СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОРИСТОГО КАТОДА Российский патент 1997 года по МПК H01J9/04 H01J1/28 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления металлопористых катодов (МПК), на поверхности которых создается заданная топология эмиттирующей поверхности.

Одной из основных проблем в технологии таких катодов является обеспечение четких границ между эмиттирующей и неэмиттирующей поверхностями, т.е. это задает границы электронного потока в приборе.

Кроме того, эмиттирующее вещество должно полностью отсутствовать на деталях катодно-подогревательного узла (КПУ), примыкающих к эмиттирующей поверхности.

Известен способ изготовления МПК, состоящий из раздельного изготовления пористой матрицы и керна с последующим их соединением в общую конструкцию [1] Такая конструкция обеспечивает четкую границу эмиттирующих областей (эмиссионный контраст), но требует сложной технологии точной сборки, прецизионной сварки, пайки и т.д. т.е. имеет низкую производительность труда.

Известен способ изготовления МПК, в котором пористая матрица из тугоплавких металлов пропитывается расплавленным эмиссионно-активным веществом, избыток которого обычно удаляется после пропитки и охлаждения заготовок механически [2]
Способ, описанный во втором аналоге, более прост по сравнению с первым (исключает прецизионную сварку и упрощает сборку), но не обеспечивает надежно достаточного эмиссионного контраста и загрязняет заготовку материалом инструмента для зачистки.

Известен способ изготовления импрегнированных термоэлектронных катодов - прототип, включающий операции запрессовки порошков тугоплавких металлов или их смесей в керн с предварительно заданным расположением (топологией) эмиттирующихпятен (областей), спекания пористой матрицы, пропитки ее эмиссионно-активными веществами и удаления избытка застывшего расплава эмиссионно-активного вещества с неэмиттирующих поверхностей механически, например с помощью бормашины с одновременным контролем [3]
Этот способ по сравнению с вторым аналогом незначительно улучшает эмиссионный контраст, но очень трудоемок, не позволяет удалять расплав эмиссионно-активного вещества из отверстий, пазов и щелей размером менее 1 мм, а также загрязняет катод материалом инструмента для зачистки.

Целью изобретения является улучшение эмиссионного контраста эмиттирующих и неэмиттирующих поверхностей МПК и повышение производительности труда в случае изготовления КПУ с малыми (< 1 мм) сквозными отверстиями и щелями.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления металлопористого катода для ЭВП, включающем изготовление заданной топологии эмиттирующих и неэмиттирующих участков поверхности, пропитку пористой матрицы расплавленным эмиссионным составом, последующее удаление застывшего на неэмиттирующих поверхностях избытка эмиссионного состава и контроль удаления, удаление избытка эмиссионного состава производят посредством импульсов лазерного излучения с энергией импульсов не более 5 джоулей в импульсе, при этом диаметр луча не превышает размера очищаемой поверхности, а контроль качества очистки производят под микроскопом через заданное число импульсов.

Удаление избытка эмиссионного состава импульсами лазерного излучения с энергией не более 5 джоулей в импульсе обеспечивает:
четкий эмиссионный контраст за счет локального испарения материала;
возможность очистки любых поверхностей, отверстий, пазов, щелей, заполненных расплавом эмиссионно-активного вещества с толщиной слоя в несколько миллиметров;
повышение производительности в 5-10 раз;
простоту операций.

Кроме того, отсутствие загрязнения катода некатодными материалами от инструмента зачистки снимает риск уменьшения эмиссии катода вследствие отравления.

Удаление избытка эмиссионного материала импульсом лазерного излучения с энергией более 5 Дж и диаметром луча, превышающим или равным размеру очищаемой поверхности, приводит к разрушению матрицы катода.

Изобретение можно проиллюстрировать примером изготовления металлопористого катода, имеющего на поверхности катодного диска 6 эмиттирующих пятен и одно установочное отверстие диаметром 0,7 мм и глубиной 0,9 мм. Технология его изготовления включает следующие операции:
запрессовка вольфрамового порошка в катодный диск, причем рабочее пятно заполняется порошком, а установочное отверстие нет;
спекание пористой матрицы;
пропитка пористой матрицы расплавленным алюминатом бария-кальция;
удаление расплава алюмината из установочного отверстия подачей от одного до трех импульсов лазерного излучения диаметром 0,5-0,6 мм с энергией 3 Дж;
контроль качества очистки под микроскопом после каждого импульса.

При энергии импульсов 5 Дж удаление расплава алюмината происходило после 1 импульса.

Предлагаемый способ изготовления позволит по сравнению с прототипом улучшить эмиссионный контраст эмиттирующих и неэмиттирующих поверхностей и обеспечит повышение производительности в 5-10 раз в случае изготовления КПУ с малыми (<1 мм) сквозными отверстиями и щелями.

Кроме того, данный способ снимает риск уменьшения эмиссии катода вследствие отсутствия отравления последнего некатодными материалами от инструмента зачистки.

Использование: в электронной технике для улучшения эмиссионного контраста эмиттирующих и неэмиттирующих поверхностей металлопористых катодов и повышения производительности труда в случае изготовления катодно-подогревательного узла с малыми (<1 мм) сквозными отверстиями и щелями. Сущность изобретения: удаление избытка эмиссионного состава с неэмиттирующих поверхностей производят посредством импульсов лазерного излучения с энергией не более 5 Дж в импульсе, при этом диаметр луча не превышает размера очищаемой поверхности, контроль очистки производят под микроскопом.

Способ изготовления металлопористого катода для электровакуумного прибора, включающий изготовление заданной топологии эмиттирующих и неэмиттирующих участков поверхности, пропитку пористой матрицы расплавленным эмиссионным составом, последующее удаление застывшего на неэмиттирующих поверхностях избытка эмиссионного состава и контроль удаления, отличающийся тем, что удаление избытка эмиссионного состава производят посредством импульсов лазерного излучения с энергией не более 5 Дж в импульсе, при этом диаметр луча не превышает размеров очищаемой поверхности, а контроль качества очистки производят под микроскопом.