分93。此外還有，同樣利用大致沿軸向方向與錐體嵌合的薄壁金屬環(huán)構(gòu)成的焊接凸緣182、183前端的弧形焊接封閉部分185封閉絕緣部分93和陽極部分95。再有，由于一邊決定對于陽極部分95的電極間隔一邊組裝，最后進行嵌合，所以利用兩者的焊接封閉部分98中的緊密封閉組裝電子槍組件。
一般來說，在速調(diào)管工作中致命之處很可能是電子槍組件出現(xiàn)的問題，可列舉出與電極間的設(shè)計尺寸不同的誤差。這種誤差主要由零件精度和組裝精度引起。因此，電極間隔進行如下那樣的調(diào)整。也就是說，對于軸向方向的誤差，就在陰極部的芯柱板84和芯柱端板86之間插入適當?shù)膶w襯套，用彈簧固定?；蛘咴谟糜谥蔚奶沾森h(huán)92與焊接彈簧180或183之間插入襯套。此外，對于半徑方向的誤差，在用旋轉(zhuǎn)臺模具相對于控制極82和焊接彈簧180進行同軸調(diào)整后，用彈簧85固定陰極部83。此外，對于絕緣部分93，采用適當?shù)慕M裝模具釬焊，獲得焊接彈簧181、182的同軸度。
此外，第7方案提供浸漬型陰極基體，它把第1方案那樣的浸漬型陰極基體用于例如陰極射線管使用的電子管、速調(diào)管使用的電子管、行波管使用的電子管和回旋管使用的電子管等中。
在用于陰極射線管的情況下，第7方案那樣的電子管有例如帶有熒光屏部分的真空外殼；在該熒光屏內(nèi)面的熒光體層；與該真空外殼的熒光屏部分相對置配的第6方案那樣的電子槍組件；和在所述熒光體層與該電子槍細件之間配置的蔭罩。
圖3是說明本發(fā)明的用于陰極射線管電子管一例的概略剖視圖。
如圖3所示，這種陰極射線管用電子管有由矩形狀的屏盤31和漏斗狀的錐體32及管頸33構(gòu)成的外殼。在屏盤31內(nèi)面，設(shè)有帶狀的紅、綠、藍各種發(fā)光的熒光體層34，在管頸33中，設(shè)有電子槍36，它由沿屏盤31的水平軸一字形排列如圖1所示的電子槍組件組成，對應(yīng)紅、綠、藍發(fā)射電子束35。此外，在與熒光體34接近的相對位置，帶有多個細微孔的蔭罩7支撐固定在蔭罩框架37上。用偏轉(zhuǎn)線圈38使電子束偏轉(zhuǎn)掃描，再現(xiàn)圖象。
在用于速調(diào)管的情況下，第7方案那樣的電子管有例如第6方案那樣的電子槍組件；在該電子槍組件的電子發(fā)射面同軸配置的多個共振腔在漂移期間連接的高頻作用部分和收集器部分；和在該高頻作用部分的外周部分配置的磁場發(fā)生裝置。
圖4是說明本發(fā)明的為速調(diào)管的電子管一例的主要部分的概略剖視圖。
如圖4所示，在為該速調(diào)管的電子管的主要部分中，符號191是電子槍組件部分，192是陰極組件。在有如圖2所示結(jié)構(gòu)的電子槍組件191中，多個共振腔193經(jīng)漂移管194依次連接高頻作用部分195和收集器部分196。而且，在高頻作用部分195的外側(cè)，配置有磁場發(fā)生裝置，比如電磁線圈197。再有，198是電子束。此外，圖中省略了輸出波導管部分。
在使用行波管的情況下，第7方案那樣的電子管有例如使用本發(fā)明的浸漬型陰極組件的電子槍組件；在該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面同軸配置的放大信號的慢波電路和捕捉電子束的收集器部分。
圖5是說明為本發(fā)明行波管的電子管一例的概略剖視圖。
如圖5所示，該行波管包括使用本發(fā)明的浸漬型陰極基體的電子槍組件171，放大信號的慢波電路172和捕捉電子束的收集器部分173。而且，構(gòu)成慢波電路172，使管狀真空外殼174內(nèi)的螺旋線175由三個電感應(yīng)支撐棒176支撐固定，在該慢波電路172的兩端，分別突出設(shè)置著輸入栓177和輸出栓178。
在為回旋管的情況下，第7方案那樣的電子管有使用例如本發(fā)明的浸漬型陰極組件的電子槍組件；在該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面中配置的第2直徑變小的管狀電子束壓縮部分；與該錐狀電子束壓縮部分連接配置的空腔共振部；與所述空腔共振部連接配置的第2直徑變大的錐狀電磁波引導部分；捕捉電子束的收集器部分；和在空腔共振部外周部配置的磁場發(fā)生裝置。
圖6是說明為本發(fā)明的回旋管的電子管一例的概略剖視圖。
圖6中，符號230表示回旋管本體；231表示采用組裝本發(fā)明的浸漬型陰極組件、產(chǎn)生空心電子束的電子槍組件部分；232表示配置在電子束下流、第2直徑變小的錐狀電子束壓縮部分；233表示配置在電子束下流、第2直徑變大的錐狀電磁波引導部分；235表示配置在其后、捕捉相互作用后的電子束的收集器部分；236表示配置在其下流有陶瓷氣密窗的輸出窗；237表示波導管耦合凸緣；239表示磁場發(fā)生裝置的螺線管。
下面，說明第1方案。
在第1方案中，至少從浸漬型陰極組件電子發(fā)射面開始，順序設(shè)置小粒徑、高孔隙率的多孔質(zhì)區(qū)域，和大粒徑、低孔隙率的多孔質(zhì)區(qū)域。
在大粒徑低孔隙率區(qū)域加熱時，能夠固定地維持浸漬電子發(fā)射物的供給。
此外，在大粒徑低孔隙率區(qū)域上，利用設(shè)置小粒徑高孔隙率區(qū)域，在電子發(fā)射面的小粒徑高孔隙率區(qū)域，由于構(gòu)成陰極基體的微粒間距離較短，所以縮短了電子發(fā)射物的擴散距離。由此，由電子發(fā)射物對電子發(fā)射面的覆蓋就更快、更均勻地進行，能夠?qū)崿F(xiàn)電子發(fā)射物的充分供給，獲得電子發(fā)射面充分的被履蓋率。如果提高被覆蓋率，就能獲得更好的耐離子轟擊性。此外，由此能夠縮短高電壓操作的浸漬型陰極組件的發(fā)射時間。再有，比如說，即使在包含擴散速度慢的電子發(fā)射物的情況下，也能夠防止因離子轟擊造成的浸漬型陰極組件電子發(fā)射特性的劣化。
此外，本發(fā)明使用的孔隙率為在一定體積物體(固體)中存在的空間的比例，用下式(1)表示。
P1-W/Vd…(1)式中，w是被測定物的重量(g)，V是被測定物的體積(cm3)，d是被測定物的密度(鎢的情況下為19.3g/cm3)，P表示孔隙率(％)。但是，本發(fā)明要求的小粒徑大孔隙率區(qū)域作為期望的層，而且，該層最好在30μm以下的厚度。因此，在實際中不可能測定上式的w、V，不能算出孔隙率。這樣，為確實控制孔隙率，就利用下面的方法進行孔隙率的測定。
首先，假設(shè)浸漬后的陰極基體，完全除去空孔內(nèi)的電子發(fā)射物后，在這些空孔內(nèi)，熔化浸漬著色樹脂。然后，為露出陰極表面中的垂直剖面，用金屬研磨機等進行研磨。在陰極基體尺寸較大的情況下，也可以經(jīng)預先切斷，露出粗剖面。如果得到平滑的剖面，就對該剖面的剖面象用光學顯微鏡或電子顯微鏡攝影。對該剖面象用圖象處理裝置比如KEYENCE公司制造的CV-100進行圖象處理，求出本剖面中的高熔點金屬露出部分的面積Sbase。和著色樹脂露出部分的面積。如果這樣做，就可求出作為孔隙率的P＝Sbase/(Spore+Sbase)×100(％)。此時，區(qū)域Spore與陰極基體外部區(qū)域的界限為在陰極基體最外周存在的高熔點金屬微粒的陰極基體最外部中突出點相互間連接的線段。面積Sbase和面積Spore的計算最好對整個陰極基體進行，但進行這樣的處理實際上很困難。因此，至少選擇5個陰極基體的剖面內(nèi)任意的點，求出其附近1000μm2以上區(qū)域的面積Sbase和面積Spore，能夠計算出平均P作為孔隙率。
再有，在第1方案的第1優(yōu)選實施例中，如果大微粒低孔隙率區(qū)域的粒徑不足2μm，那么在制造時進行燒結(jié)時，就不能夠無視空隙關(guān)閉的情況，即使能夠確?？紫堵?，也有未完成電子發(fā)射物浸漬的趨勢；此外，如果超過10μm，就不能得到期望的孔隙率，向小粒徑高孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射物的供給不充分，同時，為獲得期望的孔隙率，就有使燒結(jié)溫度變得非常高的趨勢，因而有工業(yè)制造變得困難的趨勢。大粒徑低孔隙率區(qū)域的較好平均粒徑為2～7μm，平均粒徑為2～5μm就更好。此外，如果其孔隙率不足15％，就有向小粒徑高孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射物的供給不充分的趨勢，如果孔隙率超過25％，在不能獲得必要強度的同時，還有使電子發(fā)射物的消耗增加壽命變短的趨勢。大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率為15～22％較好，孔隙率為17～21％就更好。
在第1方案的第2優(yōu)選實施例中，如果小粒徑高孔隙率區(qū)域的平均粒徑不足0.1μm，由于其粒徑過小，使陰極基體中易產(chǎn)生裂紋，所以存在降低強度的趨勢。此外，作為原料的高熔點金屬粉末的粒徑如果過小，燒結(jié)時容易形成二次微粒、三次微粒等，使燒結(jié)進度提前，不能得到期望的粒徑。在這種情況下，要使密度升高，就有不能獲得期望的孔隙率的趨勢。
此外，粒徑如果在2μm以上，由于電子發(fā)射物的擴散距離變大，就會改變向電子發(fā)射面充分供給電子發(fā)射物所需要的時間。而且，如果擴散距離變大，電子發(fā)射面中的均勻擴散也變得困難。因此，粒徑如果在2μm以上，就有電子發(fā)射面的電子發(fā)射物的覆蓋率降低的趨勢。如上所述，如果覆蓋率降低，就不能獲得充分的耐離子轟擊性。
多孔質(zhì)陰極基體的小粒輕高孔隙率區(qū)域的平均粒徑為0.8～1.5μm較好。
此外，如果多孔質(zhì)陰極基體的小粒徑高孔隙率區(qū)域的平均粒徑在0.1μm至2.0μm的范圍內(nèi)，孔隙率不足25％，那么電子發(fā)射物對電子發(fā)射面的供給就變得不充分，有電子發(fā)射面的電子發(fā)射物的覆蓋率降低的趨勢。如果覆蓋率降低，就不能獲得充分的耐離子轟擊性。
再有，如果多孔質(zhì)陰極基體的小粒徑高孔隙率區(qū)域的平均粒徑在0.1μm至2.0μm的范圍內(nèi)，孔隙率超過40％，那么就有陰極基體的機械強度降低的趨勢。小粒徑高孔隙率區(qū)域的較好孔隙率為25～35％。
此外，如第1方案第3優(yōu)選實施例所示，在至少有兩層以上層積結(jié)構(gòu)的浸漬型陰極基體的情況下，在大粒徑低孔隙率區(qū)域?qū)拥碾娮影l(fā)射面設(shè)置的小粒徑高孔隙率區(qū)域?qū)拥膶雍褡詈迷?0μm以下。該層厚為3～30μm較好，若為3～20μm就更好。
如第2方案所示，至少有兩層結(jié)構(gòu)的浸漬型陰極組件可如下制連首先，按一般方法，形成為平均粒徑為2至10μm、并且孔隙率為15％至25％的大粒徑低孔隙率區(qū)域的多孔質(zhì)燒結(jié)體。
接著，在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上，把平均粒徑小于大粒徑低孔隙率區(qū)域的多孔質(zhì)燒結(jié)體平均粒徑的W粉末的高熔點金屬粉末用有機溶劑調(diào)制成膏狀，按例如絲網(wǎng)印刷法涂敷，形成期望的膜厚。然后，干燥，在真空或氫氣(H2)等還原氣氛中，在1700～2200℃范圍內(nèi)進行燒結(jié)。由此，在大粒徑低孔隙率區(qū)域上形成小粒徑高孔隙率區(qū)域。這種情況下，應(yīng)適當設(shè)定膏的濃度、印刷條件、燒結(jié)時間等，以獲得構(gòu)成燒結(jié)體微粒的期望平均粒徑和孔隙率。
此外，作為第1方案那樣的陰極基體的另一結(jié)構(gòu)，如第4優(yōu)選實施例所示，在構(gòu)成大粒徑低孔隙率區(qū)域基質(zhì)的至少電子發(fā)射面?zhèn)戎校€可舉出存在多個小粒徑高孔隙率區(qū)域點的結(jié)構(gòu)。作為例子，可列舉出在大粒徑低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面上存在溝狀或孔狀的凹部，在其凹部存在小粒徑高孔隙率區(qū)域的結(jié)構(gòu)。為形成這樣結(jié)構(gòu)的陰極基體，例如，利用在作為大粒徑低孔隙率區(qū)域的多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上的機械加工等，形成溝或孔狀的凹部，在其凹部填充膏，進行燒結(jié)，就能夠形成小粒徑高孔隙率區(qū)域。
再有，作為陰極基體結(jié)構(gòu)的其他變形，如第1方案的第5優(yōu)選實施例所示，可列舉出在其厚度方向，隨著靠近電子發(fā)射面第2孔隙率增加、并且粒徑變小的結(jié)構(gòu)。
該小粒徑高孔隙率區(qū)域的形成并不限于上述印刷法，也可采用旋涂法、噴涂法、電解沉淀法或溶射法等獲得多孔質(zhì)層，并不顯定使用哪種方法。此外，在采用溶射法的情況下，能夠省去燒結(jié)工藝。
在有上述結(jié)構(gòu)的陰極組件的陰極基體中，然后與常規(guī)方法一樣，例如在H2等氣氛中熔化浸漬例如由摩爾比為4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al2O3的混合物構(gòu)成的電子發(fā)射物。
再有，下面說明第1方案的第6優(yōu)選實施例。
在第1方案的第6優(yōu)選實施例中，使用包含選自由銥(Ir)、鋨(Os)、錸(Re)、釕(Ru)、銠(Rh)和鈧(Sc)構(gòu)成的組中的至少一種元素、單體和含有其元素的物質(zhì)，或使用含有其他元素或與含有其他元素物質(zhì)組合成的物質(zhì)。
這種組合，有各種各樣的情況，例如包括合金、化合物等形式的情況。
依據(jù)第6優(yōu)選實施例，利用形成包含這些元素的層，陰極組件的電子發(fā)射面的電偶極層即使因離子轟擊受到破壞，電子發(fā)射特性也能立即復原，能夠進行發(fā)射，并且使足夠低的低溫工作成為可能。再有，由于能夠低溫工作，能夠降低電子發(fā)射物例如鋇等蒸發(fā)量，所以按薄于現(xiàn)有技術(shù)的厚度設(shè)定陰極組件厚度成為可能。
單獨使用的元素最好為銥、鈧。
包含元素使用的物質(zhì)最好為氧化鈧(Sc2O3)、氫化鈧(ScH2)等。
組合使用的物質(zhì)最好為Ir-W、Os-Ru、Sc2O3-W、ScH2-W、Sc-Re等合金。
Os雖可單獨使用，但因其氧化物有毒性，考慮到作業(yè)者的安全性，與單獨使用相比，最好采用不易氧化的合金形式。
此外，能夠把Sc與從鉿(Hf)、錸、和釕(Ru)等高熔點金屬中至少選擇的一種組合使用。在陰極組件工作時，這些高熔點金屬用作使Sc與氧分離的分離劑。
再有，在第1方案中，按需要，在除去多孔質(zhì)陰極基體表面的多余電子發(fā)射物后，能夠用例如噴涂法等薄膜形成方法形成使用的元素成分層。
下面，說明第3方案和第4方案。
在多孔質(zhì)陰極組件的制造方法中，第3方案和第4方案改進了從其多孔質(zhì)體切出預定形狀的陰極基體的步驟。在切斷陰極基體中，會產(chǎn)生毛邊。因此，利用對陰極基體進行拋光處理，除去毛邊是必要的。一般來說，把切斷的陰極基體放在裝有由鋁和二氧化硅構(gòu)成的小球體的容器內(nèi)進行振動，使小球體與陰極基體摩擦，從而進行拋光處理。此時，陰極基體的電子發(fā)射面也同樣進行摩擦，使多孔質(zhì)體的孔隙部分被阻塞。該孔隙部分作為電子發(fā)射物的供給路徑，如果孔隙部分被堵塞，就會產(chǎn)生防礙電子發(fā)射物浸漬的問題。此外，多孔質(zhì)體表面的外觀表面積增大，會產(chǎn)生在表面中的電子發(fā)射物的擴散距離增大的問題。具體地說，在有小粒徑高孔隙率區(qū)域的陰極基體中，由于這些問題，使電子物質(zhì)的擴散距離縮短和供給路徑的增大受到損害，就不能獲得耐離子轟擊特性的改進效果。
此外，如果發(fā)生陰極基體表面的剝離，發(fā)生電子發(fā)射物的噴出，就會產(chǎn)生電子發(fā)射面的變質(zhì)。電子發(fā)射面的變質(zhì)會導致發(fā)射電流密度劣化等不良影響。
依據(jù)第3方案，在切斷加工陰極基體前的多孔質(zhì)體的電子發(fā)射面上，采用從由具有1200℃以下熔點的金屬和合成樹脂構(gòu)成的組中選擇的填充材料，用熔化填充材料獲得的溫度加熱處理，通過在該多孔質(zhì)形成體內(nèi)熔化填充材料，在電子發(fā)射面上的孔隙部分中的多孔質(zhì)體內(nèi)熔化填充材料。由此，進行孔內(nèi)的保護和多孔質(zhì)體的強化，即使在拋光時電子發(fā)射面受到摩擦，也能夠使孔隙部分不堵塞。
此外，依據(jù)第4方案，用熔化填充材料獲得的溫度燒制高熔點金屬和含有從具有1200℃以下熔點的金屬及合成樹脂構(gòu)成的組中選擇的至少一種填充材料的膏，在形成以高熔點金屬為主要成分的多孔質(zhì)體的同時，在多孔質(zhì)體的孔內(nèi)熔化該填充材料。由此，進行孔內(nèi)的保護和多孔質(zhì)體的強化，即使在拋光時電子發(fā)射面受到摩擦，也能夠使孔隙部分不堵塞。
此外，作為本發(fā)明的陰極基體應(yīng)用例，例如在陰極基體的電子發(fā)射面區(qū)域，能夠形成更高熔點金屬微粉末和氧化鈧的混合物層。由此，即使陰極組件的電子發(fā)射面的電偶極層因離子轟擊受到破壞，電子發(fā)射特性也可立即復原，使發(fā)射和充分的低溫工作成為可能。此外，由于能夠低溫工作，能夠降低電子發(fā)射物例如鋇等蒸發(fā)量，所以把陰極組件厚度設(shè)定為薄于現(xiàn)有技術(shù)的厚度成為可能。除此之外，還意味著可大幅度地改進因電子發(fā)射物的浸漬量不足變得不充分的現(xiàn)有的節(jié)電型浸漬陰極的壽命特性。
再有，作為高熔點金屬微粒粉末，最好能夠采用鎢和鉬的合金或其混合物。由此，即使較低的燒結(jié)溫度，也能夠獲得十分堅固的燒結(jié)層。作為合成樹脂，最好能夠采用甲基丙烯酸甲基。
得到的微細燒結(jié)層最好有0.8至1.5μm的平均粒徑，并最好有20％至40％的孔隙率。
下面，參照附圖，具體說明本發(fā)明。
實施例1圖7是表示使用本發(fā)明的浸漬型陰極組件的第1實施例的電子管的的局部剖切的概略圖。該陰極組件為用于速調(diào)管的浸漬型陰極組件，在高輸出、高電壓下使用。
如圖所示，該電子管的主要結(jié)構(gòu)有由多孔質(zhì)W構(gòu)成的基體金屬層3；支撐該多孔質(zhì)陰極基體3的用Mo等構(gòu)成的釬焊的支撐筒11；和內(nèi)裝在支撐筒11中的燈絲18；該燈絲18埋入由Al2O3等構(gòu)成的埋入材料中并進行燒結(jié)來固定。在該多孔質(zhì)陰極基體3的孔隙部分中，浸漬例如由摩爾比為4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al2O3的混合物構(gòu)成的電子發(fā)射物。在多孔質(zhì)陰極基體3的電子發(fā)射面，用真空噴涂設(shè)置Ir的薄膜層，通過合金化處理，形成Ir和W的合金化層(圖中未示)。此外，該陰極組件在用于集束的電子發(fā)射面上有例如半徑為53mm的曲率。
圖8表示該陰極組件的多孔質(zhì)陰極基體3的結(jié)構(gòu)模式圖。如圖8所示，多孔質(zhì)陰極基體3具有由大粒徑低孔隙率層22和在其上形成的小粒徑高孔隙率23構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。具有這種結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)陰極基體3能夠按以下方法，例如按噴涂法形成。
首先，作為大粒徑低孔隙率層，預備由比如平均粒徑為3μm的W微粒構(gòu)成的孔隙率約為17％的多孔質(zhì)W基體。例如，該基體有70mm的直徑，電子發(fā)射面的曲率為53mm。
在該多孔質(zhì)W基體中裝有掩模模具的狀態(tài)下，在基體的電子發(fā)射面上用噴槍垂直地噴涂W微粒和醋酸丁酯及甲醇的混合物。
噴涂距離為10cm，空氣壓力為1.2kgf/cm2，噴涂流量為0.35cc/秒，噴涂時間為5秒，在保持曲率的電子發(fā)射面上形成厚度為20μm均勻的薄膜層。
然后，為進行薄膜層的燒結(jié)和薄膜層與基體金屬的粘接，在還原氣氛中進行1小時溫度為1700～2200℃的熱處理，例如，在氫氣氣氛下，進行1小時溫度為2000℃的熱處理。
這樣得到的小粒徑高孔隙率W薄膜層，外觀上無裂紋，并保持足夠的強度，平均粒徑為0.8μm，孔隙率為30％，有約10μm的均勻厚度。
接著，在該多孔質(zhì)基體3的孔隙部分中，在H2氣氛中、1700℃下，加熱約10分鐘，熔化浸漬由摩爾比為4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al2O3的混合物構(gòu)成的電子發(fā)射物。
在速調(diào)管的電子管內(nèi)安裝具有這樣得到的兩層結(jié)構(gòu)的陰極組件，在陰極溫度為1000℃b(℃b為亮度溫度)的條件下可進行發(fā)射。
圖9是表示進行100小時發(fā)射后的電子發(fā)射特性的曲線圖。該電子發(fā)射特性表示發(fā)射電流與陰極溫度的關(guān)系，它以陰極溫度為1100℃b時與發(fā)射電流的比率作為100％。圖中實線31、32分別表示現(xiàn)有的浸漬型陰極組件和實施例1的浸漬型陰極組件的特性。從該曲線可明顯看出，在低溫部分，可以認為用實線表示的實施例1的浸漬型陰極細件處于優(yōu)勢。在高溫部分，因擴散速度快雖不能確認特性上的優(yōu)勢，但在低溫部分，由于擴散速度較慢，所以本發(fā)明的浸漬型陰極組件的一方具有顯著的優(yōu)勢。此外，從該曲線可明顯看出，如果使用本發(fā)明的浸漬型陰極組件，就能夠縮短發(fā)射時間。
實施例2圖10是表示本發(fā)明的用于另一電子管的浸漬型陰極組件的第2實施例的概略圖。這種陰極組件是用于陰極射線管的陰極組件，該陰極基體與實施例1的用于速調(diào)管的陰極基體不同，基本上不具有曲率。
如圖所示，使用浸漬型陰極組件的電子管例如有以下結(jié)構(gòu)陰極套筒1；在該陰極套筒1的一端部內(nèi)側(cè)，使與其一端部開口緣基本同一面固定的帽狀固定部件2；多孔質(zhì)陰極基體3，它固定在該帽狀固定部件2內(nèi)，浸漬有電子發(fā)射物；以包圍陰極套筒1的方式與內(nèi)側(cè)同軸地配置的筒狀托架4；多個薄長方形狀搭接片5，一端部安裝在陰極套筒1的另一端外側(cè)面，另一端部安裝在筒狀托架4的一端部上形成的內(nèi)突部分上，在筒狀托架4的內(nèi)側(cè)同軸支撐陰極套筒1；屏蔽筒7，設(shè)置在陰極套筒1與多個搭接片5之間，由在筒狀托架4一端形成的內(nèi)突部分上的支撐片6安裝固定；和燈絲8，插入陰極套筒1內(nèi)側(cè)進行加熱。
所述多孔質(zhì)陰極基體3的材料為W。在該基體的孔隙部分分，浸漬例如由摩爾比為4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al2O3的混合物和1wt％的Sc2O3構(gòu)成的電子發(fā)射物。
再有，例如，通過在筒狀托架4的外表面安裝的搭接片9，在陰極組件上依次以預定間隔配置多個電極(圖中僅示出第1柵極G1)的同時，該陰極組件固定在絕緣支撐體10上。
多孔質(zhì)陰極基體3有與圖8同樣的結(jié)構(gòu)，如下所示，可利用例如絲網(wǎng)印刷法形成。
首先，混合W微粒、作為粘合制的乙基纖維素、樹脂和表面活性劑的混合物、溶劑，獲得涂敷液。
作為大粒徑低孔隙率層，預備由粒徑約為3μm的W微粒構(gòu)成孔隙率為17％的多孔質(zhì)鎢基體。例如，該基體的直徑為1.1mm，厚度為0.32mm。
在該基體上，采用不銹鋼網(wǎng)眼篩，用上述涂敷液進行絲網(wǎng)印刷，形成小粒徑高孔隙率的鎢薄膜層。
然后，為進行薄膜層的燒結(jié)和薄膜層與大粒徑低孔隙率層的粘接和燒結(jié)，在氫氣氣氛下，進行1小時溫度為2000℃的燒結(jié)。
這樣得到的小粒徑高孔隙率W薄膜層，外觀上無裂紋，并具有足夠的強度，平均粒徑為1μm，孔隙率約為30％，并有約10μm的均勻厚度。此外，得到的陰極基體有與圖8所示的相同兩層結(jié)構(gòu)。
采用如上所述的方法，制成改變小粒徑高孔隙率區(qū)域的粒徑、孔隙率和大粒徑低孔隙率區(qū)域的粒徑、孔隙率的陰極射線管使用的陰極基體，進行其發(fā)射特性評價和強制壽命實驗。制成的陰極基體的材料采用鎢，半徑為1.1mm，厚度為0.32mm。浸漬的電子發(fā)射物為BaO∶CaO∶Al2O3＝4∶1∶1。采用絲網(wǎng)印刷法，形成厚度為10μm的小粒徑高孔隙率區(qū)域。
在該陰極基體中，采用安裝燈絲、陽極等組裝的二極管，在陽極電壓200V，燈絲電壓為6.3V的條件下進行依據(jù)占空率的發(fā)射特性評價。
把使用該陰極基體組裝的陰極組件裝配在圖象對角尺寸為760mm的電視機顯象管中，在燈絲電壓為8.5V，陰極電流為600μA的條件下進行強制壽命實驗。作為發(fā)射測定，是在燈絲電壓為6.3V，第1柵極為200V，施加占空率為0.25％的脈沖時進行陰極電流測定。
其結(jié)果用表1和表2表示。
表1
表2
表中，在使用沒有粒徑為3μm、孔隙率為20％的小粒徑高孔隙率區(qū)域的陰極組件的電子管中，占空率0.1％時的發(fā)射(％)是以進行占空率0.1％的脈沖工作時得到的發(fā)射量為100，用百分率表示的各個實驗值。此外，同樣地，在使用沒有粒徑為3μm、孔隙率為20％的小粒徑高孔隙率區(qū)域的陰極組件的電子管中，占空率4.0％時的發(fā)射(％)是以進行占空率4.0％的脈沖工作時得到的發(fā)射量為100，用百分率表示的各個實驗值。再有，強制壽命(％)用下式表示(Ilife/I0)/(Iliferef/I0ref)×100(％)…(2)其中，以使用沒有粒輕為3μm、孔隙率為20％的小粒徑高孔隙率區(qū)域的陰極組件的電子管強制壽命實驗前的發(fā)射值為I0ref，以強制壽命實驗3000小時后的發(fā)射值為Iliferef，相應(yīng)地，以使用表中所示結(jié)構(gòu)的陰極組件的電子管的強制壽命實驗前的發(fā)射值為I0，以強制壽命實驗3000小時后的發(fā)射值為Ilife。
一般是把電子管的燈絲電壓從6.3V提高到8.5V，在使陰極溫度上升的狀態(tài)下進行強制實驗。
從表1和表2可明顯看出，在小粒徑高孔隙率區(qū)域的孔隙率為25％至40％的情況下，耐離子轟擊性提高；但孔隙率如果不足25％，那么發(fā)射特性就劣化；此外，孔隙率如果超過40％，就會出現(xiàn)不能獲得足夠的小粒徑高孔隙率區(qū)域強度的趨勢。在小粒徑高孔隙率區(qū)域的粒徑在0.1至2μm的情況下，耐離子轟擊性提高；但粒徑如果不到0.1μm，在陰極表面的開口孔隙數(shù)就會顯著減少，使浸漬變得困難；此外，粒徑如果超過2μm，就會出現(xiàn)不能獲得足夠的耐離子轟擊性的趨勢。
此外，在大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率為15％至25％的情況下，可獲得良好的陰極特性；但孔隙率如果不到15％，浸漬的電子發(fā)射物量就會顯著減少，壽命會變短；此外，孔隙率如果超過25％，就會使電子發(fā)射物中的蒸發(fā)速度提高，出現(xiàn)壽命縮短的趨勢。再有，在大粒徑低孔隙率區(qū)域的粒徑在2μm至10μm的情況下，會獲得良好的陰極特性；但粒徑如果不到2μm，就會出現(xiàn)閉塞氣孔，浸漬量減少，壽命變短，以及發(fā)射特性也劣化的趨勢。此外，大粒徑低孔隙率區(qū)域的粒徑如果超過10μm，由于要獲得利用燒結(jié)的預定孔隙率，就會出現(xiàn)需要巨大能量或時間的趨勢。
實施例3本實施例表示本發(fā)明的浸漬型陰極組件的第3實施例。
首先，作為大粒徑低孔隙率層，預備與實施例1同樣的大粒徑低孔隙率層的多孔質(zhì)W基體。在該多孔質(zhì)W基體的發(fā)射面，以20～50μm的加工深度和相同程度的20～50μm的節(jié)距，通過研磨等機械加工，形成多個加工槽。然后，把平均粒徑為0.5～1μm的W粉末填充在得到的加工槽中。
之后，進行與實施例1同樣的熱處理。圖11表示這樣得到的陰極基體的模式圖。如圖11所示，該陰極基體為以粒徑約3μm的W微粒構(gòu)成的孔隙率約為17％的多孔質(zhì)W基體42的基質(zhì)，和在其基體表面按點狀設(shè)置的平均粒徑為0.5～1μm、孔隙率為30％的小粒徑高孔隙率的W區(qū)域41。
實施例4本實施例表示本發(fā)明的浸漬型陰極組件的第4實施例。其中，采用噴涂法形成與實施例2相同類型的在陰極組件中使用的陰極基體。
首先，作為大粒徑低孔隙率層，預備與實施例2同樣形狀的粒徑為3μm、孔隙率為20％的多孔質(zhì)W基體。
接著，作為涂敷液，調(diào)制W微粒、醋酸丁酯和甲醇的混合物。按噴涂距離為10cm、空氣壓力為1.2kg/cm2、噴涂流量為0.35cc/秒、噴涂時間為5秒的條件，使用空氣噴槍在該基體表面上垂直地噴涂該涂敷。然后干燥得到的涂敷膜，為進行涂敷膜的燒結(jié)和與基體的粘接，在氫氣氣氛中和1900℃的溫度下進行10分鐘的熱處理。這樣形成的小粒徑高孔隙率的W薄膜層，外觀上無裂紋，并保持足夠的強度，膜厚為20μm，平均粒徑為1μm，孔隙率為30％。此外，得到的陰極基體結(jié)構(gòu)與圖8所示的模式相同。
如圖8所示，在有這種兩層結(jié)構(gòu)的陰極基體23上，采用由摩爾比為BaO∶CaO∶Al2O3＝4∶1∶1的電子發(fā)射物，在氫氣氣氛中和1700℃的溫度下進行10分鐘的熱處理，熔化浸漬圖中用24表示的電子發(fā)射物。
把這樣制成的陰極組件用于如圖10所示的浸漬型陰極組件，裝配陽極，制成形成二極管的電子管，測定該電子管的電子發(fā)射特性。結(jié)果，按照本發(fā)明，與現(xiàn)有的浸漬型陰極相比，改進了高占空率區(qū)域的電子發(fā)射特性。
實施例5本實施例表示本發(fā)明的浸漬型陰極組件的第5實施例。
其中，小粒徑高孔隙率的W薄膜層的形成方法如下。
作為涂敷液，調(diào)制碳酸二乙基和硝化棉的混合液，用1000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)該涂敷液，除把該涂敷液用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成在與實施例4相同的多孔質(zhì)W基體上之外，形成與實施例4同樣的各種層厚的小粒徑高孔隙率的W薄膜層，得到陰極基體。得到的薄膜層的平均粒徑為1μm，孔隙率為30％。此外，得到的陰極基體有如圖8所示的兩層結(jié)構(gòu)。
在該陰極基體中，熔化浸漬與實施例4同樣的電子發(fā)射物。
接著，在浸漬電子發(fā)射物的陰極基體的電子發(fā)射面上，采用噴涂法形成Ir薄膜層。為使得到的Ir薄膜層與陰極基體W合金化，把形成Ir薄膜層的陰極基體在高純度的氫氣氣氛和1290℃的溫度下進行10分鐘加熱處理。
對于這樣得到的浸漬型陰極，進行與實施例4同樣的電子發(fā)射特性評價。用圖12的曲線表示這時的外加脈沖的占空率與發(fā)射變化率的關(guān)系。
圖12表示在兩層結(jié)構(gòu)中沒有小粒徑高孔隙率層的情況下和在改變小粒徑高孔隙率層層厚的情況下，其占空率與發(fā)射變化率的關(guān)系。圖中，實線100表示沒有小粒徑高孔隙率層的情況；103表示膜厚3μm的情況；110表示膜厚10μm的情況；120表示膜厚20μm的情況；130表示膜厚30μm的情況。此例中，作為大粒徑低孔隙率層，其粒徑為3μm，孔隙率為20％；作為小粒徑高孔隙率層，其粒徑為1μm，孔隙率為30％。此外，發(fā)射變化率以占空率為0.1％時的發(fā)射作為100％。其測定條件是燈絲電壓為6.3V，陽極電壓為200V。
從該圖可明顯看出，按照本發(fā)明，與現(xiàn)有的浸漬型陰極相比，在改進了高占空率區(qū)域的電子發(fā)射特性的同時，在該膜厚為3～30μm的范圍內(nèi)，還獲得在高占空率區(qū)域中的良好電子發(fā)射特性。
實施例6本實施例表示本發(fā)明的浸漬型陰極組件的第6實施例。
首先，作為大粒徑低孔隙率層，預備粒徑為3μm、孔隙率為20％的多孔質(zhì)W基體。該陰極基體適用于圖10所示的陰極射線管的陰極組件中。在其電子發(fā)射表面上層，把W粉末與有機溶劑同時調(diào)成膏狀，用絲網(wǎng)印刷涂敷，以形成厚度20μm的混合物層。然后，干燥涂敷的膏，在氫氣氣氛和1900℃下進行10分鐘的熱處理，形成小粒徑高孔隙率的W薄膜層。再有，調(diào)節(jié)W膏的濃度、印刷條件和所述燒結(jié)時的燒結(jié)時間和溫度，使燒結(jié)后的多孔質(zhì)層的平均粒徑為1μm，孔隙率為30％。
這樣制成的陰極基體有圖8所示的兩層結(jié)構(gòu)。
在該陰極基體中，采用由摩爾比為BaO∶CaO∶Al2O3＝4∶1∶1的電子發(fā)射物，在氫氣氣氛中和1700℃的溫度下進行10分鐘的熔化浸漬。
用噴涂法在這樣制成的陰極基體表面，相互交替地形成為Sc化合物薄膜層的ScH2層和為高熔點金屬薄膜層的Re層的兩層。
如圖13所示，得到的陰極基體結(jié)構(gòu)為在大粒徑低孔隙率層22上層積小粒徑高孔隙率層23；在其孔隙內(nèi)浸漬電子發(fā)射物的層積體上，相互交替地層積ScH2層25、27和作為高熔點金屬Re的薄膜層26、28。ScH2薄膜層和Re薄膜層的厚度都為20nm，在這些各兩層上交替地噴涂。具體地說，在噴涂ScH2薄膜層時，為防止H2的分離，在作為噴涂氣體的Ar氣體中加入1％容量的H2氣體。
把這樣制成的陰極組件用于如圖10所示的浸漬型陰極組件，裝配陽極，制成形成二極管的電子管。按下面那樣評價該電子管的電子發(fā)射特性。首先，外加6.3V的燈絲電壓，在陰極和陽極之間外加200V的脈沖。其中，使外加脈沖的占空率從0.1％變化到9.0％，測定其發(fā)射電流密度。
作為本實施例的浸漬型陰極的電子發(fā)射特性，用圖14表示其占空率與發(fā)射電流密度關(guān)系的曲線圖。圖中，71表示現(xiàn)有的氧化鈧系浸漬型陰極的測定結(jié)果；72表示本發(fā)明的鈧系浸漬型陰極的測定結(jié)果；73表示現(xiàn)有的金屬涂敷的浸漬型陰極的測定結(jié)果。本發(fā)明的鈧系浸漬型陰極比現(xiàn)有的浸漬型陰極在低和高占空率區(qū)域中都具有良好的發(fā)射電流特性。
作為其他的例子，也可以在所述高熔點金屬薄膜層中以Re代替Ru，也可以在鈧化合物薄膜層中以H2代替Sc，得到與上述相同的特性。
實施例7圖15至圖21是說明本發(fā)明使用的陰極基體的制造工藝圖。
首先，使用平均粒徑為3μm的鎢微粒，采用常規(guī)方法得到孔隙率為20％的大粒徑低孔隙率層的多孔質(zhì)體。
然后，在得到的大粒徑低孔隙率層上，采用絲網(wǎng)印刷法成膜包含鎢的膏。接著，利用在氫氣氣氛中和1800℃下燒制成膜的膏30分鐘，在大粒徑低孔隙率層上，形成平均粒徑為1μm、孔隙率為30％的小粒徑高孔隙率層的多孔質(zhì)體，得到陰極基體。
圖15表示該陰極基體的剖面結(jié)構(gòu)模式圖。如圖15所示，由大粒徑低孔隙率層121和在其上形成的小粒徑高孔隙率層122構(gòu)成得到的陰極基體123。
接著，在大粒徑低孔隙率層121上使用銅微粒，形成銅微粒層131。作為銅微粒層131的形成方式，例如，可使用含有銅微粒的膏進行絲網(wǎng)印刷的方法，在小粒徑高孔隙率122表面直接涂敷銅微粒的方法等。這里，采用直接涂敷的方法。
圖16表示該陰極基體的剖面結(jié)構(gòu)模式圖。如圖16所示，采用銅微粒的陰極基體133在陰極基體123上有銅微粒層131。
然后，把陰極基體133放入例如鉬制杯中，利用在氫氣氣氛中加熱至1080℃，熔化銅微粒131，用銅覆蓋小粒徑高孔隙率層122表面。此時，加熱溫度最好最高為銅的熔化溫度1083℃，但應(yīng)按充分被覆銅的溫度范圍進行設(shè)定。
圖17表示用銅覆蓋層覆蓋的陰極基體143的剖面結(jié)構(gòu)的模式圖。如圖17所示，陰極基體143上由熔化的銅覆蓋層141覆蓋。
圖18表示說明陰極基體切斷工藝的概略圖。如圖18所示，然后，利用來自激光源150的激光151切斷得到的陰極基體143，如圖19所示，切出預定大小的各個陰極基體160。
圖20表示切出的陰極基體的形狀，圖21表示拋光處理后的陰極基體式樣的模式圖。如圖20所示，在切出的陰極基體160中存在毛邊161，此外，還粘有因氧化、蒸發(fā)物帶來的污物162等。
再有，把切出的陰極基體160放入裝有由鋁和陶瓷構(gòu)成的小球體的密閉容器中，使用滾筒研磨機進行拋光處理。如圖21所示，通過這種處理，除去毛邊161和污物162等，得到由大粒徑低孔隙率層121和小粒徑高孔隙率層122及銅覆蓋層141構(gòu)成的陰極基體180。
把得到的陰極基體180放入硝酸∶水的體積比為1∶1的溶液中，浸漬約12小時后，進行水洗、干燥。然后，放入鉬制杯中，在氫氣氣氛中和1500℃下加熱直至沒有銅的焰光，除去銅。圖22表示除去銅的陰極基體式樣的模式圖。如圖22所示，除去銅后的小粒徑高孔隙率層122表面良好，看不到因切斷、拋光造成的表面形狀的惡化。此外，在小粒徑高孔隙率層122的孔隙部分也看不到堵塞。
接著，在小粒徑高孔隙率層122表面上使用按氧化鋇∶氧化鈣∶氧化鋁的摩爾比為4∶1∶1進行混合得到的電子發(fā)射物，在氫氣氣氛中和1650℃下加熱3分鐘，使其熔化浸漬在陰極基體180內(nèi)。圖23表示這樣得到的浸漬型陰極結(jié)構(gòu)的模式圖。如圖23所示，使用的電子發(fā)射物208通過小粒徑高孔隙率層122的孔隙部分，浸漬在大粒徑低孔隙率層121的孔隙部分內(nèi)部。
如上所述，按照實施例7，采用本發(fā)明的方法，可改進切斷、拋光工藝，獲得不損傷電子發(fā)射面的良好的浸漬型陰極。
實施例8下面，說明本發(fā)明的實施例8。
圖24和圖25表示說明本發(fā)明使用的陰極組件的制造工藝的圖。
首先，與實施例7同樣，得到由平均粒徑為3μm、孔隙率為20％的鎢多孔質(zhì)體構(gòu)成的大粒徑低孔隙率層。
然后，在得到的大粒徑低孔隙率層上，采用絲網(wǎng)印刷法成膜包含鎢的膏。接著，利用在氫氣氣氛中1800℃下用30分鐘燒制成膜的膏，在大粒徑低孔隙率層上，形成平均粒徑為1μm、孔隙率為30％的小粒徑高孔隙率層的多孔質(zhì)體，得到陰極基體。
圖24表示該陰極基體剖面結(jié)構(gòu)的模式圖。如圖24所示，得到的陰極基體213有由大粒徑低孔隙率層211和小粒徑高孔隙率層212構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)，小粒徑高孔隙率層212為包括鎢微粒214和銅微粒215的多孔質(zhì)層。
與實施例7同樣，利用加熱陰極基體213，熔化銅微粒131，用銅覆蓋小粒徑高孔隙率層212，埋沒其孔隙部分。
圖25表示由銅埋沒孔隙部分的陰極基體的剖面結(jié)構(gòu)的模式圖。如圖25所示，陰極基體223的小粒徑高孔隙率層222有利用銅225埋沒鎢微粒214間的孔隙部分的結(jié)構(gòu)。
與實施例7同樣，切斷得到的陰極基體223，進行拋光，除去銅成分。除去銅后的小粒徑高孔隙率層表面良好，看不到因切斷、拋光造成的表面形狀的惡化。此外，在小粒徑高孔隙率層的孔隙部分也看不到堵塞。
接著，在小粒徑高孔隙率層表面，采用與實施例7同樣的電子發(fā)射物，通過熔化，使其能夠充分熔化浸漬在陰極基體內(nèi)。
按照第8實施例，采用本發(fā)明的方法，可改進切斷、拋光工藝，獲得不損傷電子發(fā)射面的良好的浸漬型陰極。
采用上述本發(fā)明的浸漬型陰極基體或使用它的浸漬型陰極組件的電子管，具體地說，是用在陰極射線管、速調(diào)管、行波管還有回旋管中；再具體地說，是用于圖3所示的陰極射線管、圖4所示的速調(diào)管、圖5所示的行波管、圖6所示的回旋管；即使在高電壓、高頻條件下，也能得到具有足夠的耐離子轟擊性和良好的電子發(fā)射特性的高性能、長壽命的各種電子管。再有，本發(fā)明的浸漬型陰極組件并不限于用于上述實施例，它能夠用于各種電子管。
權(quán)利要求
1.一種浸漬電子發(fā)射物的浸漬型陰極基體，包括大粒徑低孔隙率區(qū)域；和設(shè)置于大粒徑低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面的小粒徑高孔隙率區(qū)域，其平均粒徑小于大粒徑低孔隙率區(qū)域平均粒徑，并且其孔隙率大于大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率。
2.如權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，所述大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑為2至10μm，孔隙率為15％至25％。
3.如權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，所述小粒徑高孔隙率區(qū)域的平均粒徑為0.1μm至2μm，并且孔隙率為25％至40％。
4.如權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，所述小粒徑高孔隙率區(qū)域的厚度小于30μm。
5.如權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，在所述大粒徑低孔隙率區(qū)域的電子發(fā)射面?zhèn)仍O(shè)有線狀或點狀的所述小粒徑高孔隙率區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，在從所述大粒徑低孔隙率區(qū)域至所述小粒徑高孔隙率區(qū)域上的平均粒徑和孔隙率階段性地變化。
7.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的浸漬型陰極基體，其特征在于，在其電子發(fā)射面上，還設(shè)置包含由銥、鋨、錸、釕、銠和鈧組成的組中選擇的至少一種金屬的層。
8.一種制造權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體的制造方法，其特征在于包括形成大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上形成小粒徑高孔隙率區(qū)域，其平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑，其孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率，而獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；切斷該多孔質(zhì)部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；和在該多孔質(zhì)陰極基體中浸漬電子發(fā)射物的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，用選自印刷法、旋涂法、噴涂法、電解沉淀法和溶射法中的方法形成所述小粒徑高孔隙率區(qū)域。
10.一種制造權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體的制造方法，其特征在于包括形成作為大粒徑低孔隙率的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；在該多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上形成小粒徑高孔隙率區(qū)域，其平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑，其孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率，從而獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；在該多孔質(zhì)陰極部件的電子發(fā)射面上，配置由具有1200℃以下熔點的金屬和合成樹脂構(gòu)成的組中選出的填充材料的步驟；用熔化該填充材料得到的溫度加熱配置了所述填充材料的多孔質(zhì)陰極部件，在該多孔質(zhì)陰極部件內(nèi)浸漬該填充材料的步驟；按預定大小切斷或沖切所述多孔質(zhì)陰極部件，形成多孔質(zhì)陰極基體的步驟；對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；從該拋光處理的多孔質(zhì)陰極基體中除去所述填充材料的步驟；和在除去填充材料的該多孔質(zhì)陰極基體中浸漬電子發(fā)射物的步驟。
11.一種制造權(quán)利要求1所述的浸漬型陰極基體的制造方法，其特征在于包括形成作為大粒徑低孔隙率區(qū)域的高熔點金屬的多孔質(zhì)燒結(jié)體的步驟；預備平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑的高熔點金屬粉末，以及選自由包含熔點低于1200℃的金屬和合成樹脂構(gòu)成的填充劑組中的至少一種膏的步驟；在作為所述大粒徑低孔隙率區(qū)域的高熔點金屬多孔質(zhì)燒結(jié)體的電子發(fā)射面上涂敷該膏的步驟；用熔化所述填充劑得到的溫度加熱涂敷該膏的大粒徑低孔隙率區(qū)域的高熔點金屬多孔質(zhì)燒結(jié)體，在該高熔點金屬多孔質(zhì)燒結(jié)體上，形成小粒徑高孔隙率區(qū)域，其平均粒徑小于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑，其孔隙率大于該大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率，從而獲得多孔質(zhì)陰極部件的步驟；對該多孔質(zhì)陰極基體進行拋光處理，除去毛邊和污物的步驟；從該拋光處理的多孔質(zhì)陰極基體中除去所述填充材料的步驟；和在除去填充材料的該多孔質(zhì)陰極基體中浸漬電子發(fā)射物的步驟。
12.一種浸漬型陰極組件，其特征在于具有權(quán)利要求1至7中任一項所述的浸漬型陰極基體。
13.如權(quán)利要求12所述的浸漬型陰極組件，其特征在于，所述浸漬型陰極組件用于陰極射線管。
14.如權(quán)利要求13所述的用于陰極射線管的浸漬型陰極組件，其特征在于包括筒狀的陰極套筒；在該陰極套筒一端部的內(nèi)面固定的浸漬型陰極基體固定部件；在該浸漬型陰極基體固定部件中固定的如權(quán)利要求1至7中任一項所述的浸漬型陰極基體；在所述陰極套筒外側(cè)同軸配置的包圍該陰極套筒的筒狀托架；一端部固定在該陰極套筒的外側(cè)，另一端部固定在該筒狀托架內(nèi)側(cè)的多個搭接片；和在該陰極套筒內(nèi)側(cè)配置的燈絲。
15.如權(quán)利要求12所述的浸漬型陰極組件，其特征在于，所述浸漬型陰極組件用于速調(diào)管。
16.如權(quán)利要求15所述的用于速調(diào)管的浸漬型陰極組件，其特征在于包括至少如權(quán)利要求1至7中任一項所述的浸漬型陰極基體；支撐該浸漬型陰極基體的支撐筒；和內(nèi)裝在該支撐筒中，并埋入絕緣物的燈絲。
17.一種電子槍組件，其特征在于，具有配設(shè)權(quán)利要求12所述的浸漬型陰極組件的電子槍的電子槍組件。
18.如權(quán)利要求17所述的電子槍組件，其特征在于，所述電子槍組件用于陰極射線管。
19.如權(quán)利要求18所述的用于陰極射線管的電子槍組件，其特征在于包括如權(quán)利要求13所述的浸型陰極組件；與該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面同軸配置的多個柵電極；在多個柵電極前面，有同軸配置的會聚電極；和與所述電子槍組件連接的分壓電阻器。
20.如權(quán)利要求17所述的電子槍組件，其特征在于，所述電子槍組件用于速調(diào)管。
21.如權(quán)利要求20所述的用于速調(diào)管的電子槍組件，其特征在于包括如權(quán)利要求15所述的浸漬型陰極組件；和與該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面同軸配置的陽極部分。
22.一種電子管，其特征在于，具有如權(quán)利要求12至16中的任一項所述的組件。
23.如權(quán)利要求22所述的電子管，其特征在于，所述電子管是陰極射線管。
24.如權(quán)利要求23所述的用作陰極射線管的電子管，其特征在于包括帶有熒光屏的真空外殼；在與該真空外殼的熒光屏部分對置位置配置的如權(quán)利要求18所述的電子槍組件；和在所述熒光體層與電子槍組件之間配置的蔭罩。
25.如權(quán)利要求22所述的電子管，其特征在于，所述電子管是速調(diào)管。
26.如權(quán)利要求25所述的用作速調(diào)管的電子管，其特征在于包括如權(quán)利要求21所述的電子槍細件；與該電子槍組件的電子發(fā)射面同軸配置的多個共振空腔在漂移中連接的高頻作用部分和收集器部分；和在該高頻作用部分的外周部分配置的磁場發(fā)生裝置。
27.如權(quán)利要求22所述的電子管，其特征在于包括設(shè)有如權(quán)利要求12所述的浸漬型陰極組件的電子槍組件；放大在該浸漬型陰極組件電子發(fā)射面?zhèn)韧S配置的信號的慢波電路；和使電子束變細的收集器部分；它可用于行波管中。
28.如權(quán)利要求22所述的電子管，其特征在于包括設(shè)有如權(quán)利要求12所述的浸漬型陰極組件的電子槍組件；在該浸漬型陰極組件的電子發(fā)射面?zhèn)扰渲玫牡?直徑變小的錐狀電子束壓縮部分；與該錐狀電子束壓縮部分連接配置的空腔共振部分；與所述空腔共振部分連接配置的第2直徑變大的錐狀電磁波波導部分；捕捉電子束的收集器部分；和在所述共振空腔部分外周配置的磁場發(fā)生裝置；它可用于回旋管。
全文摘要
一種以浸漬電子發(fā)射物使用浸漬型陰極基體的浸漬型陰極組件,它包括:大粒徑低孔隙率區(qū)域;和小粒徑高孔隙率區(qū)域,其平均粒徑小于大粒徑低孔隙率區(qū)域的平均粒徑、其孔隙率大于大粒徑低孔隙率區(qū)域的孔隙率。
文檔編號H01J1/28GK1190488SQ96195427
公開日1998年8月12日 申請日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日
發(fā)明者宇田英一郎, 樋口敏春, 中村修, 小山生代美, 松本貞雄, 大內(nèi)義昭, 小林一雄, 須藤孝, 本間克久 申請人:株式會社東芝