СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНОГО КАТОДА Российский патент 1996 года по МПК H01J9/04 

Изобретение относится к способу изготовления оксидного катода, в частности электронно-лучевой трубки, характеристики термоэлектронной эмиссии которого улучшены, а срок службы увеличен.

В обычном оксидном катоде для электронно-лучевой трубки слой для термоэлектронной эмиссии обычно изготавливается следующим образом.

Сначала приготовляют вещество путем смешивания порошка карбоната щелочноземельных металлов, таких как барий, стронций и кальций, со связующим и органическим растворителем, таким как изоамилацетат, n-бутанол, бутилацетат и т. п. а затем приготавливают суспензию путем диспергирования смеси в шаровой мельнице. Здесь эмиссионная паста (ЭП) и получается в качестве вещества для термоэлектронной эмиссии посредством перемешивания суспензии в течение 24 ч. ЭП осаждается на базовом металле посредством опрыскивания с образованием слоя вещества для термоэлектронной эмиссии.

Слой, полученный описанным образом, переводится в композицию оксидов в этапе старения в процессе изготовления электронно-лучевой трубки.

В случае, если вещество для термоэлектронной эмиссии состоит из карбоната щелочноземельного металла, такого как барий, стронций и кальций, вещество превратится в тройной композитный оксид бария, стронция и кальция по следующей химической формуле:
/Ba, Sr, Ca/CO₃ /Ba, Sr, Ca/O+CO₂
Сложный оксид, образованный по указанному процессу, снова нагревают до 900-1000^оС, и в процессе нагрева сложный оксид реагирует по следующим химическим формулам под воздействием восстановителей, таких, как кремний и магний, содержащихся в базовом металле, и таким образом часть сложного оксида будет иметь характеристики полупроводника.

2ВаО + Si 2Ba + SiO₂
BaO + Mg Ba + MgO
Часть ВаО, содержащегося в сложном оксиде щелочноземельного металла, восстанавливается с получением свободного бария в высокотемпературной атмосфере, осуществляя за счет этого термоэлектронную эмиссию.

Однако, катод, изготовленный по описанному процессу, имеет следующие недостатки:
На границе между базовым металлом и слоем окисла для термоэлектронной эмиссии образуется промежуточный слой высокого сопротивления из Bа₂SiO₄ или подобного состава и в результате реакции восстановления в процессе активирования, и поэтому промежуточный слой высокого сопротивления прерывает поток электронов.

Вследствие наличия промежуточного слоя и его роста сложный оксид щелочноземельного металла и восстанавливаемый элемент плохо реагируют друг с другом, подавляется получение свободного бария.

Слой сложного оксида и промежуточный слой являются слоями с низкой электрической проводимостью, так, что, если их заставляют испускать большое количество электронов в процессе термоэмиссии электронов, выделяется джоулево тепло в больших количествах за счет сопротивления материала и оксид быстро расходуется. Это приведет к сокращению срока службы катода трубки.

Для решения упомянутых проблем были раскрыты способы, в которых оксид скандия (Sc₂O₃), обработанный нагревом при атмосферном давлении и температуре 800-1100^оС в течение 0,5-2 ч, смешивают с ЭП вещества для термоэлектронной эмиссии в отношении 0,1-20% по весу оксида скандия к ЭП. Эти способы позволяют производить катоды с плотностью электронной эмиссии 2 А/см² и сроком службы 30000 ч.

Однако описанный способ изготовления катода с добавлением оксида скандия Sc₂O₃ имеет следующие недостатки вызванные наличием четвертого компонента Sc₂O₃ в порошке к ЭП.

Так как оксид скандия добавляют к ЭП не только в порошковом состоянии, но также и в чрезвычайно малых количествах по сравнению с количеством ЭП, трудно обеспечить равномерное распределение оксида скандия в слое термоэлектронного оксида на катоде, даже если ЭП достаточно тонко диспергирована.

Поэтому оксид скандия в порошковом виде может быть локально сконцентрирован в слое оксида на базовом металле, что формирует часть оксида скандия в сложный оксид вместе с барием, стронцием и кальцием. Это вызывает неравномерное распределение электрической проводимости, что вызывает нестабильность характеристик термоэлектронной эмиссии.

Соответственно для повышения дисперсного состояния оксида скандия потребляется большое количество оксида скандия, больше чем фактически используется, увеличивая стоимость изготовления.

Задачей изобретения является способ изготовления катода, по которому восстанавливающее вещество может быть равномерно диспергировано в веществе для термоэлектронной эмиссии, чтобы повысить характеристики термоэлектронной эмиссии катода для электронно-лучевой трубки.

Эта задача решается в предложенном способе изготовлении катода, в котором приготавливают суспензию, содержащую тройной карбонат щелочноземельных металлов и соединение металла из третьей группы периодической таблицы элементов, такого, как нитрат скандия (менее 5 мас. или нитрат индия (меньше 2,5 мас.) относительно количества тройного карбоната, а названную суспензию приготовляют путем добавления раствора одного из нитратов по капле в порошок тройного карбоната.

П р и м е р 1. Порошок тройного карбоната щелочноземельных металлов, таких как барий, стронций и кальций, вводился в контейнер нормального типа и уплотнялся посредством вибрационного прибора или подобного средства.

С другой стороны, нитрат скандия растворяли в растворителе, таком, как вода, спирт или подобный агент, чтобы получить раствор, и затем раствор вводился каплями в контейнер с определенным расходом в единицу времени, и после этого оставлялся в покое в течение нескольких часов под пониженным давлением.

В это время в зависимости от типа использованного растворителя раствор подвергался действию температуры выше точки кипения растворителя, пока раствор не принимал желаемый объем.

После протекания заранее заданного интервала времени, с указанным карбонатом смешивалась нитроцеллюлоза и бутилацетат для получения ЭП, а затем ЭП наносилась на базовый металл катода для образования на нем слоя вещества для термоэлектронной эмиссии. После высушивания слоя получали слой вещества для термоэлектронной эмиссии.

В указанном процессе концентрация нитрата скандия примерно 5 мас. и было замечено, что чем ниже содержание скандия, тем больше разброс равномерности распределения.

Катод, изготовленный по описанному способу, затем подвергался старению при высокой температуре с процессом пиролиза в том состоянии, в котором он собирался в электронном прожекторе.

Так как нитрат скандия покрывает тройной карбонат щелочноземельных металлов, он переходит в условиях высокой температуры в оксид скандия, и в это время азотистые оксиды, выделяющиеся в этом процессе, откачиваются типичным прибором для откачки.

П р и м е р 2. Катод изготовляли по способу примера 1 с тем отличием, что вместо нитрата скандия использовали нитрат индия.

В катоде, изготовленном по примеру 2, нитрат индия разлагали пиролитическим процессом до перехода его в оксид индия, как в примере 1, а азотистые оксиды откачивались из системы типичным откачным устройством вместе с двуокисью углерода, выделяющейся из карбоната.

По изобретению нитрат скандия или нитрат индия растворяли в растворителе для приготовления раствора, который каплями вводился и равномерно распределялся в тройном карбонате щелочноземельных металлов в порошкообразном виде.

Равномерность распределения оксида скандия или индия в катодах, полученных по предложенному способу, и равномерность распределения оксида скандия в катоде, изготовленном по известному способу измерялась сравнительно с помощью электронного микроскопа.

По результатам этого измерения оказалось, что распределение дополнительного компонента в катоде по предлагаемому способу более равномерно, чем в катоде по известному способу.

В результате применения катода, изготовленного по изобретению, в электронном прожекторе электронно-лучевой трубки было доказано, что характеристики термоэлектронной эмиссии и срок службы катода по изобретению были повышены по сравнению с характеристиками катода по известному способу.

Использование: в электронной технике, в частности для оксидных катодов электронных прожекторов. Сущность изобретения: при изготовлении оксидных катодов в суспензию, содержащую тройной карбонат щелочноземельных металлов, добавляют по капле нитрат скандия /менее 5 мас.%/ или нитрат индия /менее 2,5 мас.%/ в виде раствора.

Способ изготовления оксидного катода, в котором приготавливают суспензию, содержащую тройной карбонат щелочноземельных металлов и соединение металла из третьей группы Периодической таблицы элементов, и наносят суспензию на керн катода, отличающийся тем, что в качестве соединения металла из третьей группы Периодической таблицы элементов используют нитрат скандия в количестве меньше 5 мас. или нитрат индия в количестве меньше 2,5 мас. относительно количества тройного карбоната, а названную суспензию приготовляют путем добавления раствора одного из нитратов по капле в порошок тройного карбоната.