МЕТАЛЛОПОРИСТЫЙ КАТОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01J1/28 H01J29/04 H01J9/04 

Изобретение относится к электронной технике и более конкретно к металлопористым катодам торцового типа, предназначенным для использования в кинескопах и электронно-лучевых трубках, и способу их изготовления.

Основными требованиями к таким катодам являются:
1. Малая мощность накала P_n ≈ 0,5 1,5 Вт при заданном напряжении накала U≈2 В.

2. Высокая долговечность десятки тысяч часов при плотности токосъема несколько А/см².

3. Малая стоимость в массовом производстве.

Используемые в настоящее время оксидные катоды [1] не обеспечивают высокой долговечности, особенно в перспективных электронно-лучевых трубках (ЭЛТ).

Признано [2] наиболее целесообразным использование в ЭЛТ металлопористых катодов (МПК). Однако сложность конструкции и технологии изготовления и, как следствие, высокая стоимость затрудняют широкое применение МПК в ЭЛТ.

Известна конструкция МПК малого диаметра для ЭЛТ [3] Катодный узел содержит пластину из пористого вольфрама, пропитанного эмиссионным веществом, подвешенную в цилиндрическом теплоотражающем экране на тонких вольфрамовых проволоках, и подогреватель, размещенный в теплоотражающем экране. Теплоотражающий экран и выводы подогревателя закреплены в теле изолятора. Ограничения в использовании МПК такой конструкции связаны с необходимостью размещения катода на керамическом изоляторе подвеской вольфрамовой пластины на тонких проволоках, что не обеспечивает требуемой жесткости конструкции. Большое количество входящих в состав узла деталей, выполненных из тугоплавких металлов, требует использования дорогих технологических приемов для их соединения (пайка тугоплавкими припоями с драгметаллами, лазерная сварка и т.п.).

Наиболее близким по конструктивному исполнению техническим решением, принятым в качестве прототипа, является МПК, описанный в [4] МПК содержит эмиттер, выполненный в виде шайбы, пропитанной эмиссионным веществом, соединенной по боковой поверхности с охватывающим ее керном в виде тонкостенной тугоплавкой трубки. Недостатки этой конструкции МПК связаны со сложностью изготовления тонкостенного тугоплавкого керна (толщина 10 30 мкм) при малых размерах, а также соединения пористых шайб с кернами с помощью сварки или пайки [5]
Известны способы изготовления МПК [5] включающие изготовление пористого тугоплавкого эмиттера заданной формы, соединение его с керном с помощью сварки или пайки, пропитку эмиттера эмиссионным веществом. Недостатки таких известных способов, особенно при массовом выпуске миниатюрных МПК, обусловлены упомянутыми выше особенностями конструкции, в частности при малых размерах катода операции сборки приходится проводить под микроскопом, что резко снижает производительность. Существенным недостатком является также необходимость производить пропитку эмиттера эмиссионным веществом при температуре 1650^oC 1700^oC, что приводит к охрупчиванию тонкостенных кернов, т.к. эта температура превосходит значительно температуру их рекристаллизации. Катоды же с рекристаллизированными кернами непригодны для ЭЛТ.

Наиболее близкий способ изготовления МПК, взятый за прототип, включает операцию изготовления пористого тугоплавкого эмиттера, пропитку его эмиссионным веществом и соединение керна с эмиттером пайкой припоем с температурой плавления ниже температуры плавления эмиссионно-активного вещества [5] Недостатком этого способа является низкая производительность, связанная с необходимостью обеспечения точных зазоров между деталями и нанесенным припоем для пайки.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления миниатюрных МПК, что особенно важно при массовом производстве перспективных ЭЛТ различного назначения.

Эта задача решается в предложенной конструкции МПК, содержащего пористый тугоплавкий эмиттер, пропитанный эмиссионным веществом, закрепленный в керне, выполненном в виде тонкостенной тугоплавкой оболочки, охватывающей эмиттер по боковой поверхности, при этом керн выполнен разрезным в продольном направлении и состоит из двух одинаковых половин, каждая из которых жестко соединена с боковой поверхностью эмиттера. Керн может быть выполнен в виде оболочки в форме трубки, иметь прямоугольное или квадратное сечение.

Реализация конструкции МПК обеспечивается в предлагаемом способе изготовления, который включает операции изготовления пористого тугоплавкого эмиттера, пропитки его эмиссионным составом и соединения эмиттера с керном. При этом заготовки эмиттеров изготавливают в виде брусков прямоугольного сечения, одна сторона которых равна ширине эмиттирующей поверхности, другая превышает толщину эмиттера, с длиной, кратной нескольким полупериметрам эмиттирующей поверхности; заготовки кернов изготавливают в виде пластин прямоугольной формы, одна сторона которых равна длине бруска, а другая кратна высоте кернов; в пластинах выполняют прорези, расположенные в один или несколько рядов, образуя ими лепестки, являющиеся развертками половин кернов; формируют из лепестков половины кернов, закрепляют пластины в противоположных сторонах каждого из брусков и спекают с ними, после чего полученную систему разрезают на отдельные катоды.

Предложенная конструкция и способ изготовления МПК иллюстрируются фиг. 1 4. На фиг. 1 изображен вид катодного узла с МПК. Эмиттирующая поверхность в рассматриваемом случае представляет собой квадрат.

На фиг. 2а, б, в, г изображен вид пластин с заготовками половины кернов. На фиг. 2а показана пластина с одним рядом половин кернов после изготовления лепестков. На фиг. 2б пластина с двумя рядами половин кернов. На фиг. 2в, г те же пластины после отгибания лепестков и формирования половин кернов. На фиг. 3 показана заготовка эмиттера в виде бруска.

На фиг. 4а, б показан вид собранных вместе бруска и двух пластин с двумя и тремя рядами лепестков соответственно. Штриховыми линиями показаны участки разрезания системы на отдельные катоды.

Как изображено на фиг. 1, предложенный МПК содержит эмиттер 1, пропитанный эмиссионным веществом, с керном 2, выполненным из симметричных половин. Отогнутые лепестки 3 полукернов формируют полость для подогревателя. Держатели 4 обеспечивают соединение катода с катодной ножкой. Форма держателя должна обеспечивать минимальные тепловые потоки от катода в катодную ножку.

Катоды были изготовлены следующим образом.

1. Заготовки эмиттеров были выполнены в виде брусков прямоугольного сечения 0,8 х 1,0 х 40 мм из пористого тугоплавкого материала; ширина бруска 0,8 мм была выбрана равной ширине эмиттирующей поверхности, а толщина 1,0 мм превосходила толщину эмиттера; длина бруска была кратна 25 полупериметрам эмиттирующей поверхности; брусок был пропитан эмиссионным веществом состава 3BaO•CaO•Al₂O₃.

2. Заготовки кернов были изготовлены в виде пластин прямоугольной формы сплава МР-47 толщиной 0,03 мм; одна сторона пластин была равна длине бруска
40 мм, а вторая превышала высоту катода и равнялась 25 мм.

3. В пластине методом фотолитографии были выполнены прорези для лепестков, как показано на фиг. 2б; затем лепестки были отогнуты (фиг. 2г), образуя готовые полукерны.

4. Пластины с отогнутыми лепестками были установлены на противоположных сторонах бруска и спекались с ним.

5. Полученную систему разрезали на отдельные катоды, как показано на фиг. 4б.

Значительная длина тугоплавкого бруска упрощает проведение пропитки эмиссионным веществом и операции соединения бруска с пластинами.

Разрезание собранной заготовки на отдельные катоды с помощью электроискровой резки устраняет необходимость дополнительной ручной обработки эмиттирующей поверхности катодов.

Катоды были испытаны в цветном кинескопе. Сборка кинескопов с катодами осуществлялась на серийном оборудовании.

Мощность накала блока из трех МПК для обеспечения нормальной работы кинескопа составила 2,7 Вт.

Ресурс катодных узлов при эксплуатации в таком режиме составляет не менее 50 000 ч.

Катоды предполагается использовать в серийном изготовлении кинескопов.

Проведенные экономические оценки показали, что стоимость предложенных МПК в массовом производстве будет близка к стоимости оксидных катодов.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к миниатюрным металлопористым катодам торцового типа для кинескопов и электронно-лучевых трубок и способу их изготовления.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления миниатюрных катодов и, как следствие, снижение их стоимости, что должно создать условия для массового изготовления катодов и обеспечить выпуск кинескопов с такими катодами. Сущность изобретения: конструкция и способ изготовления катода предусматривают изготовление керна из двух одинаковых половин, каждая из которых формируется с помощью сгибания лепестков, выполненных на начально плоской пластине. На одной пластине выполняется группа полукернов. Соединение эмиттера с полукернами осуществляется спеканием. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Металлопористый катод торцевого типа, содержащий эмиттер из тугоплавкого пористого металла, пропитанный эмиссионным веществом и соединенный с керном, выполненным в виде тонкостенной тугоплавкой оболочки, охватывающей эмиттер по боковой поверхности, отличающийся тем, что керн выполнен разрезным в продольном направлении и состоит из двух одинаковых половин, каждая из которых жестко соединена с боковой поверхностью эмиттера. 2. Катод по п.1, отличающийся тем, что эмиттер и керн имеют прямоугольное сечение. 3. Способ изготовления металлопористых катодов, включающий изготовление эмиттера, пропитку его эмиссионным веществом, изготовление керна и соединение эмиттера с керном, отличающийся тем, что заготовки пропитанных эмиттеров изготавливают в виде брусков прямоугольного сечения, одна сторона которых равна ширине эмиттирующей поверхности, а другая превышает толщину эмиттера, с длиной, кратной нескольким полупериметрам эмиттирующей поверхности, заготовки кернов изготавливают в виде пластин прямоугольной формы, одна сторона которых равна длине бруска эмиттера, а другая кратна высоте керна, в пластинах выполняют прорези, расположенные в один или несколько параллельных рядов, образуя ими лепестки, являющиеся развертками половин кернов, формируют из лепестков половины кернов, закрепляют пластины на противоположных сторонах брусков и спекают с ними, после чего разрезают на отдельные катоды.