專利名稱:浸漬陰極的制作方法
本發(fā)明涉及一種浸漬陰極。浸漬陰極一向被認(rèn)為是有可能長(zhǎng)時(shí)間保持高電子發(fā)射能力的陰極。但在具有高發(fā)射能力的反面，卻存在工作溫度高(約1050～1200℃)、電子發(fā)射材料鋇的蒸發(fā)大、加熱用的熱子承受不住長(zhǎng)時(shí)間使用等問題。
為了解決這個(gè)問題，提出了在電子發(fā)射面上敷鋨這類貴金屬的方案，這樣就有可能使工作溫度降低約150℃左右。但是，由于被敷金屬膜與基體材料相互擴(kuò)散的問題，特別是在敷鋨的情況下，由于氧化的問題，其效果不甚穩(wěn)定。
代替敷鋨這類金屬的敷膜方法，提出了浸漬陰極(Sc2O3混合基體浸漬陰極)方案，即用Sc2O3或含Sc的氧化物〔例如(Al，SC)2)O3〕和鎢等耐熱性金屬組成燒結(jié)材料的基體，然后向此基體內(nèi)浸入電子發(fā)射材料(日本專利公開昭58-154131)。
這種陰極比敷鋨陰極有可能達(dá)到更低的工作溫度。在此種陰極的電子發(fā)射面上可形成由Ba、Sc和O組成的具有低逸出功的單原子層，盡管有此特點(diǎn)但該單原子層由于任何原因一旦消失。就必須采用長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)崽幚淼葋硎乖搯卧訉釉偕２⑶?，也?huì)有再生不出來的情況，從壽命角度來看這是一個(gè)問題。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種浸漬陰極，它既可保持低溫工作的特點(diǎn)，又能易于補(bǔ)充和再生低逸出功單原子層。
本發(fā)明的其它目的是，在耐熱的多孔物質(zhì)基體內(nèi)浸入電子發(fā)射材料所制得的浸漬陰極中，在該多孔物質(zhì)基體的電子發(fā)射面上再敷上一薄層，此薄層由高熔點(diǎn)金屬和Sc(或Sc的氧化物)，或者由高熔點(diǎn)金屬和Sc及Sc的氧化物共同組成，這就是本發(fā)明浸漬陰極的特點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明浸漬陰極的一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖，圖2為本發(fā)明的陰極與過去的浸漬陰極的電子發(fā)射特性的比較圖。
對(duì)上述日本專利公開昭58-154131所述的陰極的電子發(fā)射面，用表面分析儀器來測(cè)定所存在的單原子層的元素組成，查明了在Sc2O3(或是ScOX)上吸附有Ba的成份?；谶@個(gè)結(jié)果，陰極的結(jié)構(gòu)希望把補(bǔ)充Ba的部分和補(bǔ)充Sc2O3的部分分開來，并將Ba的通道連接起來。
浸漬陰極的制法要點(diǎn)是把電子發(fā)射材料鋁酸鋇等浸入鎢多孔耐熱基體的孔隙部分。為了使鋁酸鋇熔融，通常在1700～1900℃左右的高溫下進(jìn)行浸漬。此時(shí)如果在鎢基體內(nèi)含有Sc2O3，則大部分電子發(fā)射材料就在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，并變化成為鈧酸鋇(Ba3Sc4O9)等，因此，未反應(yīng)的Sc2O3(或是ScOx)和Ba則在電子發(fā)射面上形成Ba、Sc和O組成的單原子層，在用這種陰極的攝象管和顯象管內(nèi)，若因放電等引起離子轟擊，則可能使這種單原子層消失。要使單原子層再生，就必須采用高溫長(zhǎng)時(shí)間的處理，其原因是，一旦形成了Ba3Sc4O9因其結(jié)合能高，蒸汽壓又低，要使Ba3Sc4O9產(chǎn)生分解反應(yīng)，并使分解后的產(chǎn)物向陰極表面擴(kuò)散、遷移，就要有高活化能的處理過程，因此，有必要想法使單原子層的形成不經(jīng)過生成Ba3Sc4O9的過程。
因此，本發(fā)明陰極的特點(diǎn)在于，予先制備好浸漬有電子發(fā)射材料的耐熱多孔質(zhì)基體，在該基體的電子發(fā)射面上形成高熔點(diǎn)金屬和Sc(或Sc的氧化物)組成的薄層。
作為耐熱多孔質(zhì)基體，可以照用以前的浸漬陰極所用的基體。也就是說，可用下列材料W、MC、Ir、Pt、Re等單質(zhì)或其合金，其孔隙率可為12～50%，較理想的為15～35%，最理想的為20～25%。另外，眾所周知，在多孔質(zhì)基體內(nèi)可添加zr、Hf、Ti、Cr、Hn、Al、Si等元素的一種或二種以上作為添加的激活劑。在本發(fā)明中也可采用添加有這類激活劑的基體。
薄層的厚度為10nm～1μm較為理想。可從高熔點(diǎn)金屬W、MO、Ir、OS、Re及Pt等中至少選出一種金屬來制作薄層。Sc和(或)Sc2O3的含量大概1-20%(重量百分比)較為理想，最好是5～15%(重量百分比)，若Sc或Sc2O3的含量較少，則工作溫度就不能降低。另外，因Sc2O3是電絕緣體，其含量過多也是不理想的。該薄層的孔隙度小于20%較為理想，小于10%就更理想了，薄層即使可用任何方法得到，通常是用真空濺射法來涂敷，還有粉末材料燒印法，凡利用燒結(jié)材料來涂敷的方法均可使用。
以下，用圖1來說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1為本發(fā)明浸漬陰極的剖面示意圖。圖中1是陰極材料片(φ1.4)，它由孔隙度為20～25%的多孔質(zhì)鎢基體2和孔隙3形成，并且多孔質(zhì)基體可用MO、Ir、Pt、Re等或它們的合金來制作?？紫?中浸入電子發(fā)射材料BaCo3、CaCo3、Al2O3，它們以克分子比為4∶1∶1的比例配合起來。另外，也可用別的克分子比的材料或添加有別的材料的電子發(fā)射材料，該陰極片裝于Ta杯④中，然后Ta杯4用激光焊接在Ta套筒5內(nèi)。若不用激光焊接，則可用焊料焊接，陰極由熱子7來加熱，熱子7是敷氧化鋁的鎢芯絲6。上述的電子發(fā)射材料作為Ba的補(bǔ)給源，Ba的補(bǔ)給量與加熱溫度有關(guān)，也可通過改變電子發(fā)射材料的克分子比，還可通過基體材料中含有的Zr、Hf、Ti、Cr、Mn、Si、Al等激活劑來調(diào)節(jié)，Sc2O3的補(bǔ)給源是由厚度為10nm～1μm的鎢和Sc2O3組成的薄膜8。該薄膜是用高頻濺射法涂敷而成的。也可用MO、Re、Pt、Zr、Ta等金屬或它們的合金來代替鎢。
在用這樣的陰極構(gòu)成的陰極-陽極二極管方式中，在陽極上加入脈寬為5μS、重復(fù)頻率為100HZ的高壓脈沖，并測(cè)出了飽和電流密度，其結(jié)果如圖2所示。
圖有9是根據(jù)本發(fā)明敷有鎢和Sc2O3薄膜的陰極的特性。過去的Sc2O3混合基體浸漬陰極的特性與本發(fā)明的特性9是一致的。但是，若在Ar環(huán)境氣壓約5×10-5托下，以25ma的發(fā)射電流進(jìn)行Ar離子濺射5分鐘，則Ba、Sc和O組成的單原子層就會(huì)被除去，其特性成為特性10，相反，本發(fā)明的陰極雖經(jīng)Ar離子濺射，但未出現(xiàn)電子發(fā)射特性的惡化現(xiàn)象。
按照本發(fā)明，即使由于任何原因，Ba、Sc和O組成的單原子層也消失了，但因工作中這些元素可以得到補(bǔ)充，所以完全不會(huì)出現(xiàn)發(fā)射特性下降的現(xiàn)象。此外，即使特性萬一有下降，利用1150℃，15～30分鐘左右的熱處理也可以形成完全的單原子層，從而可保持長(zhǎng)壽命、低溫工作的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.在耐熱多孔質(zhì)基體內(nèi)浸入電子發(fā)射材料的浸漬陰極，其特征在于，在此多孔質(zhì)基體的電子發(fā)射面上敷以薄層。此薄層由高熔點(diǎn)金屬和Sc(或Sc的氧化物)，或者由高熔點(diǎn)金屬和Sc及Sc的氧化物共同組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浸漬陰極，其上述薄層的厚度為10nm～1μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浸漬陰極，其上述薄層中，Sc和Sc的氧化物的含量為1～20%(重量百分比)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的浸漬陰極，其上述的高熔點(diǎn)金屬可從W、Mo、Ir、OS、Re及Pt等金屬中至少選出一種。
專利摘要
在耐熱多孔質(zhì)基體內(nèi)浸入電子發(fā)射材料的浸漬陰極，在此多孔質(zhì)基體的電子發(fā)射面上敷以薄層。此薄層由高熔點(diǎn)金屬和Sc(或Sc的氧化物)或者由高熔點(diǎn)金屬與Sc及Sc的氧化物共同組成，該種浸漬陰極的特點(diǎn)就在于此。由于預(yù)先在基體內(nèi)浸入電子發(fā)射材料，再加上形成了含Sc或Sc的氧化物的薄層，所以，由Ba、Sc和O組成的單原子層在電子發(fā)射面上就得以長(zhǎng)壽命地存在下來。
文檔編號(hào)H01J1/13GK85104881SQ85104881
公開日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1985年6月26日
發(fā)明者山本惠彥, 田口貞憲, 會(huì)田敏之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan