СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОКАТОДАс:-:огнАп•\^.Ш.\:^'У^^^• '•-••%":;•—* . .-^ -. ;;z.s*i^~ .-.-.г. • :-..-.;r»f*5 Советский патент 1972 года по МПК H01J9/04 

Изобретение относится к области электронной техники и предназначено для использования при изготовлении термокатода электровакуумных приборов.

Известен эффективный термокатод сложной структуры, состоящий из тугоплавкого керна и многокомпонентного покрытия из смеси металлических элементов, включающей материал тугоплавкой /.матрицы (вольфрам, молибден), эмиссионно-активный металл (торий, лантан, иттрий), понижавоаигй работу выхода, а в некоторых случаях также металл, способствующий новышению ИОДВ11ЖНОСТИ атомов эмиссионно-активного металла и уменьщающий тем самым неоднородность эмиттирующей поверхности (цирконий, гафний, титан и др.). Катоды такого тииа изготавливаются методами прессования, пропитки, сплавления, плаз.мепным способом, а также механически:м нанесением соответствуюи;ей смеси в виде нокрытия на металлический керн.

Однако такие методы не обеспечивают необходимой чистоты и однородности получаемой структуры, так как omi основаны на .механическом перемешивании различных порошкообразных металлов, в том числе тория и циркония, являющихся чрезвычайно реакционноспособными. Присутствие окислов активных металлов затрудняет процесс активирования катодов, так как требуются значцтельные перекалы для их разложения, что приводит к нежелательным иоследствиям: испарению активных компонентов, повышению хрупкости керна и т. п.

Цель изобретения - снижение темнературы Н сокращение времени активирования катода за счет получения эмиссионных покрытий однородной структуры повышенной чистоты. Для этого ио ире/;лагаемол у способу эмиссионно-активный металл осаждают на керн катода из газовой фазы его галоген идного соединения путем термической диссоциации при пропускании тока накала через керн, затем на эмиссионно-активный металл наносят металл матрицы из его галогенидного соединения прн температуре ниже температуры диссоциации иоследнего, но выше температуры возгонки галогенидного соед1П1ения эмиссионно-активного металла, а иосле установления стабильного тока накала осаждение металла матрицы нроводят при температуре термической диссоциации его галогенидного соединения.

Оиисываемый способ дает возможность перед осаждением металла матрицы осаждать металл, увеличиваюший подвижность атомов эмиссионно-актнвного металла, из газовой фазы его галогенидного соединения. осаждение на керн катода, например из вольфрама, эмиссионно-активного металла, например тория, и металла, увеличивающего подвижность его атомов, например циркония, из газовой фазы их галогенидных соединений. Проведенный термодинамический расчет реакций при совместном осаждении трех компонентов (торий, цирконий, вольфрам) из йодидов тория и циркония и хлоридов вольфрама показал, что совместное осаждение возможно только для двух компонентов, а именно тория и циркония, причем при совместном осаждении эмиссионно-активного металла и металла, увеличивающего подвижность его атомов, соотнощение компонентов в осаждаемом иокрытни регулируется изменением как условий процесса (температура и давление паров, температура керна), так и соотнощення компонентов в исходной смеси. Осаждение металла матрицы -из хлоридов вольфрама осуществляется в других условиях на предварительно осажденный слои как одного эмиссионно-активного металла, так и смеси его с металлом, увеличивающим подвижность его атомов. Во всех этих случаях реакции термической диссоциации галогенидного соединения металла матрицы WCle предществует реакция задМещения между галогенидным соединением металла матрицы и эмиссионно-активным металлом. Например: ЭТИ + 2WCl6- 3ThCl4t + 2W. Этот процесс завершается после образования защитного слоя из металла матрицы, т.е. после установления стабильного тока накала. Оптимальным условием реакции замещения для образования комнактного и однородного слоя является поддержание температуры в ограниченных пределах, обеспечивающих, с одной стороны, удаление образующегося при этом галогенидного соединения эмиссиопиоактивного металла ThCI.i и, с другой стороны, отсутствие диссоциации основного галогенида WClo. После образования защитного слоя дальнейнше осаждеиие тугоплавкого металла матрицы осуществляется за счет термической диссоциации его галогенида при повыщении температуры керна. Рассмотренные процессы можно проводить как в статическом, так и в дииамических режимах. Изготовленные описанным способом катоды обладают рядом преимуществ: активирование (процесс равномерного раснределення тория) происходит при рабочей температуре, вследствие чего катоды обладают более высокими механическими свой-ствами. Предлагаемый способ изготовления термокатода разработан в лабораторных условиях. Изготовленные катоды обеспечивают при температуре 1550°С максимальную плотность тока в режиме ограничения тока пространственным зарядом 7-8 а/с.и. Пример. Навеску тория помещают в реакционную колбу де-Бура, по оси ее -натянута вольфрамовая нить, а в боковом отростке колбы находится ампула с ресублимированым йодом. Обезгаживание колб, порошка тория и нити производят при непрерывной откачке до давления Ю- тор. После отпаивания колбы ампулу с йодом разбивают и при нагревании йод из отростка перегоняют в колбу, после чего отросток отпаивают, затем при нагревании до 2бО°С в течение час производят йодирование тория, продолжающееся и при последующем прогреве колбы при температуре 425°С. Вольфрамовую нить, помещенную внутри колбы, нагревают до температуры 1350°С пропусканием тока. При этой же температуре разлагается йодид тория. Процесс осаждения тория на керн катода контролируется по изменению тока накала, При это.м относительное изменение тока накала на 10% соответствует толщине слоя 15-20 мкм. После о.хлаждения колбы нить, покрытую слоем тория, извлекают и переносят в другую колбу, куда помещают навеску гексахлорида вольфрама и порощок вольфрама для связывания хлора. Колбу после откачивания нагревают до температуры 260°С, а затем нить - до 950°С и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин до установления стабильного тока накала. По окончании осаждения вольфрама по реакции замещения температуру пити поднимают на 1400°С для проведения реакции термической диссоциации. Через 30 мин толщина слоя вольфрама составляет 15-20 мкм. Предмет изоб)етения 1. Способ изготовлеиия термокатода путем нанесения высокотемпературного эмиссионноактивного металла, например тория, на .матрицу из тугоплавкого металла, например вольфрама, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и снижения те.мпературы активирования катода, на керн катода осаждают эмиссионно-активный металла из газовой фазы путем термической диссоциации его галогенидного соединения при пропускании тока накала через керн, затем на него наносят металл матрицы из его галогенидного соединения при температуре ниже температуры диссоциации последнего, но выще температуры возго,нки галогенидного соединения эмиссиоппо-активного металла, а после установления стабильного тока накала осаждение металла матрицы проводят при температуре термической диссоциации его галогенидного соединения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед осаждением металла матрины на керн катода осаждают металл, увеличивающий подвижность атомов эмиссионно-активного металла, например цирконий, из газовой фа53. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед осаждением металла матрицы на керн катода осаждают совместно эмиссионно-ак6тивный металл и металл, увеличивающий подвижность его атомов, из газовой фазы их галогенидных соединений.