ДИСПЕНСЕРНЫЙ КАТОД Российский патент 1995 года по МПК H01J1/14 H01J1/28 

Изобретение относится к диспенсерным катодам, а точнее к диспенсерному катоду с полостью, в котором время активированной приработки существенно сокращено.

Диспенсерный катод с резервуаром может содержать материал для эмиссии электронов, изготовленный посредством прессования в пресс-форме вольфрама и алюмината бария, кальция, пористое металлическое базовое тело (основа), расположенное в верхней части материала для эмиссии электронов и выполненное с диффузионной полостью для диффузии Ва, контейнер, хранящий материал для эмиссии электронов, и втулку, удерживающую и фиксирующую контейнер и охватывающую нагреватель.

К пористому металлическому базовому телу и материалу для эмиссии электронов могут быть добавлены некоторые присадки на основе упомянутой базовой конструкции или материала с тем, чтобы снизить рабочую температуру катода или увеличить плотность тока. Например, в пористое металлическое базовое тело может проникать приемлемое количество Ir, Os, Ru, Re и т.д. Этот диспенсерный катод с резервуаром не требует больших затрат на изготовление и имеет плотность тока выше 10 А/см².

Однако упомянутый диспенсерный катод с резервуаром может иметь недостаток, заключающийся в том, что время, требуемое для активации приработки, т. е. время, требуемое для создания моноатомного слоя на внутренней стенке и поверхности полости пористого металлического базового тела, приблизительно составляет 10-30 ч, при этом уменьшается производительность. Причина, по которой время, требуемое для активации, увеличивается, заключается в том, что диффузия Ва от материала для эмиссии электронов происходит постепенно через полость пористого металлического базового тела, расположенного на материале для эмиссии электронов и в итоге он достигает поверхности этого тела. Точнее, когда диффузионный Ва, создаваемый термической энергией от нагревателя, проходит через полость и моноатомный слой постепенно образуется на поверхности пористого металлического базового тела, этот моноатомный слой не образуется на поверхности пористого металлического базового тела до тех пор, пока на внутренней стенке полости в достаточной степени не будет образован слой Ва (т.е. до тех пор, пока его концентрация не достигает насыщения).

Для решения этих проблем имеется способ повышения создаваемого количества Ва. Однако при таком способе должно увеличиваться количество тепла, создаваемое нагревателем, а следовательно, может быть уменьшена долговечность нагревателя и может испаряться избыточное количество Ва. Поэтому долговечность самого катода, т.е. время, в течение которого он в состоянии сохранять термическую электронную эмиссию, может быть сокращено. Далее, если испарившийся Ва, который не способствует образованию моноатомного слоя, крепится в части периферии катода, это может привести к снижению производительности и ухудшению самой продукции.

Цель изобретения заключается в создании диспенсерного катода, который сохраняет эмиссию электронов за более продолжительный период и существенно сокращает время активации.

Для этого диспенсерный катод содержит эмиссионноактивный материал и пористое металлическое базовое тело, при этом упомянутый материал содержит BaAl₄ и Ni в молярном отношении 1:4 в количестве 5-30 мас.

На фиг. 1 представлен вид в поперечном сечении одного из примеров диспенсерного катода с резервуаром; на фиг. 2 вырыв в поперечном сечении пористого металлического тела, расположенного на верхней части эмиссионноактивного материала диспенсерного катода с резервуаром согласно фиг. 1, в котором моноатомные слои не образуются на внутренней стенке полости пористого металлического тела и на его поверхности; на фиг. 3 то же, в котором моноатомные слои образуются на внутренней стенке пористого металлического тела и на его поверхности; на фиг. 4 сравнительная диаграмма плотности тока от времени и температуры, когда осуществляется активационная приработка диспенсерного катода согласно фиг. 1 и обычного диспенсерного катода.

Диспенсерный катод (фиг. 1) содержит эмиссионноактивный материал 1, хранящийся в резервуаре 2, пористое вольфрамовое тело 3, расположенное на верхней части материала 1, и втулку 4, удерживающую и фиксирующую их и охватывающую нагреватель 5.

Материал 1, обеспечивающий эмиссию электронов, готовится посредством перемешивания бариевого, кальциевого алюмината с порошком BaAl₄, порошком Ni и порошком N и последующего прессования смеси для получения заданной формы, при этом количество упомянутого порошка BaAl₄ + Ni предпочтительно составляет 5-30 мас. причем в пределах этого диапазона свойство материала 1 не изменяется. Однако, если количество упомянутого порошка BaAl₄ + Ni cоставляет более 30 мас. характеристика катода понижается, поскольку реакция образования Ва внезапно происходит в начале активации и расплавленный материал образуется посредством повышения температуры, вызываемого теплом реакции.

Алюминат бария, кальция готовится перемешиванием порошка BaCO₃, CaCO₃ и Al₂CO₃ и молярным соотношением 4:1:1 и его спеканием. При таком соотношении перемешивания смесь металлического порошка формируется в резервуаре 2 в материал для эмиссии электронов посредством использования прессующей матрицы.

Пористое металлическое тело 3, расположенное в верхней части эмиссионноактивного материала 1, изготавливается прессованием в форме и спеканием теплостойкого металлического порошка, такого как вольфрам, после чего оно жестко крепится к резервуару 2 посредством сварки.

Образованный при этом материал для эмиссии электронов включает в себя BaAl₄ и порошок Ni, так что он посредством активационной приработки может быстро создавать моноатомный слой.

На фиг. 2 представлено пористое металлическое базовое тело до активационной приработки, при этом полость 3а пористого металлического базового тела сохраняет свое первоначальное состояние, образованное в процессе изготовления.

На фиг. 3 представлено пористое металлическое тело после активационной приработки, в котором слой Ва образован во внутренней стенке полости 3а, а моноатомный слой 6, содержащий Ва W О, образован на его поверхности.

Точнее, BaAl₄ и Ni, входящие в эмиссионноактивный материал, в течение этой активационной приработки вступают в реакцию при температуре порядка 700^оС и создают испаряемые Ва и 4AlNi. Реакция алюмината бария, кальция и вольфрама, который является восстанавливающим агентом, посредством тепловой энергии, создаваемой нагревателем, а также реакция BaAl₄ и Ni создают испаряющийся Ва. При этом формула химической реакции такова:
BaAl₄ + 4Ni 4AlNi + Ba.

Следовательно, слой 6а Ва образуется посредством достаточного испарения Ва через полость 3а пористого металлического тела 3, а моноатомный слой 6 образуется испарением Ва к поверхности пористого металлического тела 3.

Как видно из фиг. 4, время активационной приработки обычного диспенсерного катода, которое требуется для достижения плотности тока приблизительно порядка 2,4 А/см², составляет 10 ч, а для представленного варианта осуществления изобретения 2 ч.

Предлагаемый катод может иметь укороченное время приработки посредством ускоряющей функции BaAl₄ и Ni в отношении активационной приработки, при этом продуктивность катода за 1 ч увеличивается, а также повышается его долговечность благодаря повышению выработки Ва.

Использование: электронные приборы. Сущность изобретения: диспенсерный катод содержит материала для эмиссии электронов, содержащий BaAl₄ и Ni, пористое металлическое тело и втулку. Время активационной приработки диспенсерного катода значительно сокращается по сравнению с обычными диспенсерными катодами и поэтому производительность может быть увеличена. 4 ил.

ДИСПЕНСЕРНЫЙ КАТОД, содержащий резервуар с эмиссионно-активным материалом, размещенным во втулке, в верхней части которого расположено пористое металлическое тело, отличающийся тем, что эмиссионно активный материал содержит BaAl₄ и никель в молярном соотношении 1 4 в количестве 5 30 мас.