Материал для вторичноэлектронных катодов Советский патент 1981 года по МПК H01J1/144 H01J1/32 

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВТОРИЧНОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ

1

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию вторично-эмиссионного материала для высокотемпературных синтерированных и металлокерамических катодов, используемых в электровакуумной технике, в частности СВЧ-приборов м-типа

Известны материалы-для вторичноэлектронных катодов электровакуумных приборов, содержащие окисел редкоземельного металла (РЗМ) или иттрия Щи 2.

Однако такие катоды не удовлетворяют требованиям термоустойчйвости, долговечности и надежности электронных приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является материал для вторичноэлектронных катодов на основе окиси иттрия, который с целью повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) и работы выхода содержит окись алюминия, причем ее количество не превышает 40 вес.% З.

При использовании этого материала в катодах, например с вольфрамовой основой, не происходит зам(йтного образования твердых вольфраматов иттрия, снижающих долговечность катоДов, в силу первоочередного испарения окиси алюминия в виде фаз типа дСмОч и ее низших окислов.

Однако ввиду большой летучести окислов алюминия и фаз типа А fWO происходит быстрое их напыление на анодную систему и другие менее нагретые детали приборов. Окись алюминия обладает хорошими изоляционными

10 и вторичноэмиссионными свойствами (КВЭЭ 4,5-8,1). В связи с этим при ее напылении на замедляющую систему происходит локализация зарядов и возникает связанный с ней вторично15электронный резонанс. В результате снижается электрическая прочность приборов, что приводит к пробоям, искрениям, запылению катода материалами электродов, уменьшению КВЭЭ

20 катода, а следовательно к нестабильности параметров и уменьшению долговечности всего изделия в целом.

Цель изобретения - создание вторичноэмиссионного материала, обес25печивающего повышение долговечности электровакуумных приборов.

Указанная цель достигается тем, что вторичноэмиссионный материал, содержащий окись иттрия и стабилизирующую добавку,содержит в качестве

30 стабилизирующей добавки смесь или твердый раствор двуокиси циркония .и окиси скандия при следующем соотношении компонентов, вес.%: Окись иттрия 95-48 Двуокись циркония 0,3-50 Окись скандия Остальное Предельные соотношения ингредиентов предлагаемого материала определялись тем, что при увеличении количества стабилизирующей добавки более 50-52 вес.% наблюдается усиленное выделение ее компонентов с поверхности и объема катода с последующей ,их интенсивной конденсацией на менее нагретые детали приборов. Это влечет за собой увеличение шероховатости прверхности катодов, что при водит к уменьшению КВЭЭ, пробоям, искрениям, следовательно, к нестабил ности параметров изделий. Увеличение содержания окиси иттрия более 95 Bec понижает долговечность катодов с предлагаемым .материалом в связи с тем, что помимо испарения компонентов стабилизирующей добавки, происхо дит объединение приповерхностной области катодов основным эмиссионноактивным веществом (окисью иттрия). Преимущества предлагаемого вторичноэмиссионного мат;ериала заключаются в том, что окислы скандия и цир кония являются 0олее устойчивыми к действию электронно-ионной бомбардировки , тепловым нагрузкам, а также оказываются более инертнЕЛШ, чем окись алюминия по отношению к металлической матрице, что должно привести к существенному увеличению долговечности катодов. Как показали проведенные исследо вания, из-за большой термодинамической устойчивости окислов циркония и скандия, возникающие на внутриламповых деталях приборов пленки этих окислов образуются значительно медленнее по сравнению с пленками окиси алюминия, имеют при этом мень ший вторичноэмиссионный ток и лучшую электропроводность. Последние факторы приводят к увеличению срока службы катодов с добавками указанны окислов, а также к увеличению электропрочности и стабильности парамет ров приборов, ввиду резкого уменьше ния уровня локализации зарядов, вто ричноэлектронного резонанса, пророе и искрений. Система 2 обладает высокой термической стабильностью и гораздо большей электропроводностью по сравнению с известной. Од ной из возможных причин стабильност электропроводности предлагаемого ма териала является благоприятное соот ношение радиусов катионов, вследств чего затруднено упорядочение труктуры твердых растворов и образовани микродоменов плохопроводящей фазы. , Значительное понижение активности YiOj за счет образования указанных твердых растворов должно способствовать повышению стабильности предлагаемого вторичноэмиссионного мате- риала по отношению к тугоплавким металлам и продуктам их окисления, а следовательно, увеличению срока его эксплуатации. На чертеже показана зависимость КВЭЭ катодов с предлагаемым материалом от энергии первичных электронов для составов, отвечающих граничным и средним значениям ингредиентов, вес.%: Кривая 1 Окись иттрия 95 Двуокись циркония 0,3, Окись скандия 4,7 Кривая 2 Окись иттрия 91 Двуокись циркония 4,5 Окись скандия 4,5 Кривая 3 Окись иттрия 77 Двуокись циркония 19,2 Окись скандия 3,8 Кривая 4 Окись иттрия 48,0 Двуокись циркония 50,0 Окись скандия 2,0 Таким образом, для образцов с содержанием двуокиси циркония до 20 вес.%, максимальный КВЭЭ составляет 2,1 ±0,1 при энергии первичных электродов 350-500 эВ. При увеличении содержания двуокиси циркония до 50 вес.% наблюдается существенное повышение максимума КВЭЭ до 3,3 (кривая 4) в том же энергетическом интервале. Образование области .непрерывных твердых растворов в системе y Q -ZrOa-ScgO позволяет получать образцы катодов с заранее заданными параметрами КВЭЭ в ширюком интервале значений. При определенных значениях ингредиентов (кривая 3), наблюдается значительное расширение максимума на кривой ff f(E) вплоть до энергии первичных электронов л/ 1 кВ (при дальнейшем увеличении энергии первичного пучка происходит резкий спад значений КВЭЭ до величин, соютветствующих образцам с меньшим содержанием двуокиси циркония. Это свидетельствует о появлении положительного эффекта стабилизации максимсшьных значений КВЭЭ. Этот факт объясняется изменением фазовых соотнсяиений в системе YaOg-ZrO -Sc O Наличие стабилизации КВЗЭ для большого интервала энергий первичных электронов позволяет применять катоды с предлагаемым материалом в приборах, работающих в большом диапазоне импульсных режимов. Как показывают проведенные термодинамические расчеты, применение вкачестве стабилизирующей добавки смеси двуокиси ЦИРКОНИЯ и окиси скан