(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО КАТОДА
Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодам электронных ламп.
Известен материал для металлокерамических катодов, изготавливаемых нутем прессования и спекания, содержащий веществоноситель из губки тугоплавкого металла и активное вещество из окиси тория 1.
Известен также материал для металлокерамических катодов, который имеет вещество-носитель, по крайней мере, с одним тугонлавким металлом, а также активное вещество с окисью редкоземельного металла и восстановитель, который при работе катода вступает в реакцию с окисью редкоземельного металла 2.
Катод, имеющий материал с 4%-ным содержанием смеси окисей редкоземельных элементов (гадолиний и лантан) в молярном соотнощении 3,-i и активаторами, например 1%В и 1%С или 0, борида лантана LaBc, работает при 1400°С и после начальной плотности рабочего тока около 0,25 Л/см в конце своего срока службы через 1000 рабочих часов имеет плотность рабочего тока уже около 0,1 A/cм. Срок службы имеющего такой материал катода для технического применения в электронных лампах слищком мал. Также малы параметры плотности тока эмисс и и.
Целью изобретения является повыщение срока службы и э.миссии при температурах между 1700-2200°К.
Цель достигается тем, что в качестве активного вепдества материал содержит 0,2- 5 вес./о окиси лантана, а в качестве восстановителя элементарный углерод и/или карбид тугоплавкого металла.
Компоненты могут иметь размер зерна 0,5-5 мкм.
Восстановитель может быть частично образован карбидом тугоплавкого металла вещестйа-носителя, причем концентрация восстановителя в наружной зоне материала выще, чем внутри. Материал может содержать хотя бы одно вещество, тормозящее рост зерен eeaiecTBa носителя и/или восстановителя, например, соединение из группы калий, натрий, алюминий и кремний.
Получились плотности тока эмиссии до 8 A/cм в стационарном режиме, а для кратковременных нагрузок еще более высокие значения примерно до 15 мА/см, и удельный выход ЭоТектронов порядка до 240 мА/вт.
По сравнению с катодами из торированного вольфрама можно ожидать следующие улучшения: примерно на треть уменьшенный расход МОШ.НОСТИ подогрева при такой же эмиссии, примерно в 2,7 раза увеличенную максимальную эмиссию и примерно в 4-5 раз увеличенную эмиссию при той же рабочей температуре, которая ограничивается примерно 1800°С, вследствие более низкой температуре плавления молибдена.
Более низкая гю сравнению с торированным вольфрамом рабочая температура, а также температура активации для лантанового катода по изобретению с углеродистым восстанавливающим средством, кроме того, вследствие возможного применения молибдена в качестве веа1ества-носителя, и при необходимости, как образователя карбида в восстанавливающем средстве, приводит не только к лучшей эмиссии, но дает еше большой выигрыш в смысле механической технологии производства катода в результате большей вязкости молибдена по сравнению с вольфрамом.
Особенно выгодным является производство катодного тела посредством высокотемпературного спекания под давлением, причем уплотнение достигается выше 90% от теоретической плотности с соответственно хорошими механическими свойствами без ухудшения механизма э.миссии. Можно изготовлять тела катода в виде проволок и листов обычными способами выдавливания (экструзии), прокатки и т. п.
Механизм эмиссии предлагаемого катода основывается на ток. что окись лантана в области, близкой к поверхности катода, восстанавливается восстанавливающимися средствами, и на поверхности катода образуется .моноатомный слой с высокими эмиссионны.ми свойствами. nocTyri.ieiine новых ато.мов лантана взамен потерянных за счет испарения с поверхности идет путем диффузии окиси лантана из внутренних областей катода в поверхностные области, где происходит восстановление. Особенно выгодным оказалось влияние на кинетику процесса иредпочт1ггельно.-о восстановления карбидами, в смысле большого срока службы катода при мало и равномерно падающей со временем эмиссии. Также существенную роль играет в управлении пополнением лантаном ме.ханизм Д1|ффузии. Мелкозернистая структура с соответственно больптой по объему частью граничных областей зерен оказалась особо выгодной, из чего можно заключить о большей эффективности диффузии на границах зерен но сравнениюсболее медленной диффузией из объема. Поэтому изготовление выгодно, напри.1ер,посредством обжига ко.мпонен; тов вещества-носителя и активного вещества в порошково.м виде.
Предпочтительное выполнение катода учитывает указанные особенности за счет того, что во внешней зоне катода применяется более высокая концентрация уплеродсодержащего восстанав.пиваюшего средства по сравнению с внутренними областями катода.
Хотя в принципе можно исиользовать в качестве восстанавливаюп1.его средства и элементарный углерод, однако карбидная реакция оказалась наиболее выгодной. Соответственно катод может быть построен так, что концентрация тугоплавкого металла по сечению катода в основном постоянна, тогда
как в краевой зоне, у поверхности, но меньшей мере, один тугоплавкий металл присутствует в виде карбида. В качестве способа изготовления поэтому выгодным является при.менение поверхностного науглероживания в основном однородного по составу тела катода, которое состоит из одного или нескольких тугоплавких металлов, с также предпочтительно равномерным легированием активным веществом, содержащим лантан. Целесообразно применить специальные меры, особенно при высокотемпературных операциях изготовления, прежде всего науглероживания и последующего активирования, для предотвращения су1дественного роста зерен. Выгодным с этой точки зрения оказалось применение нрисадок, уменьщающих рост зерен, типа соединений калия, алюминия и/или кре.мния. С учетом желательности .малого размера зерен в конгло.мерате далее оказалос)-, ;;елесообразным при изготов.чении
.метода.viи юрошковои металлургии исходить
из грану.лятов с размером зерна максимум 5 .мк.м. Особенно полезно выдерживать средний разлср зерна в области от 0,5 до 1 мк.м.
1-1 а фиг. 1 и 2 показаны различные зависимости илотности тока эмиссии Пе от рабочей температуры Т.
Пример I. Навески для изготовления катбдов состояли из 98% порошкового вольфра.ма (зерна 0,5 мкм) и 2% порошка (99,99%), которые высушиваются прокаливанне.м на воздухе при 800°С, посредством 1орячей прессовки этой смеси noponjKOB в графитовой форме в вакууме при 1600°С под давлением 250 ати в течение 35 .мин был получен образец с плотностью 93%.
Из этого тела были нарезаны отдельные
катоды в виде пластинок, которые затем быЛ1( отполированы и в заключение науглерожены в смеси бензола с водородом Hj.
Приготовленные таким образом катодные пластинки были испытаны на эмиссии в вакуумном планарном диоде. Фиг. 1 показывает измеренную плотность тока эмиссии в функции от температуры. Сравнение с соответствующей кривой для торированпого вольфрама показывает, что в зависимости от желаемого значения эмиссии температура катода из лантанированного вольфрама имеет значение на 120-250° ниже, или соответственно, плотность тока эмиссии лантанированного вольфрама при 1750°К в четыре раза превышает значение для торированного вольфрама. Максимальная устойчиво достижимая эмиссия составляет 4 А/см
при температуре . Соответствующий удельный выход электронов, отнесенный к мощности подогрева, составляет 1/0 мА/вт, т. е. составляет примерно удвоенную велнчину того же параметра для торпрованного вольфрама. Исходя из стабильной работы при 1800°К для катода из ла1гганнрованного вольфрама, при дальнейн1ем нагреве можно на короткое время получить значительно более высокую эмиссию например нри 1950°К в течение порядка 10 мин до 9-10 А/см. Пример 2. Навеска состоит из 98% порошка молибдена (зерно 0,5 мкм) и 2% порошка (99,99%), которые высушивались путем прокаливания на воздухе при 800°С. Посредством горячей прессовки смеси порошков в графитовой форме в вакууме при 600°С под давлениел 250 ат1 в течение 35 мин бы.то получено тело с плотностью 93%. Из него были нарезаны пластинки, которые были отполированы и в заключение науглерожены в смеси бензола с водородом
н;
Прн -отовленные таким образом катодные пластинки были проверен) в планарном диоде на эмиссионную способность. Фиг.. 2 показывает замеренные плотности тока эмиссии в функции температуры для этих катодов из Ьа.)Оз-Мо. Сравнение с фиг. 1 показывает, что в зависимости от желаемого значения эмиссии температуры катода из лантанированного молибдена лежат на 250° ниже или, соответственно, что плотность тока эмиссии лантанированного мо.тибдена при 1700°К в четыре раза вьиле, чем для катода из торированного вольфрама. Максимальная стабильно достигаемая эмиссия составляет 8 А/с.м при температуре 2000°С. Соответствующая плотность тока эмиссии, отнесенная к мощности подогоева состав;1яет 240 мА/вт, т. е. в 2,7 раза величины для торированного вольфрама.
Если идти от стабильной работы при 1800°1., лантано-молнбдеНовый катод при дальнейшем увеличении температуры кратковременно дает сун1ественно более высокую эмиссию, например, при 1950°К в течение приблизительно 10 мин 15 А/см2.
Катод по изобретению может быть примеиен не только для ламн с высоким вакуумом, в особенности для передающих ламп больИ10Й мощности, но также для газоразрядных . например газонаполненных ламп
|i TOMV НОДОбНЫХ.
Формула изобретения
Источники информации, принятые во внн.мание при экспертизе:
