ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 2001 года по МПК H01J1/14 H01J1/42 

Изобретение относится к области эмиссионной электроники и газоразрядной техники и может быть использовано в вакуумных и газонаполненных электронных приборах и устройствах в качестве холодных или подогревных катодов.

Известен разрядник [1] , у которого в качестве активного вещества используются галогениды щелочноземельных металлов (ЩЗМ).

Известен оксидный катод [2], у которого формирование эмиссионного слоя, то есть получение ионных (окрашенных) кристаллов со свойствами примесного полупроводника, происходит путем термической и токовой активировки.

Недостатком данных катодов является необходимость высокотемпературной активировки эмиссионного вещества в вакууме или водороде для получения необходимых вторично-эмиссионных свойств, что неприемлемо для ряда миниатюрных, бесштенгельных приборов. Отсутствие в составе катода восстановительных ЩЗМ приводит к ярко выраженному эффекту Мальтера, что отрицательно сказывается на стабильности параметров газоразрядных приборов (увеличение разброса статического напряжения пробоя, повышение потенциала погасания, увеличение эрозии активного вещества электрода).

Данные недостатки ставят задачу оптимизации состава покрытия электродов электронных и ионных приборов, в частности искровых разрядников.

Решение данной технической задачи достигается тем, что активное вещество (эмиссионное покрытие) электрода, состоящее из сплава щелочных ЩМ или/и ЩЗМ с металлами-растворителями, имеющими большую температуру плавления, чем используемые ЩМ или/и ЩЗМ, после обработки газом (например, кислород, хлор, фтор), содержит 0,5-50 ат.% неокисленного ЩМ или ЩЗМ. При необходимости, для более равномерного распределения компонентов в активном веществе, оно подвергается термической или/и токовой обработке до выхода на поверхность электрода неокисленных ЩМ или ЩЗМ.

Использование предложенного решения позволяет снизить эрозию активного вещества электродов, и за счет исключения эффекта Мальтера стабилизировать параметры защитных газонаполненных разрядников (уменьшить разброс статического напряжения пробоя, увеличить потенциал погасания).

Для проверки вышеизложенных положений использовались макеты разрядников, конструкция которых приведена на фиг. 1.

Разрядник состоит из двух кернов 1, на торцы которых нанесено активное вещество 4. Для устранения явления первого пробоя на внутреннюю поверхность изолятора 2 нанесен изотоп 3 в виде сернокислой соли Ni63. В качестве рабочего газа использовался Ar.

На фиг. 2а представлена конструкция электродов, в которых активное вещество 4 на керн 1 наносилось методом вакуумного осаждения. К примеру, активное вещество на основе сплава ЩЗМ с медью получали как одновременным испарением компонентов, так и послойным напылением компонентов с последующим диффузионным отжигом. В качестве материала керна 1 использовался или молибден, или железоникелевый сплав. В последнем случае для уменьшения диффузии компонентов покрытия вглубь керна, происходящей в процессе технологических обработок, активное вещество наносилось на подслой 5 выполненный из молибдена (фиг. 2б). Это способствовало сохранению процентного состава эмиссионного покрытия, толщина которого составляла 1-5 мкм. Для уменьшения взаимодействия активного вещества с атмосферными газами во время технологических переходов на ее поверхность наносился защитный слой 6, выполненный из вещества, не взаимодействующего с компонентами покрытия (фиг. 2в).

На фиг. 3 представлена конструкция электрода, в которой таблетка активного вещества 4 припаяна к керну 1. Таблетку изготавливали путем прессования порошка выбранного сплава с усилием 2 г/см².

Собранный разрядник помещался в откачную камеру, в которой создавался вакуум не хуже чем 5•10^-5 мм Hg, затем происходило обезгаживание деталей разрядника в течение выбранного времени при установленной температуре. Далее следовали следующие операции: остывание, напуск необходимого газа для получения выбранных соединений (например, оксиды, хлориды, фториды), внутреннее окисление ЩМ или/и ЩЗМ, откачка, обезгаживание, напуск рабочего газа и герметизация разрядника/ Для выравнивания концентрации в активном веществе ЩМ и ЩЗМ проводилась термическая или/и токовая активировка до выхода последних на поверхность электрода. Это обеспечивало необходимые вторично-эмиссионные свойства поверхности электрода.

Диапазон исследуемых концентраций ЩМ и ЩЗМ к активном веществе катода изменялся в диапазоне 0,3-60 ат.%. Сравнительные испытания разброса параметров разрядников с электродами, покрытыми активными веществами, состоящими из сплавов литий - медь, цезий - германий, стронций - медь, барий - медь, внутренне окисленных хлором и кислородом, показали повышение стабильности статического напряжения пробоя и потенциала погасания разрядника не менее чем на 30% по сравнению с используемыми чистыми оксидами и хлоридами. При наличии в активном веществе менее 0,5% неокисленных ЩМ и ЩЗМ начинал фиксироваться эффект Мальтера. Присутствие в активном веществе более 50% неокисленных ЩМ и ЩЗМ уменьшало количество импульсов тока, выдерживаемых разрядником не менее чем на 30%, что связано с повышением эрозии ЩМ и ЩЗМ в активном веществе при дуговом разряде.

Дополнительное введение в состав активного вещества 1-20 ат.%, относительно содержания в сплаве ЩМ или ЩЗМ и их соединений, активаторов (например, титан, марганец, цирконий, кремний, алюминий) дополнительно повышало стабильность параметров разрядников в течение наработки не менее чем на 15%.

Использование активных веществ, в состав которых входили ЩМ и ЩЗМ (например, литий - стронций - медь - алюминий), позволяющие за счет гетерогенного зарождения получить более мелкие кристаллы соединений ЩМ и ЩЗМ, что повышало стабильность параметров разрядников не менее чем на 25%. Это связано с формированием более мелкой (более однородной) структуры активного вещества в процессе технологических обработок.

Использование подслоя тугоплавкого металла, препятствующего диффузии компонентов активного вещества в материал керна, как в процессе технологических обработок, так и процессе эксплуатации, повышало ресурс работы разрядника. Так, использование подслоя молибдена при покрытии: окись бария - барий - медь, повышало количество импульсов тока, выдерживаемых разрядником, не менее чем на 20%.

В связи с высокой химической активностью ЩМ и ЩЗМ и их окислов, для предотвращения взаимодействия с атмосферными газами при нахождении электродов на воздухе, на поверхность активного слоя наносился защитный слой. Критерием для выбора материала слоя служило отсутствие взаимодействия с компонентами покрытия. Опробовалось покрытие тонким слоем полимерной пленки, хотя эти функции могут выполнять и металлические пленки. В дальнейшем этот слой или удалялся в процессе технологических обработок (испарение легколетучей окиси молибдена в процессе дополнительного окисления), или оставался в составе электрода, выполняя уже иные функции. Например, способствовал стоку заряда с поверхностных слоев активного вещества.

Использование данного технического решения позволяет стабилизировать параметры газоразрядных приборов и увеличить их долговечность. Кроме того, оно позволяет формировать как холодные, так и подогревные катоды для различных типов электровакуумных и, газоразрядных приборов.

Источники информации
1. А.с. N 1769668 с приоритетом от 30.09.1987 г. Защитный разрядник. // В.Ф. Анисимов, Г.А. Витренко и др.

2. Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. Эмиссионная электроника. М., "Наука", 1966 г., с.207.

Изобретение относится к эмиссионной электронике, в частности электрод электронного прибора может быть использован в качестве холодных, подогревных и прямонакальных катодов в электронных и ионных приборах различных типов. Техническим результатом является оптимизация состава покрытия электродов. Для достижения указанного технического результата в электроде, состоящем из керна, на который нанесено активное вещество, включающее в себя сплавы щелочных или (и) щелочноземельных металлов с металлом-растворителем, имеющим температуру плавления выше температуры плавления щелочных или щелочноземельных металлов, активное вещество после обработки кислородом, или фтором, или хлором содержит 0,5-50 ат.% неокисленного щелочного или щелочноземельного металла. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрод электронного прибора, состоящий из керна и активного вещества, включающего в себя сплавы щелочных или/и щелочноземельных металлов с металлами-растворителями, имеющими более высокую температуру плавления, чем щелочные или/и щелочноземельные металлы, отличающийся тем, что активное вещество после обработки кислородом, или хлором, или фтором содержит 0,5-50 ат. % неокисленного щелочного или щелочноземельного металла. 2. Электрод электронного прибора по п.1, отличающийся тем, что активное вещество дополнительно содержит в своем составе активатор, составляющий 1-20 ат. % от общего содержания в сплаве щелочных или/и щелочноземельных металлов и их соединений. 3. Электрод электронного прибора по п.1, отличающийся тем, что активное вещество дополнительно содержит подслой молибдена, препятствующий диффузии компонентов покрытия вглубь керна. 4. Электрод электронного прибора по п.1, отличающийся тем, что активное вещество дополнительно содержит поверхностный слой полимера, не взаимодействующий с компонентами покрытия. 5. Электрод электронного прибора по п.1, отличающийся тем, что активное вещество подвергается термической или токовой обработке до выхода на поверхность электрода неокисленных щелочных или щелочноземельных металлов.