Способ изготовления металлопористого термокатода Советский патент 1980 года по МПК H01J9/04 

после механической обработки губки катода, в результате которой придается требуемая форма губки катода и иеобходимая гладкость его эмиттпрующей поверхности. Исследова1П1я показали, что в результате механической обработки губки, поры которой заполнены барий-кальциевым алюМинатом, на поверхности катода образуется слой толш,иной 0,5-2 мкм, состояш,ий из пластически деформированного металла с отдельными включениями активного веш,ества и материала обрабатываюш,его инструмента. Этот слой резко отличается по структуре и составу от неповрежденной механической обработкой внутренней области катодной губки. После механической обработки зпачительно сокращается доля площади эмиттирующей поверхности, на которой остаются открытые выходы пор губки с активным веществом в порах. Образующийся при механической обработке деформированный слой мешает получению высоких параметров осмированпых катодов, так как в указанный деформированный слой легко осуществляется диффузия осмия в процессе работы катода, в результате чего уменьшается толщина пленки осмия и значительно сокращается срок службы катода. Исследованиями с помощью рентгеновского микроанализатора показано, что за тридцать часов срока службы пропитанного алюминатного катода при рабочей температуре 1250°С концентрация осмия на поверхности резко уменьшается. Срок службы катодов с нанесенными на деформируемую поверхность тонкими металлическими пленками составляет всего несколько десятков часов. Структурные несовершенства и повышенная концентрация дефектов в механически нарушенном поверхностном слое губки пропитанного катода приводят к повышению скоростей диффузии в деформируемом слое. Выбор метода ионного травления для удаления поверхностного деформированного слоя обусловлен следующими факторами: ионному травлению достаточно легко поддаются тугоплавкие металлы, составляющие основу металлопористого катода; ионное травление является универсальным методом травления, пригодным как для металлической части катода, так и для неметаллических активных веществ, входящих в состав губки катода, в то время как химическое травление является специфичным для каждого материала; при ионном травлении поверхность катода не загрязняется посторонними продуктами; вследствие небольщой скорости травления легко градуировать глубину травления и получать воспроизводимые результаты по заданному току разряда, напряжению и времени. Опасности «неретравливания практически не существует. Другие предполагаемые методы решения поставленной задачи - удаление деформированного слоя с эмиттирующей поверхности химическим травлением, электрохимической полировкой или путем перекристаллизационного отжига менее предпочтительны по следуюш,им соображениям. Термическое травление - вакуумный и водородный отжиг, за практически приемлемое время отжига не приводят к суш,ественному изменению структуры поверхностного деформированного слоя губки катода. Увеличение температуры и времени отжига приводят к уменьшению запаса активного вешества в катоде и соответственно к уменьшению долговечности. Химическое травление и электрохимическая полировка приводят к гидратации и к изменению необходимого состояния активного вещества, в порах губки, а также к неконтролируемым загрязнениям катода посторонними веществами. Принципиальным отличием предлагаемого способа изготовления является то, что тонкие поверхностные пленки металлов (с введением активатора или без него) наносятся не на деформированный поверхностный слой губки, почти полностью закрывающий открытые выходы пор на поверхность, а на обработанную в контролируемых и воспроизводимых условиях процесса иопной обработки поверхность катода, структура которой идентична со структурой объема губки. Ионное травление пропитанных металлопористых термокатодов после механической обработки проводилось в ионно-плазменной установке триодного типа с вольфрамовым термокатодом. Лучшие результаты были получены при травлении катодов ионами азота по режиму: энергия ионов 1,5 кэВ, плотность тока разряда 2- 2,5 МА/см, давление азота 2-10-мм рт. ст., время травления 1 ч. При этом с поверхности катода снимается слой толщиной 5 мкм. При глубине травления 2 мкм не полностью удаляется деформированный слой. Увеличение толщины снимаемого слоя более 5 мкм нецелесообразно, так как с ростом глубины травления уменьщается запас активного вещества в катоде, Испытания ионно-травленых катодов покрытых осмием в электронных приборах выявили следующие преимущества новой технологии: увеличилась адгезия пленок осмия, в результате чего полностью исчез брак по отслаиванию осмиевого покрытия; увеличилась эмиссионная способность катодов; ниже приведена таблица измеренных значений работы выхода фт, определенной по методу полного тока при экстраполяции к нулевому электрическому полю на катоде, и плотности тока /Е при Т 1300°К определенной при напряженности поля на катоде 20 кВ/см; увеличилась эмиссионная однородность катода; как показало эмиссионно-микроскопическое изображение МП-катода, после ионного травления однородность распределения и число эмиссионных центров на единицу площади катода заметно возрастает после применения ионного травления; улучшилась накальная характеристика приборов; на чертеже показаны накальные характеристики двух электровакуумных приборов: с осмированным МПкатодом без ионного травления - кривая 1 и с осмированным МП-катодом, изготовленным с применением ионного травления - кривая 2. В результате увеличился на 30% уровень катодного тока в приборах, увеличился на 20% выход годных катодов и на 6% выход годных приборов в процессе производства.

Исследование ионно-травленных осмированных пропитанных металлопористых катодов методами оптической, электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа показало, что наблюдаемые изменения вызваны удалением в процессе ионного травления деформированного поверхностного слоя катода и созданием поверхностной структуры катода, близкой к структуре объемной части губки.

Промышленное применение ионного травления при изготовлении пропитанных металлопористых катодов с металлическими пленками на эмиттирующей поверхности позволит получить заметный экономический эффект, за счет сокращения брака катодов и электронных приборов в условиях массового производства. Оценка экономической эффективности по одному изделию нашего производства составляет 373,6 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

воспроизводимости их эмиссионных параметров, а также улучшения их стабильности в процессе срока службы, после механической обработки эмиттпрующей поверхности иониым травлением удаляют с нее

деформированный поверхностный слой.

Источники информации, прииятые во внимание при экспертизе

Сб. «Оксидный катод. Под ред. Б. М. Царева. Издательство иностранной литературы, 1957, с. 344-349.

too во

SB 0 20

Л

,0 4.S S,0 5,5 S.O 5,5 7,0 15