Материал для катода Советский патент 1990 года по МПК H01J1/30 

со

к|

ОЭ

СХ)

ьэ

1К)

Изобретение относится к эмиссионной электронике, в частности к составу материалов для высокотемператур} о- го катода, и может быть использовано в газоразрядных -лампах (тлеющего, искрового и дугового разрядов), где катоды работают в атмосфере повьш1ен- ных дав-лений инертных газов, при этом температура катода может достигать 2500 К и выше. Кроме того катод может быть использован также в МГД генера- торах, термоэмиссионных преобразователях и других приборах, где темпера- тура катода может достигать не менее 2500 К. ..

Целью изобретения является создание материала для катода, обладающего одновременно холодной эмиссией и высокой термоэлектронной эмиссией при высокой температуре,

Для достижения этой цели известный материал дополнительно содержит по крайней мере одно соединение ще- лочно-земельного металла, выбранное из карбонатов, скандатов, .алюминатов и алюмосиликатов . при следугощих соотношениях компонентов, мас.%: Алюмосиликат щелочного мета.пла 0,5-5 Соединение щелоч- но- земельного металла 2-10 Металл с высокой ; температурой

плавленияОстальное

Катод из такого.материала изготавливают нанесения смеси ука занньк компонентов на .металлическую подложку любым известным способом, например запрессовыванием в подложку и напылением суспензии с последующим спеканием. Кроме того,катод может быть предварительно получен в виде . сплава. Для этого смесь порошков указанных компонентов прессуют извест- i-tbif fH методами прессования с после- . дующим спеканием в вакууме или в за- щитной атмосфере. Давление прессования зависит от конкретного состава шихты и, как правило, не превьгашет « 10 Температура спекания также зависит от состава шихты и может варьироваться в пределах 1000-2000 Ко Установлено экспериментально., что варьирование содержания алюмоснликата щелочного металла в пределах 0,3- 5 МНС Л не оказывает существенного ылияиия на величину отбираемого тока эмиссии. При содержании в предлагаемом катодном материале меньше 0,5 мас. алюмосиликата токи эмиссии оказываются незначительными, что делает катоды такого состава неперспективными для практического применения. При увеличелии содержания алюмосиликата более 5 мас.% при неизменном количестве скандата бария (10 масД) отбираемые токи эмиссии в интервале температур 300-900 К значительно увеличиваются, но при этом ухудшаются технологические свойства такого катодного материала. Например, компоненты смеси не образуют сплав и ма- .териал остается рыхлым, что делает его непригодным длк практического применения.

Примеры реализации предлагаемого состава материалу катода.

Пример 1.

Катод, содержащий 85 мае.2 цир- коння, 10 мас.% скандата бария и 5 мас.% алюмосиликата натрия, изготавливают следую дим образом. Порошкообразный цирконий, алюмосиликат натрия и скандат бария смешивают в указанном массовом отношении. Полученную шихту подвергают тщательному пе- ремешивант-по, а затем помолу до получения частиц со средним размером, не превьплающем . Далее эихту прессутот в прессгформе, соответствующей форме изготавливаемого катода, ПРИ давлении прессованугя 5 т/см . Спрессованное тело спекают в защитной атмосфере (в водороде) при 1500 в течение 30 мин. Токи эмиссии катода, полученного таким образом, составляют j 3,98-10 А/см при Т 300 К и j 7,5-10 А/см при Т 1200 К, а значения эф(1)ективной работы выхода J равны 0,55 и 2,23 .эВ соответственно.

Изготовление катода с другими составами компонентов отличаются от описанного значениями давления прессования, температуры и времени спекания,

П р и м е р 2.

Катод, содержащий 90 мае, смеси Мо и Hf (массовое соотношение 2:1), 7 мас.% алюжшата бария и 3 мас.% смеси алюмосиликата натрия и калня с массовым соотношением компонентов э смеси 1:1, изготавливают так же, как в npifMepe 1. Давление прессования составляет 6 т/см, а температура спекания г 1600 К в течение 20 мин. Такой катод имеет токи эмиссии j

1,2-10- Л/см при Т 00 К и

j 4,5-10- Л/см при Т 1200 К.

П р и м е р 3.

Катод, содержащий 85 мае.X Re, 10 мас.% скандата бария и 5 мас.% смеси алюмосиликатов натрия, калил и рубидия с массовым соотношенпем 1:1:1, изготавливают так же, как в примере 1. Давление прессования сое- тавляет 6 т/см, а температура спекания - 1500 К в течение 20 мин. Такой катоц имеет токи эмиссии j 3,0 .10- А/с№ при Т 300 К и j 8,9-10- А/см при Т- 1200 К.

П р и м е р 4 S

Катод, содержащий 94,5 мас.% Hf, 4 мас.% карбоната бария, 0,5 мас.% алюмосиликатов натрия, калия и цезия с массовьм соотношением 1:1: изготавливают также, как в примере .1 Давление прессовгГТшя составляет 4 т/см , а температура спекания - 1400 К в течение 15 t-uni. Такой катод имеет ток эмиссии j 0,2 А/см при Т 300 К и j 1,3-10- А/см 2 при Т 1200 К.

П р и м е р 5.

Катод, содержащий 85 мас.% Hf, 10 мас.% карбоната бария -и 5 мас.% смеси алюмосиликатов натрия, калия и цезия с нассовьгм соотно иением

1:1 :

, изготавливают так же, как в

примере 1. Давление прессования составляет 6 т/см, а температура спекания - 1700 К в течение 25 мин.- Такой катод имеет ток эмиссии j 3,7-10- А/см2 при Т 300 К и j 5,1 -10- А/см при Т 1200 К.

Пример 6.

Катод, содержащг1й 85 мас.% Та, 10 мас.% смеси карбонатов бария и стронция эквимоляраого состава и 5 мас.% сМ еси алюмосиликатов натрия и цезия с массовым соотношением 1.1, изготавливают так же, как в ре 1. Давление прессования составляет 6 т/см , а температура спекан1 я - 1800 К в течение 20 мин. Такой катод имеет ток эмиссии j 3,2-10- А/см при Т 300 К и j 21,8 -10- А/см при Т 1200 К.

Пример 7.

Катод, содержащий 90 мас.% смеси Та и Re (массрвое соотношение 1:1), 7 мас.% тройной смеси карбонатов бария, стронция и кальция с массовым соотношением 55:40:5 и 3 мас.% смеси алюмосиликатов лития и рубидия е .мас,

г jQ 15

Ц

20

25

5

0

5

0

5

совым соотношением 1:1, изготашгива- ют так же, как в примере 1. Давление прессования составляет 7 т/см , а температура спекания - 1800 К в течение 20,мин. Такой катод имеет ток эмиссии j 2,7-10 А/см при Т 300 К и j 24,5-10- А/см ири Т 1200 К.

П р и м е р 8..

Катод, содержащий 86 мас.% Мо, 10 мас.% карбоната бария и 4 мас.% алюмосиликата рубидия, изготавливают следщощим образом. Для улучшения процесса прессования и спекания в шихту добавляют до 5 мас.% поливинилового спирта .После помола шихту прессуют при давлении 8 т/см и спекают при 1800-1900 К в течение 15 wiH. Такой катод имеет токи эмиссии j 2,1 10- А/см при Т . 300 К и j 3,8-10- А/см при Т 1200 К. Пример 9, Катод, содержащий 90 мас.% W, 10 млс.% алюмосиликата бария-цезия, изготавливают так же, как в примере 1. Давление прессования 7 т/см , температура спекания Т г 2000 К в течение 20 мин в водороде. Такой катод имеет токи эмиссии ,0-10 А/см при Т 300 К и j 4-10-. А/см при Т 1200 К.

П р и м е р 10. Катод, содержащий 93 мас.% W, 2 мас.% тройной смеси карбонатов бария, стронция, кальция и 5 мас.% алюмосиликата цезия, изготавливают так же,гсак в примере 1. Давление прессования 7 т/см , температура спек,ания Т 1800 К П течение 20 мин. Такой катод имеет токи эмиссии j 1,95 10-з А/см при Т 300 К и j 3 -10- А/см при Т 1200 К,

Преимуществом предлагаемого катода является сочетание свойств холодного катода и термокатода, что позволяет создавать на его основе газоразрядные приборы с улучшенными электрическими параметрами и характе- ристиками. Эксперименты показали, что при ра.боте данного катода в различных сысокоинтенеявных газоразрядных приборах,в частности в приборах типа ДКсТ на 5 и 10 кВт, уменьшается напряжение зажигания, увеличивается срок службы и др,). Другим достоинством предлагаемого катода является его высокая устойчивость в условиях ин5 . 13768226

теИсивноЙ ионной бомбардировки. Экс-iшеиия эмиссионной способности катода

периментально уста овлено, что припри высоких температурах, он дополпрочих рапнык условиях при работе внительно содержит по крайней мерб

дуговой режиме предлагаемый катододно соединение щелочно-эенельного

значительно превосходит по эрозион-металла, выбранное из карбонатов,

ной устойчивости известный катод наскандатов, алюминатов, алюмосиликатов

основе торироваиного вольфрама.при следующих соотношен1Гях компонеи. .тов, масД: Формула изобретения ю Алюмосиликат щелоч- .

иого металла 0,5-5

Материал для катода, содержащий . Соединение щелоч- . один или несколько металлов с высо- но-земельиого . кой температурой плаблеиия и по край- таллаZ -IO

ней мере один из алюмосиликатов ще- | . Тугоплавкий маг

лочных металлов) о т л и ч а ю -. талл или смесь щ и И с я тем, что, с цель повы- тугоплавких металлов Остальное

Изобретение относится к эмиссионной электронике, в частности к