Распределительный термокатод Советский патент 1992 года по МПК H01J1/142 H01J1/144 

Изобретение относится к катодной электронике, в частности к распределительным термокатодам для электронных приборов,

Известны распределительные термокатоды, представляющие собой пористую металлическую матрицу, в порах которой находится активное вещество. В качестве материала матрицы обычно используют тугоплавкие металлы или их смеси (w, Re и т.д.), в качестве активного вещества - сое динения щелочно-земельных (ШЗ) или редких металлов (Ва, Sr, Са, Th).

Однако известные катоды обладают недостаточной для современных требований эмиссионной способностью и эмиссионной однородностью.

Известны распределительные термокатоды с активным веи еством на основе соединений 1ДЗ или редких металлов, расположенным в порах металлической матрицы, покрытой дополнительным металлическим слоем. В качестве покрытия применяют металлы, платиновой

(Л группы, в частности Pt, 0s, или спласвы металлов этой группы, например, осмия и иридия, с алюминием. Наличие металлического слоя улучшает эмиссионные параметры (эмиссионную способность и эмиссионную однородность),

со ел со но недостаточно, а к тому же эти катоды относительно дороги из-за использования Pt,.0s и 1г.

|ь.

Целью изобретения является увеличеVIние эмиссионной способности и эмисосионной однородности.

Поставленная цель достигается тем, что в распределительном термокатоде с активным веществом на основе ЩЗ или редких металлов, расположенным в порах металлической матрицы, покрытой дополнительным металлическим слоем, последний выполнен из пленки никеля толщиной 0,1-0,6 мкм.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена вольтамперная характеристика катодов, снятая при Т 1380 К; на фиг,2 недокальные характеристики катодов; на фиг.З - зависимость плотности тока j от напряженности, электрического поля Е. На фиг,1 - кривая 1 - катод с . пленкой никеля, кривая - 2 - катод с пленкой Об - 1г - А1., кривая 3 катод без пленки. Фигура 2, на- которой приведены нелокальные характеристики катодов с пленкой никеля (dt 0,3 мкм), пленкой Os - Тг - А1 (о( 0,3 мкм) и катода без пленки (кривые 1, 2, 3 со ответственно), показывает, что если нанесение пленки 0s - 1г - А1 позволяет снизить характеристическую температуру только на 40 К, то пленка никеля позволяет ее снизить на К, т.е. значительно повысить эффективность катода. На фиг.З изображены зависимости j f(E)j где кривая 1 - для образцов без пленки, кривая 2-е пленкой Об - 1г - А1 толщиной 0,3 мкм, кривая 3-е пленкой Ni толщиной 0,3 мкм. Температура, при которой производились измерения, составляет 1300 К. Испытания предлагаемых катодов с пленкой никеля (З образца), катодов с пленкой Об - 1г ;- А1 (2 образца), катодов без пленки (2 образца) показали, что наилучшие результаты по эмиссии получены у катода с пленкой никеля: при температуре 1300 К работа выхода-его составила в среднем 1,81 эВ, в то время как у катода с пленкой ОБ - 1г - А1 она равна в среднем 1,97 эВ, Работа выхода об резцов без пленки была равна 2,2 эВ Анализ имеклцихся результатов и приведенных выше показывает, что для получения подобного эффекта количество напыленного никеля должно быть таким, чтобы оно обеспечивало, с одной стороны, существование пленки на заметной части поверхности катода а с другой достаточное поступление активного вещества на эмиттирующую поверхность. По аналогии с пленкой 0s - 1г - А1 для распределительных термокатодов наилучшие условия будут достигнуты при толщинах пленки никеля в пределах 0,1-0,6 мкм, В связи с тем, что никель не является тугоплавким металлом, а рабочая температура существующих распределительных катодов достаточно высока (1100-ЙОО К), были проведены прямые масс-спектрометрические исследования предлагаемых катодов на испарение никеля. Оказалось, что при температуре катода 1300 К и толи1ине пленки 0,3 мкм скорость испарения aT-cM ir составляет 3 никеля N ,-f леек , т.е. запаса вещества пленки приведенной толщины достаточно для работы на 2,5-3 тысячи ч. При Т 1200 К запаса никеля хватит на 50 тысяч ч, так как при этом N..«1 Ю атгсм-Ясек-. В предлагаемом распределительном термокатодепо сравнению с катодами, покрытыми пленкой 0s - 1г - А, кроме увеличения тока эмиссии, обеспечено более равномерное распределение эмиссионных центров по поверхности; это связано с тем, что площадь, занимаемая кристаллитами объемными образованиями активного вещества, ответственными за эмиссию, - увеличивается, что, в свою очередь, обусловлено большей энергией связи эмиссионного вещества катода с никелем. Применение никеля в качестве до-, полнительного металлического слоя приводит еще и к уменьшению стоимости распределительных термокатодов на столько, на сколько никель ешевле 0s, Ir или Pt, Использование предлагаемого распределительного термокатода возможно в широком классе электронных ламп, таких как ЛОС, ЛЕВ, СВЧ - триоды, клистроны и др.

««а

тЗное напрткение, S ф /

гоаW

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМПКАТОД с активным веществом на основе соединений щелочноземельных или редких металлов,расположенным в порах металлической матрицы, покрытой дополнительным металлическим слоем, о тличающийся тем, что, с целью увеличения эмиссионной способности и эмиссионной однородности, дополнительный слой выполнен из пленки никеля толщиной 0,1-0,6 мкм.

Г00

I

о

«ч

irfS KtSSeH

Температура КФиг.2