КАТОД ПРЯМОГО НАКАЛА Российский патент 1999 года по МПК H01J1/15 H01J1/28 H01J29/04 

Предпосылки к созданию изобретения
Изобретение касается конструкции катода прямого накала для электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и, в частности, конструкции диспенсерного катода прямого накала, предназначенного для использования в электронной пушке цветной ЭЛТ.

Катоды поглощают тепловую энергию и излучают термоэлектроны, и подразделяются, в основном, на катоды прямого накала и катоды косвенного накала в зависимости от способа нагрева материала эмитирующей поверхности. В катоде прямого накала нить накала и эмитирующая поверхность находятся в непосредственном контакте друг с другом, тогда как в катоде косвенного накала они разделены.

Катоды прямого накала чаще всего применяются в электронных пушках таких малых ЭЛТ, как ЭЛТ видоискателей в видеокамерах, а при прямом соединении с нитью накала и использовании металлического основания, поверхность которого покрыта электронно-эмиссионным материалом, или таблетки, пропитанной катодным материалом, они применяются в электронных пушках больших ЭЛТ для телевизионных приемников или мониторов ЭВМ. Автором настоящей заявки была разработана пористая таблетка (заявка на патент США 08/120502), изображенная на фиг. 1. Одна нить накала 102 проникает в пористую таблетку 101, пропитанную электронно-эмиссионным материалом. Альтернативно, две такие нити накала привариваются непосредственно к сторонам пористой таблетки.

Автор данного изобретения также подал заявку на патент США 08/429529, раскрывающую конструкцию катода, в которой опорная конструкция таблетки укреплена самими нитями накала. При этом нити накала приварены (или проникают), по меньшей мере, в трех точках на наружных сторонах пористой таблетки, пропитанной электронно-эмиссионным материалом.

Описанным выше катодам прямого накала требуется очень короткий интервал времени для начала термоэлектронной эмиссии после подачи тока, и они обеспечивают термоэлектронную эмиссию с высокой плотностью, поскольку пористая таблетка нагревается непосредственно током нити накала при контакте нити накала с ее корпусом. Однако при этом наблюдаются потери термоэлектронно-эмиссионного материала, так как термоэлектронная эмиссия происходит со всей поверхности таблетки (включая ее стороны), и термоэлектронно-эмиссионный материал, испаряющийся с таблетки на нить накала, может вызвать ее охрупчивание. Кроме того, процесс присоединения нити к таблетке (посредством сварки или пропускания нити через таблетку) трудоемок для практического осуществления, что снижает производительность.

Учитывая это, автор разработал катод прямого накала с усовершенствованной конструкцией, изображенной на фиг. 2. При этом нить накала 210 закреплена на металлическом элементе 220, расположенном под таблеткой 200, пропитанной электронно-эмиссионным материалом. Таким образом, поскольку металлический элемент 220 покрывает основание таблетки 200, термоэлектронная эмиссия с основания таблетки 200 эффективно блокируется.

Однако незначительная часть термоэлектронов выходит через мелкие зазоры между таблеткой 200 и металлическим элементом 220. Кроме того, поскольку стороны таблетки также являются термоэмиссионными поверхностями, невозможно достичь непрерывной и равномерной эмиссии термоэлектронов. Долговечность таблетки 200 сокращается из-за быстрого расхода электронно-эмиссионного материала, и, как и в описанной выше конструкции, электронно-эмиссионный материал, испаряющийся со сторон таблетки 200, может повышать хрупкость нити накала.

Сущность изобретения
Цель данного изобретения - решить перечисленные выше проблемы, создав катод прямого накала, в котором ограничена эмиссия с основания и сторон таблетки.

Еще одна цель изобретения состоит в создании высокоэффективного катода прямого накала, обладающего повышенной стабильностью и более высокой производительностью.

Для достижения данных целей предлагается катод прямого накала, содержащий пористую таблетку, пропитанную электронно-эмиссионным материалом; чашеобразный контейнер, удерживающий пористую таблетку; металлический элемент, приваренный к основанию контейнера, и нить накала, расположенную между контейнером и металлическим элементом.

Краткое описание чертежей
Перечисленные выше цели и преимущества данного изобретения будут более очевидны из детального описания предпочтительного варианта со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 - перспективный вид известного прямонакального катода; на фиг. 2 - вид в сечении, иллюстрирующий другую известную конструкцию прямонакального катода; на фиг. 3 - перспективный схематический вид предлагаемого катода прямого накала; на фиг. 4 - перспективное изображение прямонакального катода по фиг. 3 в разобранном виде и на фиг. 5 - вид в сечении, иллюстрирующий катод прямого накала по фиг. 3.

Подробное описание изобретения
Как изображено на фиг. 3 - 5, пористая таблетка 500, выполненная из металла с высокой точкой плавления, пропитана электронно-эмиссионным материалом. Пористая таблетка 500 вставлена в чашеобразный контейнер 510 для защиты таблетки 500, охватывающий ее стороны и основание. Под контейнером 510 расположена нить накала 600. Под нитью накала 600 имеется металлический элемент 520, предназначенный для закрепления нити накала на основании контейнера 510. Нить накала 600 и металлический элемент 520 прикреплены к основанию контейнера 510 посредством сварки.

При этом пористая таблетка 500 выполнена из вольфрама (W), рутения (Ru), молибдена (Mo), никеля (Ni) и/или тантала (Ta), а материал, используемый для контейнера 510 и металлического элемента 520, включает молибден (Mo), вольфрам (W) и/или тантал (Ta).

Согласно настоящему изобретению контейнер 510, заключающий в себя таблетку 500, имеет внутренний диаметр 0,50 - 2,00 мм, а толщина контейнера 510 составляет 0,02 - 0,50 мм. Контейнер 510 может иметь форму цилиндрической, прямоугольной или многоугольной колонки. Предпочтительным материалом для нити накала 600 является Re-сплав, основным компонентом которого является вольфрам или молибден. Предпочтительно также, чтобы диаметр нити накала составлял 0,02 - 0,50 мм. Металлический элемент 520 имеет форму, соответствующую форме основания контейнера 510, с предпочтительными диаметром и толщиной, соответствующими тем же параметрам контейнера.

Для сварки контейнера 510 с металлическим элементом 520 может применяться сварка электросопротивлением, лазерная сварка, дуговая сварка или плазменная сварка. Для достижения более эффективного нагрева таблетки предпочтительно, чтобы две или более нити накала располагались перекрестно или в радиальном направлении.

Конструкция катода прямого накала, выполненного согласно настоящему изобретению, обладает следующими преимуществами.

Во-первых, благодаря тому, что таблетка, пропитанная электронно-эмиссионным материалом, удерживается в контейнере и защищена им, можно предотвратить окисление электронно-эмиссионного материала за счет тепла, выделяющегося во время сварки контейнера с металлическим элементом.

Во-вторых, поскольку нить накала приварена к контейнеру, заключающему в себе таблетку, можно повысить прочность связи между таблеткой и нитью накала.

В-третьих, благодаря тому, что таблетка удерживается в контейнере, в котором открыта только верхняя сторона, сводится к минимуму испарение термоэлектронно-эмиссионного материала, что позволяет избежать уменьшения долговечности катода.

В-четвертых, ввиду того, что электронно-эмиссионный материал испаряется частично с верхней стороны таблетки, можно избежать явления охрупчивания нити накала из-за присоединения электронно-эмиссионного материала к нити накала.

Предлагаемый катод может быть использован в цветных ЭЛТ для телевизионных приемников с большим экраном и мониторов ЭВМ, а также в небольших черно-белых ЭЛТ.

Катод прямого накала содержит пористую таблетку, пропитанную электронно-эмиссионным материалом и расположенную в чашеобразном контейнере, металлический элемент, приваренный к основанию контейнера, и нить накала, расположенную между контейнером и металлическим элементом. Технический результат заключается в повышении долговечности катода и достигается за счет ограничения термоэлектронной эмиссии с основания и сторон таблетки. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Катод прямого накала, содержащий пористую таблетку, пропитанную электронно-эмиссионным материалом, отличающийся тем, что содержит чашеобразный контейнер, удерживающий пористую таблетку, металлический элемент, приваренный к основанию контейнера, и нить накала, разложенную между контейнером и металлическим элементом. 2. Катод по п.1, отличающийся тем, что нить накала состоит из нескольких нитей, расположенных в радиальном направлении. 3. Катод по п.1, отличающийся тем, что таблетка выполнена при использовании, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей в себя вольфрам (W), рутений (Ru), молибден (Мо), никель (Ni) и тантал (Та). 4. Катод по п.1, отличающийся тем, что основным компонентом нити накала является вольфрам (W), а суб-компонентом - ренит (Re). 5. Катод по п.1, отличающийся тем, что диаметр нити накала составляет 0,02-0,50 мм. 6. Катод по п.2, отличающийся тем, что диаметр нити накала составляет 0,02-0,50 мм. 7. Катод по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен при использовании, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей в себя молибден (Мо), вольфрам (W) и тантал (Та). 8. Катод по п.2, отличающийся тем, что контейнер выполнен при использовании, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей в себя молибден (Мо), вольфрам (W) и тантал (Та). 9. Катод по п. 7, отличающийся тем, что толщина контейнера составляет 0,02-0,50 мм. 10. Катод по п.8, отличающийся тем, что толщина контейнера составляет 0,02-0,50 мм. 11. Катод по п.1, отличающийся тем, что металлический элемент выполнен при использовании, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей в себя молибден (Мо), вольфрам (W) и тантал (Та). 12. Катод по п.2, отличающийся тем, что контейнер выполнен при использовании, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей в себя молибден (Мо), вольфрам (W) и тантал (Та). 13. Катод по п.11, отличающийся тем, что диаметр металлического элемента составляет 0,50-2,00 мм, а его толщина 0,02-5,00 мм. 14. Катод по п.12, отличающийся тем, что диаметр металлического элемента составляет 0,50-2,00 мм, а его толщина 0,02-5,00 мм. 15. Катод по п.1, отличающийся тем, что таблетка имеет цилиндрическую форму. 16. Катод по п.1, отличающийся тем, что таблетка имеет форму многогранного столбика.