Металлопористый катод Советский патент 1983 года по МПК H01J1/20 

Изобретение относится к электрон ной технике, в частности к конструк циям термокатодов для вакуумных СВЧ приборов. Дпй создания ряда вакуумньк СВЧ приборов, например миллиметрового диапазона волн, необходилол источники электронов с малым диаметром пучка, большой плотностью тежа в непрерывном режиме и значительным (десятки тысяч часов службы Последнее требование особенно существенно при использовании электронных приборов в бортовой аппаратуре спутников связи. Среди известных типов катодов наиболее перепективньл и для этих целей по токовой нагрузке являются металлопористые катоды ( MI1K). Однако с уменьшением размеров рабочей поверхности МПК их срок службы Пс1дает, что связано с технологическими трудностями изго товления качественной летниатюрной губки, ухудшением отношения объема губки катода { пропорционального запасу активного вещества к поверхности катода, через которую происхо дит испарение активатора, а также с тем, что при малых размерах эмиттера в наибольшей степени сказывается отрицательное воздействие на него остаточных газов и ионной бомбардировки в связи с увеличением интенсивности воздействия, приходящегося на единицу поверхности эмиттера. Известна конструкция МПК L-типа, в которой губка из тугоплавкого ме Тсшла имеет в своем теле полость, в которую введено активное вещество 1. Однако при малых размерах эмиттирующей поверхности (диаметром 2 мм и менееJ в таком катоде очень сложно получить качественную герметизацию полости с запасом активного вещества, так как при малой губке увеличивается вредное влияние разогрева, пр изводимого во время герметизации (обычно пайкойJ, проявляющееся в образовании значительных краевых дефектов на губке, например в пропитке губки припоем на глубину, составляющую существенную долю общего размера миниатюрного катода. Кроме того при малом размере губки Ц-катода тру нее выполнить качественное закрытие пор на нерабочих поверхностях губки На Ь-катоде малого размера также в наибольшей степени проявляется один из основных недостатков этого типа МКП - большое время обезглаживания катода в приборе, так как уменьшается сечение губки, через которое выделяющиеся в полости газы йыходят в вакуумный объем прибора. Поэтому t-катоды с малым размером эмиттера (менее 2 мм) не разрабатываются и не применяются. Известен миниатюрный МПК, содержащий корпус, в котором основная губка с расположенным в ее порах активным вещес7вс 1 выполнена в виде основания сравнительно большого диаметра, являющегося резервуаром активного вещества, переходящего в эмиттирующий выступ с поперечным сечением, равным сечению рабочей поверхности МПК. Основание закреплено в корпусе из тугоплавкого металла, а поры на нерабочих (боковых) поверхностях выступа закрыты одним из известных способов 2. Недостатком известной конструкции миниатюрного МПК, несмотря на применение резервуара с большим запасом активного вещества, является невысокая долговечность катода из-за неэффективной доставки необходимого количества активатора из основания резервуара через малое сечение выступа на его рабочую поверхность, в результате чего не обеспечивается компенсация поступающим активатором интенсивного отравления миниатюрных катодов остаточными газами и ионной бомбардировкой. Цель изобретения - повышение долговечности катода и прибора. Поставленная цель достигается тем, что у металлопористого катода, содержащего корпус и закрепленную в нем основную губку с активным веществом, выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом, основание губки со стороны, противоположной выступу, содержит паз, в котором расположена открытая в сторону выступа подпитывающая камера из тугоплавкого металла, заполнения смесью вольфрама и активного вещества с пористостью 35-80%, при этом пористость основной губки составляет 24-26%, а поперечное сечение подпитывающей камеры перекрывает поперечное сечение выступа. Дополнительно долговечность предлагаемого катода может быть увеличена за счет того, что на торцовуюповерхность основания установлен экран из тугоплавкого металла с отверстием од выступ, соединенный с корпусом с этой поверхностью. На чертеже изображена предлагаемая онструкция миниатюрного пропитанноо МПК. В корпусе 1 катода закреплена айкой основная губка, состоящая из снований 2 и выступа 3. В порах той губки, выполненной, например з вольфрама или смеси вольфрама с ругими металлами (Re, 0s и др.), одержится активное вещество на снове соединения бария, алюминат Ва-Са. Пористость губки составляет 24-26%. На рабочей поверхности выступа расположена тонкая пленка 4 из металлов,, понижающих работу выхо да электронов. На торцовой части ос нования установлен экран 5, соединенный с корпусом и частично с осно ванием пайкой. В основании выполнен паз коаксиально с выступом, в который введена по плотной посадке подпитывающая камера 6 из тугоплавкого металла/ например молибдена. Камера открыта в сторону выступа. В нее предварительно введена спрессованная и спеченная смесь 7 из вольфрама и активного вещества на основе соединений бария. Пористость подпитывающей губки составляет 35-80% а ее поперечное сечение перекрывает с чение выступа. В корпусе катода раэ мещен подогреватель 8, изолированны от корпуса составом 9. На чертеже изображен также фокусирующий электрод 10 пушки прибора. В предлагаемой.конструкции миниатюрного МПК повышение срока службы достигнуто за счет увеличения запаса активного вещества в объеме като да без увеличения скорости испарени активатора и за счет повышения фекти зности его доставки в выступ без существенной потери через нераб чие поверхности губки. Проведенные, на предприятии исследования зависимости долговечности МПК от пористос губки, и следовательно, от запаса активного вещества в ней показали, что на кривой этой зависимости существует максимум, приходящийся на пористость 24-26%, при меньшем значении пористости наблюдается резкий спад долговечности МПК, а при больших - долговечности проис,,ходит менее интенсивно. В предлагае мой конструкции миниатюрного МПК ис пользована основная губка с этой оптимальной для долговечностипористостью, и в то же время, запас активного вещества в катоде увеличен за счет введения в основную губку подпитывающей губки с пористостью 35-80% (при меньшем значеНИИ пористости губки в подпитывающей камере .повьвиение запаса активного вещества в ней не обеспечивается, так как не компенсируется потеря части объема основания губки, приходящего на стенки камеры, а при большем значении не удается обеспечить равномерное распределение врльфрс1ма в активном веществе, что приводит к уменьшению эффективности протекания реакции между ними . Увеличение пористости губки в подпитывающая камере до указанных значений не приводит к возрастанию скорости испарения активатора из выступа, так как она Ьпределяется пористостью слоя основания губки, расположенного над камерой, и выступом, равной 24-26%.Наличие такого слоя обеспечивается тем, что паз для камеры расположен коаксиально с выступом, а поперечное сечение губки в подпитывающей камере, введенной в паз, перекрывает сечение выступа. Таким образом, запас активного вещества в катоде увеличивается без возрастания скорости испарения активатора из выступа, что приводит к увеличению долговечности миниатюрного МПК. Кроме того, применение самой камеры и ее расположение в катоде позволяют увеличить эффективность доставки активатора из основания с камерой в выступ, так как в связи с тем, что поперечное сечение губки в подпитывающей камере перекрывает сечение выступа, а камера и выступ расположены соосно друг другу и направление потока активатора из камеры с повьлленньм запасом активного вещества ограничено непроницаемыми для него стенками камеры, активатор из камеры поступает в область выступа, а не диффундирует во всех направлениях. Благодаря установке Э1срана с отверстием под выртуп на торцовую поверхность основания долговечность миниатюрного МПК может быть дополнительно увеличена в результате ликвидации испарения активатора с этой поверхности и части поверхности выступа. При этом экрансоединен с корпусом для предотвращения испарения активатора в зазор ме;;;ду корпусом и экраном и только частично соединен с торцовой поверхностью основания. Последнее необходимо для того, чтобы не происходило сужение поперечного сечения выступа в месте его перехода в основание из-за возможной пропитки губки по торцовой поверхности припоем. Верхний предел поперечного сечения губки подпитывающей камеры определяется тем, чтобы обеспечить механическую прочность стенок паза в основании. Наличие этих стенок, а также плотное прилегание камеры к ним обеспечивает эффективную герметизацию активного вещества в камере, не позволяющую активатору диффундировать через возможные дефекты в паянном соединении основания губки с корпусом катода. В связи с увеличением запаса активного вещества в катоде в результате применения подпитывающей камеры можно уменьшить высоту выступа до минимальных размеров (определяемых формой управляющего элeктpoдa и не использовать переходную коническую часть губки, так как запас акти ного вещества в выступе и .в корпусе не играют, первостепенной роли в соз дании общего запаса активного вещества в катоде, что дает возможность значительно снизить потери активатора испарением через боковую нерабочую поверхность выступа даже в случае неполного закрыЩя этой поверхности. Предлагаемая конструкция миниа,тюрного МПК р€Ю1изована в следующем варианте.. . Основная губка из вольфрама имее пористость 25% и пропитана алюминатом ЗВаО О , 5СаО . Основание губки имеет диаметр 2,8 мми высоту 1,1 мм. Шдступ имеет диаметр 1,5 мм и высоту 0,5 мм. Губка закреплена в молибденовом корпусе пайкой вольфрамокобальто ым припоем. На торцовой поверхности основания губки уст новлен экран из молибдена толщиной 0,1 N01, соединенньО} с корпусом и ос нованием пайкой (на части диаметра основания). Подпитывающая камера изготовлена из молиОдена тол1чнной 0,1 мм и имеет внутренний диаметр 1,65 ют и.высоту 0,8 мм. Несоосность выступа -и паза не более 0,5мм Губка в камере имеет пористость 35 -° 50% и пропитана алюминатом 5ВаО ЗСаО; . Камера вставлена в паз основания на плотной посадке с помощью подпрессовки, а перед пайкой основной губки с -введенной подпитывающей камерой в .корпусе катода на мейто сочленения основания с камерой на торцовой поверхности нйно-, сится алунд для предотврадения -попадания припоя в объем камеры. Эмиттирующая поверхность выступа после пайки подвергается проточке резцом, а затем ионному травлению в. плазме азота и покрытию пленкой Ds+lг+А1 толщиной 0,5 мкм. Сравнительныеиспытания катодов этой конструкции и катода без подпитывающей камеры показсши., что срок службы предлагаемого катода увеличивается в 1,5-2 раза и более, в частности,при форсированных испытаниях таких катодов при (fC(. Mc получена долговечность 250-300 ч для предлагаемого катода (что при рабочей температуре 1050 С эквивалентно долговечностив 65-75 тыс.. ч;, а для катода без подпитывающей камеры - 120-150 Ч (или 30-38 тыс.ч при указанной рабочей температуре). Разработанная конструкция минитюрного tillK может Garb рекомендоана дпя применения в различных ипах вакуумных приборов с электоннш( мгшого сечения (ЛБВ др).

1. МЕТАЗШрПОРИСТЫЙ КАТОД, .содержащий корпус и закрепленную в нем основную губку с активным веществом, выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом., отличающийся тем, что, с целью повьлаения долговечности катода, основание губки со стороны, противоположной выступу, содержит паз, в котором расположена открытая в сторону выступа подпитцвающая камера из тугоплавкого металла, заполнен-, ная смесью вольфрама и активного вещества с пористостью 35-80%, причем поперечное сечение подпитьшающей камеры перекрывает поперечное сечение выступа, а пористость основной губки составляет 24-26%, 2, Катод по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, на. торцовую поверхность основания установлен экран из тугоплавкого меташла с отверстием под выступ, соединенный с корпусом и с этой поверхностью. Jib 00 1:л Од