Катод для электровакуумных приборов (его варианты) и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК H01J1/32 H01J9/04 

отношению к весу эмиссионного вещества, которым смачивают частицы

эмиссионного вещества и прокаливают при ЗО-бОО С в течение 20-30 мин.

1. КатоА для электровакуумных приборов,,содержащий керн из тугоплавкого металла, йа котором расположен губчатый слой, из порошка этого же металла , запоянемный частицами эмиссионного вещества на соединения металлов III А группы периодической системы, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к воздействию электронной бомбардировки и увеличения долговечности катода, частицы эмиссионного вещества покрыты пленкой ренита металла эмиссионного вещества и рения толщиной 10-100 А. 2. Способ изготовления катода для электровакуумных приборов, включающий операцию введения эмиссионного вещества на основе соединения металлов III А группы периодиче ской системы в губчатый слой, отличающийс я тем, что частицы эмиссионного вещества предварительно смачивают раствором рениевой кислоты или спиртовым раствором окислов рения в количестве 1т10 в пересчете на чистый рений по отношению к весу эмиссионного вещества , затем эмиссионное вещество прокаливают в водороде при 450бОО С в течение 20-30 мин. 3. Катод, содержащий керн, на котором расположен губчатый слой, заполненный эмиссионным веществом на основе карбонатов щелочноземельных металлов, частицы которых имеют покрытие из рения, отличающийс я тем, что, с целью повышения устойчивости к воздействию электронной бомбардировки и увеличения долговечности катода, покрытие частиц эмиссиО онного вещества дополнительно содер- . жит рениты щелочноземельного металла и .имеет толщину 10-100 А. 4 k. Способ изготовления катода для СО электровакуумных приборов, включающий 00 операции покрытия частиц эмиссионно,го вещества на основе карбонатов щелочноземельных металлов соединением рения, прокаливания эмиссионного веtiiecTBa в водороде и внесения эмиссионного вещества в губчатый слой, о тл и ц a ю щ и и с я тем, что в качестве соединения рения используют раствор рениевый кислоты или спиртовой раствор окислов рения в количестве 1-10% в пересчете на чистый рений по

Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодам дл электровакуумных приборов и способам их изготовления. Целью изобретения является-повышение устойчивости к электронной бомбардировке и увеличение долговечности катода..Указанная цель достигается тем, что в катоде для электровакуумных при боров, содержащем керн из тугоплавкого металлаj на котором расположен губчатый слой из порошка этого же металла, заполненный частицами эмиссией ного вещества на основе соединений металлов III А группы периодической системы, частицы эмиссионного вещества покрыты пленкой ренита металла эмиссионного вещества и рения толщиной 10-100 А. Указанная цель достигается также способом изготовления катода, включающим операцию введения эмиссионного вещества на основе соединений металлов III А группы периодической системы в губчатый слой, в котором части цы эмиссионного вещества предваритель но смачивают раствором рениевои кислоты или спиртовым раствором окислов рения в количестве Т-10 в пересчете на чистый рений по отношению к весу эмиссионного вещества, затем эмиссионное вещество прокаливают в водоро де при 50-600°С в течение 20-30 мин, 8 другом варианте покрытие частиц эмиссионного вещества дополнительно содержит рениты щелочноземельных ме таллов при толщине покрытия 10-100 А ,В качестве соединения рения используют раствор рениевои кислоты или спиртовой раствор окислов рения в количестве 1-10% в пересчете на чистый рений по отношению к весу, эмиссионного вещества, которым смачивают частицы эмиссионного вещества и прокаливают при ЗО-бОО С в течени 20-38 мин. (аличие слоя ренита эмиссионного металла, например рейита иттрия , ренита лантана l.a(E.eO-j) и рения толщиной lO-tOO А на поверхности частиц соответствующего эмиссионного вещества - окиси иттрия, гексаборида лантана, позволяет ослабить эффект разложения эмиссионного вещества под действием электронной бомбардировки, улучшить электрический и тепловой контакт между отдельными частицами и тем самым повысить электропроводность и теплопроводность эмиссионного покрытия,, увеличить электропрочность и долговечность катода. Термоэмиссионные и вторично-эмиссионные свойства катода при этом изменяются незначительно. Здесь следует отметить, что электропроводность указанных ренитов близка к электропроводности металлов благодаря низкому удельному сопротивлению двуокиси рения (ReO), равному 8« . Существенное значение имеет толщина покрытия. Так при Т9лщине слоя менее 10 А эффект ослабления воздействия электронной бомбардировки незначительный, электропроводность и теплопроводность эмиссионного вещества практически не увеличивается. Увеличение толщины слоя ренита и рения более 100 А нецелесообразно, так как оно приводит к ухудшению термо- и вторично-эмиссионных свойств -катодов о При этом по сравнению с металлизацией частиц эмиссионного вещества другими металлами, в случае применения рения, .снижение квээ, происходит в меньшей степени из-за высоких вторично-эмиссионных свойств самого рения. По предлагаемому способу частицы .эмиссионного вещества смачивают раствором рениевои кислоты или спиртовым раствором окислов рения. Операция смачивания частиц порошка эмиссионного материа/ а раствором соединения рений позволяет получить равномерный слой соединения рения на поверхности каждой частицы. При этом соединения рения не должны содержать каких-либо веществ, отрицательно влияющих на эмиссионные свойства вещества. Это достигается при использовании окислов рения, которые растворяют в спирте, или рениевои кислоты, растворимой в воде. Для получения слоя ренита толщиной ТО-ТОО А на частицах С наиболее распространенным размером 1-3 мкм необходимо использовать раст вор соединений рения в количестве 1-10 в пересчете на чистый рений вес по отношению к весу эмиссионного вещества. Указанные соединения рения взаимо действуют с эмиссионным веществом, образуя на поверхности частиц слой ренитов эмиссионного металла, например ренита иттрия У(Ее04)з которые затем восстанавливаются при прокалке в водороде до ренитов, например до ренита иттрия Y(,. , Образова ние ренитов происходит также при взаимодействии эмиссионных веществ С окислами рения во время прокалки в водороде. Параллельно частично иде восстановление соединений рения до чистого рения. Нагревание эмиссионно го вещества в водороде ведут при 600°С. Ниже 50С восстановление указанных соединений рения идет очен медленно, выше 600°С происходит улетучйвание окислов рения. Время 2030 мин при указанном интервале температур достаточно для восстановления ренатов в рениты, высших окислов рения и рениевой кислоты в двуокись рения ReO. и образования ренитов. При увеличении времени идет медленны процесс восстановления двуокиси рения до чистого рения. В другом варианте катода наличие на частицах карбонатов ЩЗМ покрытия из ренитов ШЗМ с указанной толщиной оказывает аналогичный эффект повышения устойчивости к электронной бомбардировке и увеличения долговечное ти как и на катодах на основе соединений металлов III А группы, например окиси иттрия. Физико-химические процессы, проис ходящие при изготовле ии катодов на основе карбонатов ЩЗМ, по указанному способу аналогичны процессам при изготовлении катодов на основе соединений металлов III А группы. Когда материалы керна и губчатого слоя не взаимодействуют с водородом, например в случае губчатого оксидноникелевого катода или катода на осно ве окиси иттрия с керном и губкой из молибдена, операцию смачивания частиц эмиссионного вещества раствором соединения рения и прокалки их в водороде можно проводить после нанесения частиц эмиссионного вещества на катод. Такую технологию целесообразно использовать также, когда на одном катоде требуется создать участки с различными свойствами. БЫЛИ изготовлены вторично-эмиссионные губчатые катоды, торцового типа диаметром 5 мм на танталовом керне с танталовой губкой для определения эмиссионных свойств цилиндрической формы диаметром 2k и длиной 150 мм, диаметром 20 и длиной 2kO мм, диаметром 8 и длиной 22 мм не ниобиевом и молибденовом кернах с танталовой губкой для испытаний в реальнух приборах. Удельные привесы губки и окиси иттрия соответствовали обычной технологии губчатых катодов. , Перед нанесением на катод окись иттрия пропитывалась водным раствором рениевой кислоты различной концентрации. Концентрация кислоты и ее количество выбирались в зависимости от требуемой толщины слоя реиита на поверхности частиц эмиссионного материала. Затем окись иттрия высушивалась при „ 100-120°С до постоянного веса и прокаливалась в водородной печи. Установлено, что после прокалки при в течение 30-60 мин процесс образования ренитов не закончен и вещество содержит высшие окислы рения или их соединения, которые при нагревании в вакууме испаряются при рабочих температурах катода. Таким образом, концентрация рения меняется, свойства катода не воспроизводимы по основным эмиссионным параметрам квээ и работе выхода. Аналогичные результаты получены после прокладки материала при в течение 15 мин. При заметна скорость испарения окислов рения, из-за чего состав материала меняется уже во время прокалки, а его эмиссионные свойства не воспроизводимы. Поэтому материалы, полученные по указанным режимам, подвергать дальнейшим испытаниям нецелесооб{5азно. Для исследования эмиссионных свойств использовалась окись иттрия, прокаленная в водороде при Ц50-600 С в течение 20-30 мин с размером частиц 1-3 мкм и содержанием ренита иттрия и рения в пересчете на чистый рений 0,5; 1,2; 8; 10; 11 и 1б. Для указанного размера частиц эмиссионного вещества содержание

1-ТО мае. соответствовало толщине слоя ранита и рения на частицах 10100 А. Из полученной таким образом окиси иттрия приготовлялась суспензи и наносилась на керн с губчатым слое по обычной технологии. Иаксимальный квээ для таких катодов равен 2,42,6 и работа выхода 3,-3t эВ при, температуре 1200-1ЙОО С. Контрольные образцы катодов с чистой окисью иттрия имели максима ль нь«4 квээ 2,62,8 и работу выхода 3,3-3, эВ. При испытаниях в диоде термоэмиссионные свойства катодов с .рабочей температурой и токоотбором kk тА/см2 не изменились s течение tOOO ч.

Достижение эффекта по увеличению устойчивости к воздействию электронной бомбардировки и увеличению долговечности исследовалось на оксидноиттриевых катодах.

При содержании рения в эмиссионном веществе 0,5 мае. (толщина покрытий ренита эмиссионно-активного металла менее 10 А) катоды по устойчивости к электронной бомбардировке практически не отличались от катодов на основе чистой окиси иттрия. У катодов с содержанием рения |1 мас.% (толщина покрытия более 100 А) наблюдается резкое снижение квээ до 1,6. Поэтому катоды с содержанием рения 6,5 и 11 мае. дальнейшим испытаниям на долговечность не подвергались.

Катодь с содержанием рения 1-2, Ц, 8-10 молД (что соответствовало толщине слоя 10-100 А) испытаны в течение 15-20 м в и;зделиях при мощности йбратной электронной бомбардировки, превышающей в 3 раза предельный уровень мощности электронной бомбардировки для катода из чистой окиси иттрия. При этом не наблюдалось ограничений по отбору тока с катода. В изделиях непрерывного действия достигнут уровень плотности тока в 3 раза выше, а в изделиях, работающих в импульсном режиме, в

1,3 раза выше по сравнению с катодами из. чистой окиси иттрия.

Полученное увеличение по токоотбору и устойчивости к электронной

бомбардировке свидетельствует о соответствующем увеличении долговечности таких катодов по сравнению с катодами на основе чистой окиси иттрия. Цилиндрический катод на основе

окиси иттрия с содержанием рения 8 мас.%, у 8 и длиной 30 мм испытан в базовом изделии М-типа непрерывного действия при Мощности обратной электронной бомбардировки 25 Вт/см

-при температуре Й50 С. Прибор проработал в указанном режиме 1б50 ч без ухудшения параметров. Средняя наработка базового прибора по данным эксплуатации составляет 500-1000 ч.

Исследован губчатый катод с эмис- . сионным веществом на основе карбонатов толщиной слой ренита и рения 50 А (общее содержание рения 2 мас.). При работе катода в течение

1000 ч при 850 С его свойства были стабильны.

Следует добавить, что порошки эмиссионного материала, покрытые пленкой ренитов эмиссионно-активных ме Саялов, по предлагаемой технологии могут быть использованы для изготовления матричных керметгкатодов, например, на основе смеси окиси иттрия, покрытой слоем ренита иттрия, и вольфрам.ового порошка.

Экономическая эффективность от внедрения предложенного изобретения может быть достигнута за счет увелимения долговемности катодов в электровакуумных изделиях, а также увеличения процента выхода годных изделий.