專利名稱:旁熱式陰極的制造方法
本發(fā)明涉及用作諸如陰極射線管之類的電子管上的旁熱式陰極的制造方法。就用于電視機(jī)顯象管和信息處理設(shè)備上的顯示管之類的陰極射線管的旁熱式陰極來(lái)說(shuō)，由于借助盡可能提高陰極溫度的熱電子發(fā)射，人們希望減少?gòu)拈_(kāi)關(guān)接通到圖象出現(xiàn)在顯示屏上所需時(shí)間。
在諸如日本專利公報(bào)51-50564中所說(shuō)明的那類旁熱式陰極情況下，陰極具有這樣一種結(jié)構(gòu)一個(gè)粘有熱電子發(fā)射材料的蓋，罩在陰極套筒的頂部，而燈絲被插入陰極套筒的內(nèi)部，以便通過(guò)加熱燈絲去加熱熱電子發(fā)射材料。就上述類型的旁熱式陰極來(lái)說(shuō)，可通過(guò)在套筒的內(nèi)、外表面上涂敷黑色涂層來(lái)減少熱電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間。
然而，當(dāng)陰極套筒的內(nèi)外表面敷以黑色涂層時(shí)，增強(qiáng)了來(lái)自陰極套筒外表面的熱輻射，從而導(dǎo)致陰極管的電源消耗也增大。由陰極系統(tǒng)的電源消耗增加引起電子管的溫度上升，繼而導(dǎo)致各電極的熱變形，由于各電極部分的溫度增高而出現(xiàn)的雜散輻射以及整個(gè)電子管的綜合性能變壞。
為了在減少電源消耗的同時(shí)，消除上述電子管中溫度升高的不利影響而均不在陰極套筒的內(nèi)、外表面敷以黑色涂層時(shí)，將得到這樣的效果降低了陰極套筒內(nèi)表面有效地吸收燈絲輻射的熱量結(jié)果增加了熱電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間。
因此，為獲得電源消耗小而熱電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間短的旁熱式陰極，應(yīng)只對(duì)陰極套筒的內(nèi)表面(靠燈絲側(cè))涂以黑色涂層。
作為應(yīng)用所述技術(shù)于電子管的一個(gè)例子-日本專利公報(bào)53-145464中揭示了一種可通過(guò)采用雙陰極套筒實(shí)現(xiàn)低功率消耗旁熱式陰極的技術(shù)，但這一技術(shù)的缺點(diǎn)在于元件數(shù)及工藝過(guò)程中的裝配件數(shù)增加了，這不僅使陰極套筒本身的熱容量增加，其結(jié)果也增加了熱電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間，而且提高了生產(chǎn)成本。作為只給陰極套筒的內(nèi)表面提供黑色涂層而不用雙陰極套筒結(jié)構(gòu)的一種方法，可采用先通過(guò)普通工藝(例如用濕氫熱處理法-the method by the heat treatment in the neet hydrogen)對(duì)陰極套筒的內(nèi)、外表面均敷以黑色涂層，然后經(jīng)筒體精加工將其外表面上的黑色涂層除去，但此法的缺點(diǎn)是在筒體精加工過(guò)程中，有可能使套筒變形，而這種影響是不利于制造過(guò)程中的質(zhì)量控制的。還有，如日本專利公報(bào)48-66968中所提出的另一種方法以將鎢粉涂敷在陰極套筒的內(nèi)、外表面上為特色，以便于熱的吸收，但此法存在以下一系列問(wèn)題所述方法要求為在還原氣氛中燃燒已干的鎢懸浮涂層的工藝過(guò)程，而這就對(duì)生產(chǎn)效率來(lái)說(shuō)是個(gè)不利因素，再者，如前所述，陰極套筒的內(nèi)外表面上均有黑色涂層時(shí)，不僅使功率消耗增大而且出現(xiàn)的雜散發(fā)射導(dǎo)致電子管的特性變壞。此外，在所述的日本專利公報(bào)中所提出的所述方法中，鎢和氧化鋁的混合物是借助濺射涂敷的，而該涂層是在某種還原氣氛下燃燒而形成黑色涂層的，因此，這種黑色涂層有可能由于所述黑色涂層同插入在陰極套筒內(nèi)的并經(jīng)反復(fù)通斷作用而產(chǎn)生熱應(yīng)變的燈絲接觸而剝離。除上述問(wèn)題以外，用這種方法制造電子管還有如下問(wèn)題由于該黑色涂層厚達(dá)若干微米(μm)以上致使電子管具有大的熱容量，結(jié)果延長(zhǎng)了發(fā)射預(yù)熱時(shí)間，而且由于減小了陰極套筒的內(nèi)徑勢(shì)必需要減小要插入陰極套筒的燈絲的尺寸，致使不得不降低設(shè)計(jì)容差。
本發(fā)明是在考慮到上述種種情況下完成的，本發(fā)明旨在提供這樣一種旁熱式陰極制造法-它消除了傳統(tǒng)制造法的各種問(wèn)題，并具有低功率消耗和較短的熱電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特色在于陰極套筒由含有諸如鉻(C)之類還原材料的材料制成，具有將諸如氧化鎢等氧化物涂敷在陰極套筒內(nèi)表面上的工藝過(guò)程-以便通過(guò)還原所述的氧化物而增強(qiáng)這種表面的發(fā)射率，以及通過(guò)所述還原材料還原所述氧化物的工藝。
本發(fā)明的發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)只對(duì)陰極套筒的內(nèi)表面，通過(guò)人工使金屬和氧化物相結(jié)合是能提高其發(fā)射率(例如，吸收活性)的，-這種結(jié)合由于陰極套筒的溫度升高以及諸如氧化和還原之類的化學(xué)反應(yīng)的迅速進(jìn)行而具有大的熱發(fā)射率。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于產(chǎn)生這樣一種金屬和氧化物的薄層方法借助于包含在陰極套筒材料中的還原材料，還原涂敷在陰極套筒內(nèi)表面上的金屬氧化物而使該薄層的機(jī)械和熱性能均穩(wěn)定。
現(xiàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖圖1是作為采用本發(fā)明方法制造的旁熱式陰極而以陰極射線管為例的一個(gè)橫截面圖。
圖2是作為運(yùn)用本發(fā)明方法制成的旁熱式陰極例子的主要部件的橫截面圖。
圖3是為說(shuō)明本發(fā)明的旁熱式陰極制造法的橫截面圖。
現(xiàn)使用附圖，對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明如下圖1是作為采用本發(fā)明方法制成的旁熱式陰極一例的彩色顯象管的主體部分的橫截面圖。該圖示出了電子管1，面板2，熒光屏3，陰罩4，電子槍5和旁熱式陰極6-其中的一個(gè)陰極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示于圖2中，而三個(gè)這樣的旁熱式陰極6排成一行構(gòu)成電子槍的一部分。
圖2是作為用本發(fā)明的方法制造的旁熱式陰極例子的主體部分的橫截面圖，該圖示出了旁熱式陰極6的基本結(jié)構(gòu)蓋6b的頂部復(fù)以電子發(fā)射材料6a，陰極套筒6c，在陰極6c的內(nèi)表面上形成厚度小于105
的黑色涂層6d，和圓盤(pán)6e，而且蓋6b固定在所述陰極套筒6c的一端，而圓盤(pán)6e固定到所述陰極套6c的另一端。燈絲7置于所述旁熱式陰極6中，以便通過(guò)加熱所述燈絲7而獲得理想的熱電子。
圖3是為解釋本發(fā)明制造旁熱式陰極的方法的圖。就此法而論，陰極裝配體示于圖2-但不包括燈絲7，黑色鍍層6d和電子-發(fā)射材料6a被連到夾具17，并置于一個(gè)鐘罩內(nèi)，由蒸發(fā)源18進(jìn)行諸如鎢、銀、鈦和錳等類金屬的濺射，以便至少在陰極套筒6c的內(nèi)表面上形成所述金屬氧化物的真空蒸發(fā)膜19。在得到真空蒸發(fā)膜19以后，將帶有真空蒸發(fā)膜19的陰極裝配體16從夾具17中取出，并經(jīng)陰極組件或電子管的制造工藝中的真空熱處理，使真空蒸發(fā)膜19變成黑色涂層6d。
以外，無(wú)需說(shuō)，本發(fā)明的制造方法也能用于生產(chǎn)已知結(jié)構(gòu)的旁熱式陰極-具有與陰極套筒相同材料制成的蓋，以及蓋與套筒制成一體的結(jié)構(gòu)。在此情況下，蓋部分也包含有還原材料。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例說(shuō)明如下。
(例1)陰極裝配體是由以下部分裝配而成一個(gè)由包含大約20%重量的鉻和必要時(shí)加一些鐵(稱之謂鎳鉻合金)的鎳-鉻或鎳-鉻-鐵合金制成的陰極套筒，一個(gè)蓋和一個(gè)圓盤(pán)-這兩部分連到套筒。所述陰極裝配體被連到夾具，并置于一個(gè)鐘罩內(nèi)，以便靠蒸發(fā)法獲得沉積在陰極套筒的內(nèi)壁表面上的金屬氧化物薄膜。就鐘罩來(lái)說(shuō)，由于其內(nèi)的氣體的平均自由程是滿足適當(dāng)小于套筒內(nèi)徑這一要求的，故用于在10-1～1mmHg高的Ar氣氣氛下，通過(guò)蒸發(fā)法進(jìn)行薄膜沉積是理想的。至于氣氛，可用氧氣來(lái)替代氬。氧化鎢用作要借助蒸發(fā)法沉積的蒸發(fā)源。氧化鎢的沉積可通過(guò)通常的已知方法來(lái)完成。舉例來(lái)說(shuō)將磨成粉狀的氧化鎢(例如，平均粒子大小約50μm)投入一個(gè)鎂氧坩堝，通過(guò)電阻絲加熱或高頻感應(yīng)加熱而被加熱至1400至1500℃，以使氧化鎢在鐘罩內(nèi)蒸發(fā)，從而使被蒸發(fā)的氧化鎢可不斷地沖擊氬氣而沉積在陰極套筒的內(nèi)表面上。該涂敷層的厚度應(yīng)是103到105 。在此沉積和工藝過(guò)程中，必須防止氧化鎢沉積在要涂復(fù)電子發(fā)射材料的蓋的頂部表面上，因?yàn)槿粞趸u沉積在所述表面上就會(huì)同電子發(fā)射材料起反應(yīng)而可能引起電子發(fā)射材料從所述頂部表面剝落-而這是必須防止的。
然后，用蒸發(fā)法涂復(fù)了薄膜的陰極裝配體被取出鐘罩，而采用一般方法，讓所述裝配體經(jīng)受將電子發(fā)射材料沉積在頂部表面的工藝過(guò)程，及繼而經(jīng)歷進(jìn)一步處理的工藝過(guò)程，然后靠通常方法將所述陰極裝配體插入陰極射線管。接著，在陰極射線管制造工藝的老化和激活工藝階段，包含在陰極套筒內(nèi)的鉻和借助于蒸發(fā)法沉積在陰極套筒內(nèi)表面上的氧化鎢薄膜，以通過(guò)下列化學(xué)反應(yīng)式所表示的方式，彼此反應(yīng)而在陰極套筒的內(nèi)表面上形成黑色薄層。
Cr+WOx→CrOx+W這個(gè)過(guò)程發(fā)生在真空中，因此氧和鉻之間的原子比例至多為3，其反應(yīng)進(jìn)程如上述所示。結(jié)果，在陰極套筒的內(nèi)表面上產(chǎn)生的氧化鉻呈現(xiàn)褐色，而金屬鎢呈黑色，從而提高了發(fā)射效率。
(實(shí)施例2)在本實(shí)施例中，在陰極套筒的內(nèi)表面上通過(guò)采用與實(shí)例1中的相同方法沉積有氧化鎢薄膜(103至105 厚度)的陰極組件被放入鐘罩內(nèi)，并在該鐘罩內(nèi)部真空達(dá)10-3mm汞或更低壓力以后，加熱至1000℃并持續(xù)5分鐘，以在此真空條件下，產(chǎn)生陰極套筒內(nèi)表面上的黑色薄膜。
然后，所述陰極組件經(jīng)歷為沉積電子發(fā)射材料的工藝過(guò)程，再通過(guò)常規(guī)方法將它裝入陰極射線管。結(jié)果，已證實(shí)，此種陰極射線管所提供的性能與采用實(shí)施例1的方法所獲得的性能一樣好。
在實(shí)施例3中，燈絲暗段-稱之謂暗燈絲(例如，日本專利公報(bào)39-3864中所定義)的鎢粒子及其具有黑色表面的絕緣層被置于400℃空氣中預(yù)熱以便氧化。該燈絲是與陰極組件結(jié)合在一起的，該陰極組件具有類似于實(shí)施例1中所限定的結(jié)構(gòu)，只是不具有沉積在陰極套筒內(nèi)表面上的氧化鎢薄膜，然后將燈絲和陰極組件一起裝入陰極射線管。在陰極射線管的通常的老化和激活工藝過(guò)程中，所述氧化鎢的一部分將濺射到陰極套筒的內(nèi)表面上。然后，進(jìn)行類似于例1所述方式的化學(xué)反應(yīng)，以在陰極套筒的內(nèi)表面上形成黑色薄膜。
在作為類似氧化鎢場(chǎng)合的方法中可用諸如銀、鈦和錳來(lái)替代。以同樣的方式，鉬也能用來(lái)代替鉻。
正如前面已說(shuō)明的那樣，在根據(jù)本發(fā)明制造旁熱式陰極的方法中，可通過(guò)真空氣氛下的濺射，只在陰極套筒的內(nèi)表面上形成金屬氧化物的真空蒸發(fā)膜，從而獲得極高的工作效率，這層薄膜可擇優(yōu)地只沉積在所述內(nèi)表面上，而所述涂層的變黑可在陰極組件或電子管的制造工藝過(guò)程中，通過(guò)涂層與陰極套筒成分之間的反應(yīng)而容易地實(shí)現(xiàn)，這樣形成的黑色涂層非常牢固地粘貼在陰極套筒的內(nèi)表面上，因此不用擔(dān)心涂層剝落或與所述內(nèi)表面層離。此外，就所述方法而言，黑色涂層的厚度可做到等于或小于105 ，從而可避免陰極套筒的內(nèi)徑變成太小，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也可取足夠的容限。再者，僅在陰極套筒的內(nèi)表面上擇優(yōu)地形成黑色涂層，使電子發(fā)射所需的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間減小了0.5秒以上，同時(shí)與常規(guī)方法相比并沒(méi)增加功率消耗，而蓋的頂部表面可免于沉積氧化金屬，從而防止了電子-發(fā)射材料的剝離或脫落。此外，同涂復(fù)有黑色薄膜的所述表面相比，陰極套筒的金屬閃亮外表面輻射較少的熱，而這能使電了管內(nèi)的溫度升高受到抑制，并防止了電極的熱變形和雜散發(fā)射的出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.旁熱式陰極的制造方法，該陰極包括一個(gè)含有還原材料的陰極套筒，一個(gè)蓋--其頂部表面復(fù)以電子-發(fā)射材料，此蓋被固定到所述套筒的一端，以覆蓋所述端，其特征在于此方法包括以下步驟--在所述陰極套筒的內(nèi)表面上形成金屬氧化物薄膜；及--通過(guò)所述還原材料還原所述金屬氧化物薄膜的加熱步驟。
2.由權(quán)利要求
1限定的旁熱式陰極的制造方法，其特征在于所述還原材料是鉻。
3.由權(quán)利要求
1限定的旁熱式陰極的制造方法，其特征在于所述金屬氧化物是氧化鎢。
4.由權(quán)利要求
2限定的旁熱式陰極的制造方法，其特征在于所述金屬氧化物是氧化鎢。
5.權(quán)利要求
1所限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述金屬氧化物的薄膜厚度為103至105 。
6.由權(quán)利要求
1所限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述加熱步驟是制造電子管的加熱工藝過(guò)程。
7.旁熱式陰極的制造方法，該陰極包括一個(gè)含有還原材料的陰極套筒和一個(gè)蓋-其頂部表面復(fù)以電子-發(fā)射材料，并由同所述套筒相同的材料制成，與所述套筒制成一體，其特征在于此法包括-在所述陰極套筒的內(nèi)表面上形成金屬氧化物薄膜的步驟;及-通過(guò)所述還原材料，還原所述金屬氧化物薄層的加熱步驟。
8.由權(quán)利要求
7限定的旁熱式陰極制造法，其特征在于所述還原材料是鉻。
9.由權(quán)利要求
7限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述金屬氧化物是氧化鎢。
10.由權(quán)利要求
8所限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述金屬氧化物是氧化鎢。
11.由權(quán)利要求
7所限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述金屬氧化物的薄膜厚度為103至105 。
12.由權(quán)利要求
7所限定的旁熱式陰極的制造法，其特征在于所述加熱步驟是制造電子管的加熱工藝。
專利摘要
本發(fā)明涉及旁熱式陰極的制造方法。此法包括通過(guò)還原金屬氧化物薄膜，在陰極套筒的內(nèi)表面上形成黑色薄膜的工藝——而金屬氧化物薄膜已事先通過(guò)加熱而形成在含有還原材料的陰極套筒的所述內(nèi)表面上。由此法制成的旁熱式陰極同用常規(guī)方法制成的陰極相比具有較短的電子發(fā)射的發(fā)射預(yù)熱時(shí)間和較低的功率消耗。
文檔編號(hào)H01J1/20GK86101824SQ86101824
公開(kāi)日1986年10月15日 申請(qǐng)日期1986年3月18日
發(fā)明者小泉幸生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan