КОНСТРУКЦИЯ КАТОДА ПРЯМОГО НАКАЛА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H01J1/15 H01J1/28 H01J9/04 H01J29/04 

Настоящее изобретение относится к конструкции катода прямого накала для электронно-лучевой трубки (CRT) и, в частности, к конструкции металлопористого катода прямого накала для использования в электронной пушке цветной CRT и способу для ее изготовления.

Катоды для поглощения тепловой энергии и термоэлектронной эмиссии в большинстве своем делятся на два типа: прямого накала и косвенного накала в зависимости от способа нагревания. В конструкции катода прямого накала нить накала и источник термоэлектронной эмиссии находятся в непосредственном контакте друг с другом, а в катоде косвенного накала для нити накала и источника термоэлектронной эмиссии предусматривается разделенная конструкция.

В противоположность катоду косвенного накала, который обычно используется в электронной пушке, где требуется большое количество термоэлектронов, катод прямого накала применяется в электронных пушках небольших CRT, например, во встроенном видеоискателе видеокамеры. Катод прямого накала обычно непосредственно прикрепляется к нити накала и имеет металлическую подложку, поверхность которой покрыта материалом, излучающим электроны, либо таблетку, насыщенную катодным материалом.

Заявитель настоящего изобретения подал заявку на патент США (N 08/120.502) на конструкцию, в которой пористая таблетка непосредственно прикрепляется к нити накала, как показано на фиг. 1. В конструкции на фиг. 1 пара нитей накала 102 и 102' непосредственно привариваются к противоположным сторонам пористой таблетки 101, насыщенной материалом, испускающим электроны. Как вариант пористая таблетка 101 может быть пронизана и одной нитью накала.

Заявитель настоящего изобретения подал также заявку на патент США (N 08/429.529), раскрывающую конструкцию катода, в которой усилено крепление таблетки на нитях накала. То есть нити накала непосредственно привариваются (либо пронизывают) к по меньшей мере трем точкам на внешних сторонах пористой таблетки, насыщенной материалом, испускающим электроны.

Описанные выше конструкции катодов прямого накала требуют весьма малого интервала времени с момента подачи тока до начала термоэлектронной эмиссии и отличаются высокой плотностью термоэлектронной эмиссии из-за того, что нить накала непосредственно контактирует с самим телом таблетки, и пористая таблетка разогревается непосредственно током нити накала. Однако здесь имеется вероятность потерь термоэлектронов, поскольку термоэлектронная эмиссия происходит через всю поверхность таблетки (т.е. включая ее боковые стенки). Кроме того, материал, испускающий термоэлектроны, испаряясь с таблетки, оседает на нити накала, тем самым увеличивая ее хрупкость. К тому же операция прикрепления нити накала к таблетке (либо посредством сварки, либо путем пропускания ее через таблетку) сталкивается с трудностями при практической реализации, что приводит к снижению производительности.

Кроме того, заявитель настоящего изобретения также разработал катод прямого накала улучшенной конструкции, которая показана на фиг. 2. Здесь нить накала 210 прикреплена к металлической детали 220, установленной под таблеткой 200, насыщенной материалом, испускающим электроны. Таким образом, поскольку металлическая деталь 320 покрывает нижнюю поверхность таблетки 200, термоэлектронная эмиссия через нижнюю поверхность таблетки 200 эффективно блокируется.

Однако небольшая часть термоэлектронов вылетает через микрозазоры, существующие между таблеткой 200 и металлической деталью 220. Кроме того, поскольку боковые поверхности таблетки также являются зонами излучения термоэлектронов, непрерывная и однородная термоэлектронная эмиссия не может быть достигнута. К тому же снижается долговечность таблетки 200 из-за быстрого расхода материала, испускающего электроны, и, как в случае вышеописанной конструкции, оседающий в результате испарения с боковых сторон таблетки 200 материал, испускающий электроны, повышает хрупкость нити накала.

Сущность изобретения.

Для решения сформулированных выше проблем в качестве технической задачи настоящего изобретения выдвинуто создание конструкции катода прямого накала и способ ее изготовления, где предотвращается эмиссия от материала, испускающего электроны, через нижнюю поверхность таблетки и обеспечивается устойчивость конструкции, что повышает качество и производительность.

Соответственно для достижения указанной задачи предлагается конструкция катода прямого накала, включающая пористую таблетку, насыщенную катодным материалом, причем первая металлическая деталь прикрепляется к нижней поверхности пористой таблетки, вторая металлическая деталь приваривается к первой металлической детали, а нить накала размещается между первой и второй металлическим деталями.

Для достижения указанной цели предлагается способ изготовления конструкции катода прямого накала, включающий шаги изготовления пористой таблетки, имеющей множество полостей; сваривания первой металлической детали с нижней поверхностью таблетки посредством слоя пайки; импрегнирование материала, испускающего электроны, в полости таблетки и сваривания второй металлической детали с первой металлической деталью, так что нить накала накрепляется между первой и второй металлическими деталями.

Кроме того, предлагается другой способ изготовления конструкции катода прямого накала, включающий шаги изготовления пористой таблетки, имеющей множество полостей; импрегнирование материала, испускающего электроны, в полости таблетки; сваривания первой металлической детали с нижней поверхностью пористой таблетки посредством слоя пайки, и сваривания второй металлической детали с первой металлической деталью, так что нить накала закрепляется между первой и второй металлическими деталями.

Указанные цели и преимущества настоящего изобретения станут более ясными благодаря детальному описанию предпочтительного варианта его реализации со ссылками на чертежи, где:
Фиг. 1 - перспективное схематическое изображение известной конструкции катода прямого накала.

Фиг. 2 - сечение, схематически иллюстрирующее другой известный вариант конструкции катода прямого накала.

Фиг. 3 - покомпонентное перспективное изображение, показывающее конструкцию катода прямого накала согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 - сечение, иллюстрирующее в сборе конструкцию катода прямого накала, показанную на фиг. 3.

Фиг. 5-9 - технологические чертежи, объясняющие способ изготовления конструкции катода прямого накала согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения.

На фиг. 3 и 4 представлены соответственно покомпонентное перспективное изображение и сечение в сборе предпочтительного варианта конструкции катода прямого накала согласно настоящему изобретению. Конструкция катода прямого накала включает пористую таблетку 500, полости которой насыщены материалом, испускающим электроны, первой металлической детали 510, прикрепленной к нижней поверхности таблетки 510 посредством пайки, нить накала 600, размещенную под первой металлической деталью 510, и вторую металлическую деталь 520, приваренную к первой металлической детали 510 для поддержки нити накала 600, причем нить накала 600 контактирует с нижней поверхностью первой металлической детали 510.

Здесь пористая таблетка 500 сделана из вольфрама (W), молибдена (Mo), рутения (Ru), никеля (Ni) и/или тантала (Ta), а материал, используемый для первой и второй металлических деталей 510 и 520, включает молибден (Mo), тантал (Ta) и/или вольфрам (W). Согласно настоящему изобретению на поверхности таблетки 500 сформировано покрытие (не показано), включающее осмий (Os), рутений (Ru) и/или иридий (Ir).

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы диаметр и толщина таблетки 500 составляли 0,4-2,0 мм и 0,2-1,0 мм соответственно, а диаметр и толщина первой и второй металлических деталей 510 и 520 составляли соответственно 0,3-3,0 мм и 20-200 мкм. Также предпочтительно, чтобы диаметр нити накала 600, расположенный между первой и второй металлическими деталями, составлял 30-200 мкм. Для сваривания первой металлической детали 510 и второй металлической детали 520 можно использовать лазерную сварку, дуговую сварку и плазменную сварку. Кроме того, предпочтительно чтобы нити накала располагались крест-накрест или радиально для более эффективного нагревания таблетки.

Теперь будет подробно описан предпочтительный вариант способа изготовления конструкции катода прямого накала согласно настоящему изобретению.

Прежде всего, как показано на фиг. 5, порошок из вольфрама (W), молибдена (Mo), рутения (Ru), никеля (Ni) и/или тантала (Ta), формуется в форме стержня и затем спекается. Когда спекание завершается, материал стержня 50 нарезается на отрезки заданной длины для получения пористых таблеток 500. Здесь поперечное сечение таблетки может представлять собой круг либо многоугольник.

Затем, как показано на фиг. 6, пористая таблетка 500, соприкасающаяся с катодным материалом 600, нагревается при высокой температуре, так чтобы катодный материал мог проникать в полости пористой таблетки.

Затем, как показано на фиг. 7, после установки нижней поверхности таблетки 500 лицом вверх на нижней поверхности таблетки создается слой пайки 700 из рутения (Ru) и/или молибдена (Mo) толщиной от 10 до 100 мкм.

Как показано на фиг. 8, первая металлическая деталь 510, содержащая молибден (Mo), вольфрам (W) и/или тантал (Ta), приводится в соприкосновение со слоем пайки 700, и затем первая плоская металлическая деталь 510 и слой пайки 700 нагреваются до высокой температуры, так что первая металлическая деталь 510 закрепляется на нижней поверхности таблетки с помощью расплавленного слоя пайки 700.

Затем как показано на фиг. 9, единичная нить накала либо крестообразная нить накала 600 устанавливается на первой металлической детали 510, а вторая плоская металлическая деталь 520 укладывается на нее. Затем вторая металлическая приваривается к первой металлической детали, в результате чего получается конструкция катода согласно настоящему изобретению.

С другой стороны, в другом варианте реализации настоящего изобретения шаг, при котором материал катода импрегнируется в таблетку, выполняется, в отличие от рассмотренного выше варианта, после того как первая металлическая деталь соединяется с таблеткой посредством пайки. Соответственно в способе производства катода прямого накала согласно настоящему изобретению, если это требуется, может быть изменен порядок следования операции импрегнирования материала катода.

Из-за того, что нить накала прикреплена к нижней поверхности таблетки 500 между первой и второй плоскими деталями, конструкция катода, изготовляемая вышеуказанным способом согласно настоящему изобретению, имеет следующие достоинства.

Во-первых, если импрегнирование катодного материала выполняется после шага пайки первой детали, может быть предотвращено окисление материала, испускающего электроны, из-за пайки.

Во-вторых, поскольку нижняя поверхность таблетки полностью покрыта первой металлической деталью, которая припаяна, может быть заблокировано испарение материала, испускающего электроны, через нижнюю поверхность таблетки. В результате оказывается возможной непрерывная электронная эмиссия, и срок службы конструкции катода возрастает.

В-третьих, конструкция нити, прикрепленной к таблетке, весьма устойчива к внешним воздействиям.

В-четвертых, поскольку материал, испускающий электроны, не проникает через нижнюю поверхность таблетки, может быть предотвращено повышение хрупкости нити.

Как было описано выше, конструкция катода, изготовленная по способу изготовления конструкции катода прямого накала согласно настоящему изобретению может способствовать повышению качества продукции и производительности благодаря прочной конструкции таблетки и улучшенного процесса сварки.

Также конструкция катода согласно настоящему изобретению может быть использована в цветных CRT для телевизоров с большим экраном и компьютерных мониторах, а также в небольших черно-белых CRT.

Конструкция катода прямого накала включает пористую таблетку, насыщенную катодным материалом, первую металлическую деталь, прикрепленную к нижней поверхности пористой таблетки, вторую металлическую деталь, сваренную с первой металлической деталью, и нить накала, размещенную между первой и второй металлическими деталями. Способ изготовления конструкции прямого накала включает шаги изготовления пористой таблетки, имеющей множество полостей, соединения первой металлической детали с нижней поверхностью пористой таблетки посредством слоя сварки, импрегнирования материала, испускающего электроны, в полости таблетки и сваривания второй металлической детали с первой металлической деталью, так что нить накала располагается между первой и второй металлическими деталями. Второй вариант способа отличается от первого последовательностью операций, а именно: сначала импрегнируют материал, испускающий электроны в пористую таблетку, а затем соединяют первую металлическую деталь с нижней поверхностью пористой таблетки. Технический результат заключается в увеличении срока службы конструкции катода, т.к. термоэлектроны не излучаются через нижнюю поверхность таблетки. 3 с. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Конструкция катода прямого накала, содержащая: пористую таблетку, в которую импрегвируется катодный материал, отличающаяся тем, что содержит первую металлическую деталь, прикрепленную к нижней поверхности указанной пористой таблетки; вторую металлическую деталь, приваренную к первой металлической детали, и нить накала, размещенную между указанными первой и второй металлическими деталями. 2. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что таблетка и первая металлическая деталь соединены слоем пайки. 3. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что слой пайки образуется из по меньшей мере одного металла, выбираемого из группы, состоящей из рутения (Ru) и молибдена (Мо). 4. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что нить накала, закрепленная между первой и второй металлическими деталями, расположена крест-накрест или радиально. 5. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что нить накала, закрепленная между первой и второй металлическими деталями, расположена крест-накрест или радиально. 6. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что нить накала, закрепленная между первой и второй металлическими деталями, расположена крест-накрест или радиально. 7. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что таблетка в качестве основной составляющей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W), рутения (Ru), молибдена (Мо), никеля (Ni) и тантала (Та). 8. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что таблетка в качестве основной составляющей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W), рутения (Ru), молибдена (Мо), никеля (Ni) и тантала (Та). 9. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что таблетка в качестве основной составляющей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W), рутения (Ru), молибдена (Мо), никеля (Ni) и тантала (Та). 10. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что нить накала в качестве основной составляющей включает один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W) и молибдена (Мо). 11. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что нить накала в качестве основной составляющей включает один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W) и молибдена (Мо). 12. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что нить накала в качестве основной составляющей включает один металл, выбранный из группы, состоящей из вольфрама (W) и молибдена (Мо). 13. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй деталей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из молибдена (Мо), вольфрама (W) и тантала (Та). 14. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй деталей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из молибдена (Мо), вольфрама (W) и тантала (Та). 15. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй деталей включает по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из молибдена (Мо), вольфрама (W) и тантала (Та). 16. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что диаметр и толщина пористой таблетки составляют соответственно 0,4 - 2,0 мм и 0,2 - 1,0 мм. 17. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что диаметр и толщина пористой таблетки составляют соответственно 0,4 - 2,0 мм и 0,2 - 1,0 мм. 18. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что диаметр и толщина пористой таблетки составляют соответственно 0,4 - 2,0 мм и 0,2 - 1,0 мм. 19. Конструкция катода прямого накала по п.1, отличающаяся тем, что диаметр и толщина второй металлической детали составляет соответственно 0,3 - 3,0 мм м 20 - 200 мкм. 20. Конструкция катода прямого накала по п.2, отличающаяся тем, что диаметр и толщина второй металлической детали составляет соответственно 0,3 - 3,0 мм и 20 - 200 мкм. 21. Конструкция катода прямого накала по п.3, отличающаяся тем, что диаметр и толщина второй металлической детали составляет соответственно 0,3 - 3,0 мм и 20 - 200 мкм. 22. Способ изготовления конструкции катода прямого накала, в котором изготавливают пористую таблетку, имеющую множество полостей, отличающийся тем, что соединяют первую металлическую деталь с нижней поверхностью пористой таблетки посредством слоя пайки, импрегнируют материал, испускающий электроны, в полости таблетки и сваривают вторую металлическую деталь с первой металлической деталью так, что нить накала закрепляется между первой и второй металлическими деталями. 23. Способ изготовления конструкции катода прямого накала по п.22, отличающийся тем, что слой пайки образуют из металлического порошка, содержащего один металл, выбираемый из группы, состоящей из рутения (Ru) и молибдена (Мо). 24. Способ изготовления конструкции катода прямого накала по п.23, отличающийся тем, что слой пайки формируют с шириной 10 - 100 мкм. 25. Способ изготовления конструкции катода прямого накала в котором, изготавливают пористую таблетку имеющую множество полостей, отличающийся тем, что импрегнируют материал, испускающий электроны, в полости таблетки, соединяют первую металлическую деталь с нижней поверхностью пористой таблетки посредством слоя пайки и сваривают вторую металлическую деталь с первой металлической деталью так, что нить накала закрепляется между первой и второй металлическими деталями. 26. Способ изготовления конструкции катода прямого накала по п.25, отличающийся тем, что слой пайки образуют из металлического порошка, содержащего один металл, выбираемый из группы, состоящей из рутения (Ru) и молибдена (Мо). 27. Способ изготовления конструкции катода прямого накала по п.26, отличающийся тем, что слой пайки образуют с толщиной 10 - 100 мкм.