СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДА ПРЯМОГО НАКАЛА Российский патент 1998 года по МПК H01J9/04 

Изобретение относится к способам изготовления катодов прямого накала для использования в трех электронных пушках, установленных в цветном кинескопе. Катод прямого накала из металлического сплава имеет высокую плотность тока, увеличенный срок службы и упрощенный способ изготовления.

Известны оксидные катоды или импрегнированные катоды, которые обычно используются в качестве источников термоэлектронной эмиссии. Однако эти катоды не только вызывают замедление мгновенного срабатывания, но и имеют короткий срок службы. Чтобы решить указанную проблему, в последние годы активно проводились исследования по замене обычных катодов катодами из сплава металлов. Катоды из сплава металлов можно изготавливать либо из разных сплавов, либо из одних и тех же металлов. Катоды из сплава иридия и церия (1) обладают лучшей рабочей характеристикой по сравнению и с упомянутыми оксидными катодами и импрегнированными катодами.

Известен способ изготовления катодов прямого накала для электронных трубок, включающий операции смешивания порошков основного ингредиента - иридия и вспомогательного ингредиента - церия и их сплавление (2). Однако в процессе плавки один металла, имеющий более низкую температуру плавления, плавится раньше, чем другой металл, имеющий более высокую температуру плавления, поэтому во время сплавления металлов происходит их испарение.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления катода прямого накала с применением приемов порошковой металлургии без потери эмиссионного материала.

Поставленная задача решается тем, что разработан способ изготовления катода прямого накала для электронных трубок, включающий следующие операции:
смешивание порошков иридия (Ir) в качестве основного ингредиента с порошкообразным церием (Ce) в качестве вспомогательного ингредиента при заданном соотношении смешиваемых ингредиентов с образованием смеси порошкообразных металлов, приложение механического воздействия к смеси порошкообразных металлов путем размалывания на шаровой мельнице с добавлением стеариновой кислоты в качестве регулирующего процесс вещества (тем самым осуществляется механическое сплавление смеси порошкообразных металлов с образованием сплавленного порошка), прессование сплавленного порошка, формирование таблетки сплава, удаление остаточных газов из таблетки нагревом при 1300-1500^oC в инертном газе или вакууме и проверку рабочей эмиттерной характеристики таблетки. При этом скорость вращения мельницы должна быть 90-700 об/мин, время вращения 10-1000 ч при массовом соотношении шариков и смеси порошков металла в пределах 50:1-150:1.

При использовании шаровой мельницы с низким энергопотреблением скорость ее вращения может быть 90-120 об/мин в течение 100-1000 ч, а при использовании мельницы с высоким энергопотреблением скорость вращения устанавливают 300-700 об/мин в течение 10-50 ч.

Пример осуществления изобретения.

Чтобы изготовить катод прямого накала, смешивают два типа порошкообразных металлов друг с другом с образованием смеси на первом этапе. Используют 85-95 мас.% порошкообразного иридия (Ir) в качестве основного ингредиента, который смешивают с 5-15 мас.% порошкообразного церия (Ce) в качестве вспомогательного ингредиента при заданном соотношении компонентов.

Затем порошкообразный иридий и порошкообразный церий в упомянутой смеси механически сплавляют с образованием сплава на втором этапе. На этой операции механического сплавления можно использовать размалывание на шаровой мельнице с высоким энергопотреблением либо низким энергопотреблением для механического сплавления порошкообразных металлов.

В процессе размалывания на шаровой мельнице с низким энергопотреблением устанавливают относительно низкую скорость вращения шаровой мельницы, составляющую 90-120 об/мин (1,5-2 с^-1) в течение 100-1000 ч. В качестве вещества, регулирующего процесс, используют стеариновую кислоту. Массовое соотношение шариков и смеси порошкообразных металлов находится в пределах 50:1-150:1.

На фиг. 1 показан вариант шаровой мельницы, используемой при размалывании с высоким энергопотреблением; на фиг. 2 - конструкция катода прямого накала.

Смесь порошкообразных металлов, поступающую после первой операции, помещают в цилиндр 1 до начала вращения помещенных в него стержней 2. В результате вращения стержней 2 множество шариков 3, находящихся в цилиндре 1, соударяются друг с другом, пересыпаясь и вращаясь. Следовательно, порошкообразная смесь иридия и церия в цилиндре 1 подвергается механическому ударному воздействию со стороны шариков 3, вследствие чего образуется сплавленный порошок. В указанном состоянии температура внутри цилиндра 1 повышается из-за соударения шариков 3.

Температуру внутри цилиндра 1 снижают с помощью охлаждающей воды, протекающей в камере охлаждения, образованной между цилиндром и рубашкой охлаждения 4, окружающей цилиндр 1. В этом случае охлаждающая вода протекает в камеру на нижней стороне рубашки 4 и вытекает из камеры на верхней стороне рубашки 4. Направление протекания охлаждающей воды показано стрелками.

При размалывании с высоким энергопотреблением на шаровой мельнице устанавливают относительно более высокую скорость вращения шаровой мельницы - 300-700 об/мин (5,0-11,7 с^-1) в течение 0-50 ч. Так же, как в случае размалывания с низким энергопотреблением, в качестве вещества, регулирующего процесс, используют стеариновую кислоту. Массовое соотношение шариков и смеси порошкообразных металлов составляет 50:1-150:1.

За механическим сплавлением следует прессование. Во время прессования сплавленный порошок, поступающий с операции механического сплавления, подвергают воздействию давления 3-8 т на единицу площади, за счет чего формируется таблетка. Затем ее нагревают до 400-700^oC в вакууме для удаления остаточных газов (H₂O, O₂).

Затем проверяют рабочую эмиттерную характеристику полученной таблетки при 1000-1500^oC в вакууме.

Далее осуществляют удаление остаточного газа для придания однородного качества таблетки путем нагрева таблетки при 1300-1500^oC в течение 1-500 ч в вакууме.

На фиг. 2 показан общий вид катода прямого накала, в котором использована таблетка, полученная указанным способом. Как показано на фиг. 1, 2, предлагаемый катод прямого накала имеет множество вольфрамовых проводов 5, которые выделяют тепло, кода по ним протекает ток. Вольфрамовые провода 5 пронизывают в горизонтальной плоскости таблетку 6, которая будет испускать электроны. Во время работы упомянутого катода вольфрамовые провода 5 излучают тепло, когда по ним протекает ток. Следовательно, таблетка 6 принимает тепло проводов 5 и за счет этого испускает электроны.

В изобретении катод прямого накала для электронных приборов содержит 85-95 мас.% Ir, Pt в качестве основного ингредиента в 5-15 мас.% Ce, La или Pr в качестве вспомогательного ингредиента.

Сплав Ir₅Ce, полученный указанным способом, имеет температуру плавления 1900^oC. Этот сплав также имеет превосходную рабочую характеристику при высоких температурах и обладает низкой работой выхода, вследствие чего имеет повышенную способность к эмиссии электронов по сравнению с любым обычным испускающим электроны материалом. В частности, ввиду превосходной рабочей характеристики сплава при высоких температурах можно увеличить срок службы катодов прямого накала.

Механическое сплавление смеси порошкообразных иридия и церия в сплавленный порошок представляет собой реакцию в твердой фазе. Катод прямого накала, полученный путем механического сплавления, имеет плотность тока примерно 7-10 А/см² при 1400^oC. Плотность тока этого катода прямого накала больше примерно на 2-5 А/см², чем плотность тока любых известных катодов прямого накала, изготовленных обычным способом электродуговой плавки. При повышенной плотности тока предлагаемый катод прямого накала обладает превосходной рабочей характеристикой.

Использование: электронная техника, в частности в технологии изготовления катодов. Сущность изобретения: способ изготовления катода прямого накала обеспечивает достижение высокой плотности тока, увеличение ожидаемого срока службы и упрощение способа изготовления катода. В способе изготовления катода порошкообразный иридий (Ir) в качестве основного ингредиента смешивают с порошкообразным церием (Ce) в качестве вспомогательного ингредиента при заданном соотношении смешиваемых ингредиентов с образованием смеси порошкообразных металлов. Смесь порошкообразных металлов подвергают механическому воздействию путем размалывания на шаровой мельнице с высоким или низким энергопотеблением, осуществляя тем самым механическое сплавление с образованием сплавленного порошка. Сплавленный порошок прессуют с образованием таблетки. Таблетку в свою очередь нагревают для удаления из нее остаточных газов. Затем проверяют рабочую характеристику таблетки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления катода прямого накала для электронных трубок, включающий смешивание порошков металлов основного ингредиента иридия и вспомогательного ингредиента церия при заданном соотношении и их сплавление, отличающийся тем, что после смешивания прошков металлов к смеси прикладывают механическое воздействие путем размалывания на шаровой мельнице до образования сплавленного порошка при частоте вращения 90 700 мин^-1 в течение 10 - 1000 ч с использованием стеариновой кислоты в качестве регулирующего процесс вещества и при массовом соотношении шариков и смеси порошков металлов 50 150 1, прессуют порошок, формируют таблетку сплава, удаляют остаточные газы из таблетки нагревом ее до 1300 1500^oС в течение 1 500 ч в атмосфере инертного газа или в вакууме и проверяют рабочую эмиттерную характеристику таблетки. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размалывание смеси порошка осуществляют на шаровой мельнице с низким энергопотреблением при частоте вращения 90 120 мин^-1 в течение 100 1000 ч. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размалывание смеси порошков осуществляют на шаровой мельнице с высоким энергопотреблением при частоте вращения 300 700 мин^-1 в течение 10 50 ч.