ДИСПЕНСЕРНЫЙ КАТОД Российский патент 1995 года по МПК H01J1/20 

Изобретение касается диспенсерного катода для использования в электронной трубке, такой как электронно-лучевая, в частности усовершенствованного диспенсерного катода, который имеет высокую плотность тока и большой срок службы при работе с низкой температурой.

В последнее время электронные трубки, такие как проекционная трубка, телевидение высокой четкости и проекционное телевидение, становятся больше, поэтому требуется, чтобы новый тип катодов был приспособлен к такой электронной трубке. Катоды, удовлетворяющие этому требованию, должны включать диспенсерный катод, имеющий более высокую плотность тока, чем оксидный катод, и больший срок службы. Диспенсерные катоды делятся на пропитанный тип и тип с полым резервуаром. Однако эти диспенсерные катоды имеют рабочую температуру от 900 до 1100^оС, которая приблизительно на 200^оС выше, чем у обычных оксидных катодов. Такая высокая рабочая температура требует приспособить к катоду нагреватель, имеющий большой калориметр, так что катод сам и другие части, соседствующие с ним, должны быть сделаны из теплостойкого материала. Более высокая рабочая температура увеличивает количество Ва (или ВаО), испаряемого с катода. Так как испаренный Ва прилипает к соседствующим частям, особенно к управляющей сетке, примыкающей к катоду, то вторичная эмиссия, так называемая сеточная эмиссия, возбуждается, повреждая катод. Катод, исправляющий дефект, который вызывается более высокой рабочей температурой этого катода, включает диспенсерный катод М-типа (см. патент США N 3373307) и насыщенный катод Sc-типа (см. патент США N 4737639).

Диспенсерный катод М-типа содержит основное тело из пористого вольфрама, покрытое элементом платиновой группы, таким как Os, Ir, Re, Ru, имеющим работу выхода, более высокую, чем работа выхода вольфрама, в котором концентрация Ва на катодной поверхности увеличивается благодаря материалу, нанесенному на поверхность основного тела из вольфрама, при этом снижая работу выхода.

В диспенсерном катоде Sc-типа слой, содержащий Sc наносится на поверхность пористого основного тела для того, чтобы снизить рабочую температуру. Однако эти диспенсерные катоды имеют рабочую температуру приблизительно на 100-200^оС выше, чем обычные оксидные катоды. Следовательно, имеются проблемы выбора материала короткого срока службы при испарении материала термоэлектронной эмиссии и большого времени на старение.

Цель изобретения обеспечить диспенсерный катод, который может действовать при низкой температуре, чтобы продлить срок службы и надежность испускания постоянных термоэлектронов.

Для этого предлагаемый диспенсерный катод содержит материал электронной эмиссии, пористое основное тело, содержащее вольфрам, и резервуар для хранения пористого основного тела, включающего TiO₂ и/или ZrO₂. Верхняя поверхность пористого основного тела покрыта тонкопленочным металлическим слоем, изготовленным по крайней мере из одного элемента, выбранного из группы, состоящей из Os, Ir, Re, Ru.

Изобретение позволяет снизить работу выхода при TiO₂ или ZrO₂, содержащейся в указанном пористом основном теле, и таким образом может применяться как к катоду насыщенного типа, так и к катоду типа с резервуаром. Предлагаемый диспенсерный катод, в котором покрывающий слой, сделанный из элемента указанной платиновой группы, формируется на поверхности пористого основного тела, имеет высокую плотность тока при рабочей температуре, несколько большей, чем температура у оксидных катодов.

На фиг. 1 изображен вариант осуществления предлагаемого диспенсерного катода, поперечное сечение; на фиг.2 другой вариант осуществления предлагаемого диспенсерного катода, поперечное сечение.

П р и м е р 1. Предлагаемый диспенсерный катод насыщенного типа (см. фиг. 1) имеет резервуар 1, пористое вольфрамовое тело 2, пропитанное эмиссионно-активным материалом 3, на поверхности которого формируется тонкопленочный слой металла 4, и держатель 5, поддерживающий и фиксирующий указанный резервуар 1 и подогреватель 6 в ней. Тонкопленочный слой металла 4 изготавливается по крайней мере из одного элемента, выбранного из платиновой группы, состоящей из Os, Ir, Re, Ru.

Предлагаемый диспенсерный катод изготавливается следующим образом.

Смешивается чистый вольфрамовый порошок, имеющий частицы диаметра 3-8 мкм, и TiO₂ в количестве, эквивалентном 10-50% по весу чистого вольфрамового порошка. Смешанный порошок затем формируется прессом в пруток определенной длины обычным способом, который затем спекается при температуре от 1500 до 2000^оС в вакууме или в атмосфере водорода, чтобы приготовить отвержденное тело, имеющее пористость от 15 до 40% Разность точек плавления между W и TiO₂ большая, и температура их спекания большая, так что добавляются следы никеля в качестве помогающей спеканию присадки. Спеченное тело на этой операции разрезается на заданные размеры, чтобы приготовить блочное пористое тело. Эмиссионно-активный материал внедряется в указанное пористое тело обычным способом, и металл, выбранный из элементов платиновой группы, наносится на поверхность пористого вольфрамового тела.

В предлагаемом диспенсерном катоде свободный Ва (или ВаО), получаемый в реакции восстановления эмиссионно-активного материала с вольфрамом, диффундирует в поверхность покрывающего слоя, сделанного из элемента платиновой группы, молекула (такая как BaTiO₃), имеющая стабильную структуру, образуется из ВаО и TiO₂, содержащимися в пористом основном теле. Следовательно, связующая сила Ва или ВаО, диффундированных в поверхность покрывающего слоя, при помощи указанной молекулы возрастает, поэтому их концентрация значительно увеличивается по сравнению с концентрацией обычного катода. Итак, термоэлектрон высвобождается даже при низкой температуре.

Предлагаемый катод насыщенного типа был подвергнут искусственному старению в течение 1 ч. Затем измерялась плотного его тока, которая при рабочей температуре 750-800^оС больше 5 А/cм², требующейся для катода.

П р и м е р 2. Предлагаемый диспенсерный катод с полостью (см. фиг.2) имеет резервуар 1, гильзу 5, поддерживающую и фиксирующую указанный резервуар 1 и вложенный подогреватель 6, пресс-форму 7, сделанную из барий-кальциевого алюмината в качестве эмиссионно-активного материала и W (содержащуюся в резервуаре 1), и пористое тело 8, сделанное из TiO₂ и вольфрама, помещенных в пресс-форму 7.

Способ изготовления пористого тела такой же, как в примере 1, за исключением того, что материал катода не внедряется в пористое тело. Поверхность пористого тела 8 покрывается слоем, сделанным из элемента платиновой группы.

Диспенсерный катод с полостью имеет такой же эффект, что и катод, указанный в примере 1.

Когда свободный Ва (или ВаО) производится из указанного материала катода, нагреваемого подогревателем, и диффундирует в поверхность покрывающего слоя 4, концентрация Ва (или ВаО) на поверхности покрывающего слоя возрастает и работа выхода снижается по тому же самому принципу действия, что в примере 1. Следовательно, получается такая же электронная эмиссионная способность, что и в примере 1.

Согласно экспериментам катод примера 2 активизируется в течение более короткого времени по сравнению с обычным диспенсерным катодом. Диспенсерный катод с полостью, получаемой в примере 2, и насыщенный диспенсерный катод, получаемый в примере 1, оказались подобными по рабочей температуре или по плотности тока. Однако благодаря разнице в конструкции время активаций катода по примеру 1 было больше на 1,0-1,5 ч, чем катода по примеру 2.

Предлагаемый диспенсерный катод приготавливается при использовании W и TiO₂ в качестве принципиального ингредиента пористого основного тела, в котором TiO₂ может быть заменена ZrO₂ в том же процентном отношении по весу, реализуя подобную эксплуатационную характеристику.

Следовательно, отличаясь от обычного диспенсерного катода, имеющего плотность тока приблизительно 4 А/см² при температуре от 950 до 1200^оС, предлагаемый диспенсерный катод имеет плотность тока 5 А/cм² при рабочей температуре от 750 до 850^оС, которая немного выше, чем температура обычного оксидного катода. В предлагаемом диспенсерном катоде термическая деформация катодных составляющих значительно уменьшается, так рабочая температура низка, и срок службы удлиняется, поскольку теплотворная способность нагревателя убывает.

Как описано выше, предлагаемый диспенсерный катод, содержит основное тело из пористого металла с высокой точкой плавление, которую имеет вольфрам и оксид титана (TiO₂) в качестве принципиального ингредиента, и может давать большую яркость и высокую разрешающую способность, необходимые для большеразмерного дисплея. Время для изготовления катода уменьшается при уменьшении времени активации, улучшая производительность.

Использование: электронно-лучевые трубки. Диспенсерный катод содержит эмиссионно-активные материалы, пористое тело, включающее вольфрам, резервуар для пористого тела и гильзу с нагревателем. Пористое тело содержит TiO₂ или ZrO₂. Диспенсерный катод дает большую яркость и высокую разрешающую способность, требуемые для большеразмерного дисплея, уменьшается время изготовления катода. 2 ил.

1. ДИСПЕНСЕРНЫЙ КАТОД, содержащий пористое вольфрамовое тело, пропитанное эмиссионноактивным материалом на основе соединений бария и размещенное в резервуаре, закрепленном в держателе, внутри которого расположен подогреватель, отличающийся тем, что все пористое вольфрамовое тело содержит окись титана или окись циркония в количестве 10 50% массы вольфрама. 2. Катод по п.1, отличающийся тем, что поверхность пористого вольфрамового тела покрыта тонкопленочным металлическим слоем, изготовленным по крайней мере из одного элемента, выбранного из группы, состоящей из Os, Jr, Re, Ru.