Многоэмиттерный термокатод и способ его изготовления Советский патент 1991 года по МПК H01J1/20 H01J9/04 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции и способу изготовления многоэмиттерных импрегнированных термокатодов для многолучевых электронных приборов преимущественно СВЧтипа О.

Известна конструкция многоэмиттерного термокатода, в которой катод представляет собой сплошное эмиттирующее с торца тело плоской или сферической формы. Формирование электронных пучков производится теневой по отношению к фокусирующему электроду сеткой или фокусирующим электродов. Однако в такой конструкции наблюдается эмиссия с нерабочих участков поверхности катода. Это приводит с течением времени к ухудшению токопрохождения в приборе и уменьшению его срока службы,

Эмиттеры такого катода изготавливают путем заполнения пористой губки из тугоплавкого металла активным веществом.

Известна конструкция многоэмиттерного термокатода, где в отверстия металлического основания запрессованы эмиттеры, выступающие над поверхностью основания.

Термокатод изготавливается путем приготовления шихты из вольфрамового порошка с наполнителем, формирования эмиттеров и закрепления их в основании. Во избежание нарушения теплового контакта между эмиттерами и основанием из-за усадки пористых элементов при спекании или работе, в прессуемую; смесь вводятся порошки циркония или титана, которые в процессе спекания сплавляются с основанием.

Недостатком рассматриваемой конструкции является ограниченная возможность компактного расположения эмиттеров в основании из-за необходимости сохранения определенной толщины перемычки между отверстиями основания, в которые формуются эмиттеры. В то время как компактное расположение эмиттеров в основании (при одинаковом суммарном токоотборе с катода и при тех же габаритах основания) позволяет уменьшить плотность токоотбора с эмиттеров за счет увеличения из площади или числа, следствием чего будет являться значительное увеличение долговечности катода и его экономичности.

Основными недостатками способа изготовления рассматриваемого составного термокатода является его трудоемкость и влияние на долговечность катода в процессе дальнейшей работы:

-для осущестйления подобного способа изготовления необходимо предварительно изготовить высокоточную, сложную и дорогую в изготовлении прессформу, причем любое изменение размеров эмиттеров, их количества или расположения требует изготовления новой оснастки для прессования;

-введение в прессуемую смесь циркония или титана влияет на долговечность в процессе дальнейшей работы, т.к. эти металлы являются активными восстановителями и взаимодействуют с окислами эмиссионно-активного вещества, вызывая повышенное испарение и оседание на керамику прибора продуктов испарения с катода и пленок самого металла (давление паров титана при рабочей температуре составляет

10 MMiipT.CT,).

Указанный способ не позволяет также изготовить термокатод с эмиттерами, имеющими сферическую форму эмиттирующей поверхности, в то время как известно, что сферическая форма эмиттирующей поверхности позволяет осуществлять равномерный отбор тока со всех частей катода, что ведет к увеличению его долговечности.

Целью изобретения является повышение экономичности и долговечности составнего многоэмиттерного термокатода с одновременным снижением трудоемкости его изготовления.

Указанная цель достигается тем, что эмиттеры, выполненные в виде отдельных элементов, располагаемых в отверстиях металлического основания и выступающих над его поверхностью, имеют диаметр выступающей части больше диаметра отверстия в основании.

В этом случае эмиттеры в основании располагаются более компактно (вплоть до касания рабочих частей), что увеличивает отношения полезной эмиттирующей площади ко всей площади основания. Экономичность и долговечность катода растут.

Сущность способа изготовления предлагаемой конструкции заключается в том, что каждый эмиттер составного термокатода изготавливается из пористого, спеченного, пластофицированного фольфрама механическим путем, например, на токарном станке. При этом на нем формируются предусмотренные конструкцией проточка под диаметр отверстий в основании, сфера на рабочей части и заданный выступ змиттирующей поверхности. После удаления пластификатора эмиттеры вставляются в посадочные отверстия основания до упора и фиксируются в нескольких точках лучом лазера; одновременно, если применяются металлические припои, производится фиксация кусочков припоя. Пайка производится в среде водорода или вакууме высокотемпературными припоями с температурой плавления 1600-2000°С, обладающими низким давлением паров при рабочей температуре (например, молибден-рутений, молибденродий и др.).,

На чертеже показан пример конструкции составного многоэмиттерного тёрмокатода, который состоит из плоского основания 1 и эмиттеров 2 со сферической эмиттирующей поверхностью.

Эмиттеры указанной конструкции изготавливаются на токарном станке из пористого пластифицированного вольфрама, основание - из молибдена. Эмиттеры закрепляются в основании лазерной сваркой в точках 3. Пайка шва 4 производится при температуре 1960°С с выдержкой 30 секунд, причем попадение припоя в рабочую часть катода в данной конструкции исключено.

Предлагаемая конструкция и способ изготовления составного многоэмиттерного термокатода позволяют без применения специального высокоточного и дорогостоящего инструмента и оснастки изготавливать катоды для многолучевых приборов с самым разнообразным сочетанием размеров, количества и формы эмиттеров. Применение проточки на эмиттерах и высокотемпературной пайки их с основанием обеспечивает надежный тепловой контакт эмиттера и основания без ухудшения эмиссионных свойств.

Предлагаемая конструкция и способ изготовления позволяет осуществлять оптимальный вариант составного многоэмиттерного термокатода компактно расположить

эмиттеры на основании, придав при этом сферическую форму их рабочей поверхности, что улучшит экономичность и долговечность катода.

Предлагаемый способ наиболее перспективен для изготовления катодов с дискретными эмиттирующими областями для многолучевой оптики СВЧ приборов О типа.

1. Многоэмиттерный термокатод, содержащий металлическое основание с отверстиями и эмиттеры, расположенные в отверстиях и выступающие над поверхностью основания, отличающийся тем.что, с целью повышения экономичности и долговечности термокатода, эмиттеры имеют диаметр выступающей части, превышающей диаметр отверстия в основании.2.Способ изготовления термокатода по п. 1, включающий операции приготовления шихты из порошка вольфрама с наполнителем, формирование эмиттеров и закрепление их в основании, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, каждый эмиттер изготавливают механическим путем. ,3.Способ изготовления термокатода по п. 2, отличающийся тем- что, с целью повышения надежности катода в работе, закрепление эмиттеров в основании производят пайкой.