СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОРИСТОГО КАТОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 1996 года по МПК H01J9/04 

Изобретение относится к электронной технике, в частности, к способам изготовления металлопористых катодов (МПК) для электронных приборов.

Одной из главных проблем изготовления таких катодов является закрепление пористой матрицы катода, выполненной из тугоплавкого металла, в частности, вольфрама, и заполненной эмиссионноактивным веществом, в частности, алюминатом бария-кальция, в держателе, выполненном из тугоплавкого металла, например, из тантала или молибдена. Все известные способы закрепления матрицы в держателе недостаточно эффективны.

Известен способ изготовления МПК, при котором матрица, заполненная эмиссионноактивным веществом, закрепляется в держатель путем механического обжима (завальцовки) держателя на матрице [1]
Катоды, изготовленные в соответствии с этим способом, настойки к механическим нагрузкам и циклическим по температуре режимам эксплуатации.

Известен способ изготовления МПК, при котором между матрицей и контактирующей с ней поверхностью держателя помещают припой (например, из сплава Ru-Nb) в виде фольги или пленки и нагревают катод выше температуры плавления припоя [2]
Однако подобные технические решения не обеспечивают необходимой прочности катода вследствие наличия в матрице алюмината, мешающего смачиванию соединяемых деталей расплавом припоя.

Известен способ изготовления МПК, включающий заполнение пористой матрицы эмиссионноактивным веществом, размещение ее на держателе с частичным удалением этого вещества из мест контакта матрицы с держателем катода и сварку матрицы с держателем посредством лазерного луча [3] Удаление эмиссионноактивного вещества может производиться, например, растворением в воде, уксусной кислоте. Не исключена возможность удаления и просто механическим путем. Этот способ по совокупности существенных признаков наиболее близок к предложенному и поэтому принят за прототип.

Недостатком известного способа являются нестабильность качества соединения и запыление эмиттирующей поверхности материалом держателя, приводящее к снижению эмиссионных параметров катода.

Целью настоящего изобретения является повышение качества соединения матрицы с держателем без ухудшения эмиссионных параметров катода.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления металлопористого катода, включающем заполнение пористой матрицы эмиссионноактивным веществом, размещение ее на держателе с частичным удалением этого вещества из мест контакта матрицы с держателем и сварку матрицы с держателем посредством лазерного луча, в места сварки помещают иридий или сплав его с эмиссионноактивным компонентом. Суть изобретения заключается в том, что в места сварки вводится тугоплавкий металл, выполняющий функции припоя и не оказывающий отрицательного действия на эмиссию МПК. Таким уникальным металлом является иридий или сплавы его с эмиссионноактивными компонентами.

Действительно:
иридий принадлежит к группе благородных металлов, а среди них в наименьшей степени подвержен коррозии при нагреве на воздухе. Таким образом, проведение процесса лазерной сварки с фокусировкой лазерного луча именно на иридий, т. е. расплавление лишь иридия, а не материала держателя или матрицы, не загрязняет поверхность эмиттера этими материалами или продуктами взаимодействия с воздухом материалов, принимающих участие в сварочном процессе;
иридий же, попадая на поверхность МПК, вызывает не ухудшение эмиссии катода, а подобно осмию способствует ее улучшению;
иридий по коэффициенту теплового расширения наиболее близок к танталу и молибдену, традиционным материалам держателей МПК, т.е. обеспечивает высокое качество соединения при рабочих температурах катода.

добавки, вводимые в сплавы на основе иридия с эмиссионноактивными компонентами (материалы металлосплавных катодов) это металлы щелочноземельной или редкоземельной группы, т.е. положительные примеси для МПК, а количества их в сплаве (несколько процентов) не оказывают существенного влияния на термические характеристики иридия как материала "припоя".

цена иридия наименьшая среди всех благородных металлов группы платины.

Примеры выполнения катода.

Пример 1. Матрица представляла собой цилиндр со сложной (ячеистой) формой наружной поверхности и отверстием по оси, предназначенным для посадки на цилиндрический же держатель из тантала. Матрица изготавливалась по обычной технологии, т. е. в вольфрамовый порошок прессовался, обжигался в водороде при 2100^oС, пропитывался медью, механически обрабатывался до нужной геометрической формы, медь вытравливалась и проводилась пропитка расплавленным алюминатом бария-кальция. Края матрицы поместили в 3% раствор уксусной кислоты, высушили и одели на танталовый держатель, после чего в места контакта поместили иридиевую проводку и проварили лазером по всему контуру. Прочность сцепления хорошая, шов цельный, блестящий, без трещин. Эмиссионные параметры не отличались от традиционных.

Пример 2. Эмиссионное тело представляло набор матрицы, вырезанных из пропитанных алюминатом бария-кальция пористой вольфрамовой заготовки. Матрицы вставлялись в предназначенные для них углубления в молибденовом керне диаметром 140 мм. Проблема закрепления матриц была основной проблемой изготовления такого крупногабаритного катода и разрешить ее оказалось возможным только предложенным способом. Зачистка мест сварки, размещение в них прокладок из чистого иридия или сплава и лазерная сварка позволили получить качественное соединение, без прожигов и окисления, и создать катод.

Таким образом предложенный способ позволяет создавать высокоэмиссионные МПК с эмиссионной матрицей, надежно закрепленной на держателе. Особенно привлекательно использование способа в конструкции многолучевых катодов, когда местоположение эмиттирующей поверхности должно строго зафиксировано, а также в крупногабаритных узлах с МПК.

Использование: в электронной технике, в частности, в технологии изготовления металлопористых катодов электронных приборов. Сущность изобретения: пористую матрицу, заполненную активным веществом, например, алюминатом бария-кальция, закрепляют в держателе, выполненном из тугоплавкого металла, например, тантала или молибдена, посредством сварки лазерным лучом, при этом в зону сварки матрицы, из которой предварительно частично удалено активное вещество, помещают иридий или эмиссионноактивный сплав на его основе.

Способ изготовления металлопористого катода электронного прибора, включающий заполнение пористой матрицы эмиссионноактивным веществом, размещение ее на держателе с частичным удалением этого вещества из места контакта матрицы с держателем и сварку матрицы с держателем посредством лазерного луча, отличающийся тем, что в места сварки помещают иридий или сплав его с эмиссионноактивным компонентом.