Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана и способ его изготовления Советский патент 1983 года по МПК H01J1/15 

Изобретение относится к эмиссионной электронике, а именно к катодам прямого накала из- гексаборида лантана и способам их изготовления. Известна конструкция термоэлектронного катода прямого накала из гек саборида лантана Cl 1, в которой элемент с эмиттирующей поверхностью в виде острия изготовлен из монокриста лического гексаборида лантана и прикреплен,- например, сваркой К тонкой металлической проволоке, являющейся телом накала Проволока крепится к держателям и выводам, зафиксированным в основании из диэлектрика. Эмиттирующий элемент такого катода можно изготовить любым известным способом, например прессованием из п рошка гексаборида лантана с дальнейшей термообработкой ц. „ Последуьэщие стадии сборки катода также осуществляются любыми известны ми способами, S частности, как указа но выше, Эмиттирующий элемент крепмт ся к телу накала сваркой. Для. уменьшения радиуса острия эмиттирующей по верхности применяется процесс электролитического травления. Основным недостатком описанной конструкции является крепление эмиттирующего элемента к телу накала - м таллической проволоке в высокотемпературной зоне, что вследствие высоко химической активности гексаборида лантана приводит к охрупниванию проволоки ( в процессе диффузии в нее. бора ) и ее физическому разрушению. И вестные способы сборки также не устраняют указанного принципиального не достатка Известна также конструкция (прото тип ) термоэлектронного катода прямог накала из гексаборида лантана 3. в которой элемент с острийной эмитти руюдей поверхностью соединяется с де жателем, выполненным в виде удлиненного арочного тела накала переменного сечения из гексаборида лантана. В об ласти крепления эмиттирукнцего элемен та поперечное сечение держателя мини мально, -т.е. именно здесь держатель выполняет функции тела накала. Однако для данной конструкции хара терно соединение элементов катода (.элемент с острийной эмиттирующей по верхностью и держатель } в высокотемпературной зоне, снижает надежность узла в целом. Кроме того, при использовании указанных методов креп ления эмиттирующего элемента неизбежно локальное изменение поперечного сечения держателя, который явль ется телом накала, что приводит к локальным перегревам держателя и выходу его из строя. Известен способ изготовления катодного узла прямого накала из гексаборида лантана З, содержащий операции по изготовлению исходной заготовки и сборки, в котором после прессования деталей используется их механическая обработка, например, методом электроэррозии для получения более сложных профилей с высокой точностью Получение малого радиуса на вершине эмиттирующего острия достигается заточкой методом электролитического травления. Изготовленные детали собираются в катодный узел, т.е. прикрепляются к выводам основания известными способами. Использование известных способов сборки катодов не позволяет применять детали сложных профилей высокой точности, ,в том числе деталей с малой площадью поперечного сечения из-за низкой механической прочности их, в свою очередь обусловленной высокой хрупкостью исходного материала. Цель изобретения - повысить надежность , долговечность и механическую прочность катода. Указанная цель достигается тем, что в термоэлектронном катоде прямого накала из гексаборида лантана, имеющем эмиттируюидую поверхность в виде острия, тело накала и держатели, закрепляемые в основании из диэлектрика, эмиттирующая поверхность и держатели представляют собой единое целое .в виде стержня с пазом, стержень в области эмиттирующей поверхности имеет меньшее сечение чем остальная длина, а 8 паз в .области основания вставлена диэлектрическая пластина, при этом соотношение между высотой стержня и стороной его основания при прямоугольной форме стержня или диаметром основания при круглой форме стержня находится в пределах 8-16. Цель достигается так же способом изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана, содержащем операции по изготовлению исходной заготовки в виде заостренного стержня ипоследующей сборкикатода, согласно которому в заготовке поедварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку жестко фиксируют в основании из диэлектрика и продолжают прорезать паз, например электроэррозией, до получения сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину тока накала. Возможен второй способ изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана, содер жащий операции по изготовлению исход ной заготовки в виде стержня, последуюи1ей сборки катода и электролитического травления острия, согласно к торому в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку жестко фиксируют в основании из диэлектрика, затем проводят процесс электролитического травления вершинн заготовки до получения -сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину тока накала. На чертеже представлена конструкция термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана. Катод содержит эмиттирующую поверхность 1, держатели 2, диэлектрическую пластину 3, основание k из ди электрика с выводами. 1ределы значений величины отношения высоты стержня к стороне основания при прямоугольном сечении стержня или к диаметру основания при круг лом сечении стержня определены экспериментально, исходя из требования обеспечить максимально достижимый пе репад температур острия стержня и его основания. При выборе величины названного отношения .Ь/Е в пределах 8-16 температура основания стержня составляет , а рабочая температура острия 1бОО-1700°С. Если температура гексаборида лантана не превышает 400°О, его химическим взаимодействием с металлом токоподводящих выводов практически можно пренебречь при приемлемых сроках службы порядка 15ПО-.500 ч. Если h / S 8, то температура основания окажется достаточной для заметного взаимодействия гексаборида лантана с металлом и срок службы катода сократится. Если Ъ/б 16, величина перепада температур острия стержня и его осно вания увеличивается несущественно, а механическая прочность конструкции резко снижается даже при соблюдении порядка сборки катода, описываемого ниже. Пример реализации предлагаемой конструкции одним из способов изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана. Исходные заготовки размерами 1x1x15 мм вырезают электроэррозией из штабиков гексаборида лантана. Затем в заготовке предварительно прорезают паз глубиной 12 мм. Ширина паза составляет 0, мм. В паз вставляют диэлектрическую пластину-из нитрида бора толщиной 0, мм и высотой 5 мм заподлицо с основанием заготовки. Заготовку жестко фиксируют в. основании из диэлектрика с выводами, которые осуществляют токоподвод к сторонам заготовки, разделенным пазом. Затем вершину заготовки подвергают электролитическому травлению, при этом создают эмиттирующее острие и уменьшают поперечное сечение в области острия до получения заданного электрического сопротивления стержня, а следовательно, и тока накала. Для данного изо(5ретения характерен следующий положительный эффект: высокая долговечность катода, не ограничиваемая химическим взаимодействием нагретого до высокой температуры эмитт.ирующего острия с контактирующим с ним металлом; высокая механическая прочность конструкции при миниатюрных размерах эмиттирующего острия, достигаемая порядком операций изготовления и сборки катода j высокая надежность работы конструкции в целом, обусловленная отсутствием соединений элементов узла в высокотемпературной зонео Применение конструкции катодного узла не требует переделки существую-, щих электронно-оптических систем электроннолучевого оборудования. При.испытаниях катодного узла в электроннолучевом оборудовании пости ;нута электронная яркость 5 X 10 , (на 2 порядка выше, чем с вольфрамториевым катодом ) Проверенная долговечность составляет 200 ч. Способ изготовления позволяет получить сравнительно малые токи накала (менее 20 А) катодного узла и отличается возможностью точной подгонки заданной величины тока накала, контролем сопротивления при формировании эмиттируюи;его острия и тела накала.

!• Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана, имеющий эмиттирующую поверхность в виде острия и держатели, закрепляемые в основании из диэлектрика, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности, долговечности и механической прочности катода, эмиттирующая поверхность и держатели представляют собой единое целое в виде стержня с пазом,стержень в области змиттирующей поверхности имеет меньшее сечение чем остальная длина, а в паз в области основания вставлена диэлектрическая пластина, приэтом соотношение между высотой стержня и стороной его основания при прямоугольной форме стержня или диаметром основания при круглой форме стержня находится в пределах 8-16.2.Способ изготовления катода по п. 1, содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде заостренного стержня и последующей сборки катода, отличающийс? тем, что. в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрикаи продолжают прорезать паз, например, до получения сечения в области острия, абеспечивающего заданную величину тока накала.3.Способ изготовления катода по п. 1, 'содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде стержня, последующей -сборки катода и электролитического травления острия, отличающийся тем, чтов заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлект-' рическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрика", затем проводят процесс электролитического травления вершины заготовки до получения сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину . тока накала ощ- (Лg •^00 00