Оксидный катод и способ его изготовления Советский патент 1981 года по МПК H01J1/142 H01J9/04 

(54) ОКСИДНЫЙ КАТОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции и способу изготовления оксидных катодов электровакуумных приборов.

Известны оксидные губчатые катоды на кернах из тугоплавких металлов, которые изготавливают путем заполнения никелевой губки окислами щелочноземельных металлов (ЩЗМ). Применение тугоплавких металлов позволяет значительно увеличить механическую прочность катода 1.

Однако этд металлы вступают в химическую реакцию с окислами ЩЗМ, образуя вольфраматы и молибдаты с более высокой работой выхода, в результате чего срок службы катода сокращается. Недостатком также является образование легкоплавкой эвтектики с т. пл. 1320°С в месте контакта никелевой губки с молибденовым керном. Вследствие повышенной хрупкости эвтектического сплава и значительной разности КТР молибдена и никеля при термоциклировании происходит отслоение никелевой губки от керна. Кроме того, из-за хрупкости эвтектического сплава опрессовка эмиттирующего слоя также невозможна.

Известны также оксидные катоды, содержащие керн из тугоплавкого металла, например из молибдена, защитный рениевый слой и пористую никелевую губку с эмиссионноактивным веществом. Способ изготовления таких катодов включает операции нанесения рениевого слоя, его спекания, нанесения никелевой губки, ее спекания и нанесения эмиссионноактивного вещества. Рений практически не взаимодействует с окислами ЩЗМ и таким образом обеспечивается более стабильная работа катода 2.

Недостатком этой конструкции и способа ее изготовления в случае оксидных катодов с никелевой губкой является то, что спекание никелевой губки к рениевому слою

.- достигается только при температурах выще 1400°С. При этих температурах никель проникает скврзь поры в рениевом слое за счет процессов миграции или диффузии к материалу керна, например к молибденовому керну, и образует легкоплавкую эв3Q тектику Мо-Ni, что вызывает расплавление кернов и губки. При более низких температурах припекание никелевой губки к рениевому слою недостаточно прочно, что

приводит к осыпанию никелевой губки на операции опрессовки эмиссионного покрытия или отслаиванию никелевой губки в первые сто циклов включения - выключения накала.

Целью изобретения является повышение долговечности катода.

Поставленная цель достигается тем, что в катоде, содержащем керн из тугоплавкого металла, например молибдена, защитный рениевый слой и пористую никелевую губку с эмиссионноактивным веществом, .между рениевым слоем и пористой никелевой губкой расположен сплошной тонкий никелевый слой с плотностью, превышающей 0,8 плотности компактного металла толщиной 0,2- 1,0 толщины рениевого слоя.

Согласно способу изготовления оксидного катода, содержащему операции нанесения рениевого слоя, его спекания, нанесения никелевой губки, ее спекания и нанесения эмиссионноактивного вещества, в котором после спекания рениевого слоя перед нанесением никелевой губки на него наносят слой никеля и производят его спекание, причем спекание никелевого слоя и никелевой губки производят при температуре ниже температуры плавления эвтектического сплава материала керна с материалом губки.

В случае изготовления оксидного катода на молибденовом керне спекание никелевого слоя и никелевой губки производят при 1250-1320°С. Температура выбрана таким образом, что не происходит образования эвтектического сплава Мо-Ni.

Введение никелевого покрытия между рениевым покрытием и никелевой губкой позволяет снизить температуру припекания никелевой губки, устранить образование Мо-Ni эвтектики и как следствие этого ликвидировать отслоение никелевой губки при термоциклировании катода и взаимодействие окислов ЩЗМ с молибденом и таким образом увеличить долговечность катода.

Никелевый слой наносят одним из известных способов, обеспечивающим задан-ную пористость (сплошность) структуры слоя, например гальваническим, напылением в Вакууме, плазменным напылением. Эти способы дают высокую плотность слоя, составляющую не менее 80% от плотности компактного металла и обеспечивают требуемую сплошность слоя, при которой поперечный размер сквозных пор не превышает толщины никелевого слоя. При такой сплошности мелкие частицы никелевой губки с размером менее диаметра сквозных пор припекаются к рениевому и никелевому слою, а частицы никелевой губки с размером, большим, чем размер сквозных пор, которые в основном и образуют губку, прочно спекаются с подложкой при 1250-1320°С, в то время как прочное припекание частиц

никелевой губки непосредственно к рениевому слою достигается только при температурах выше 1400°С, а при более низких температурах припекание недостаточно прочное и частицы могут осыпаться при термоциклировании катода.

Обычно толщина защитного рениевого слоя 5-15 мкм, при больщей толщине рениевый слой становится непрочным и отслаивается от подложки; при меньшей - изоляQ ционные свойства, препятствующие взаимной диффузии материалов керна и губки, ухудшаются. Для обеспечения прочного припекания никелевой губки достаточно применения никелевого слоя толщиной, примерно равной толщине рениевого покрытия.

5 Применение никелевого покрытия большей толщины нецелесообразно, так как не улучшает качества катода. Кроме того, применение никелевых слоев с толщиной более 50 мкм приводит к их отслаиванию за счет разности КТР никеля и рения при термо циклировании катода. При толщинах никеля менее 1 мкм наблюдается снижение сплошности покрытия и как следствие этого ухудшение припекания никелевой губки.

Испытывают оксидные катоды, изготовленные в соответствии с предложенной конструкцией и способом изготовления, на долговечность в режиме непрерывного горения и в циклическом режиме включения - выключения накала.

Толщина рениевого покрытия на молибденовом керне 8-10 мкм, толщина никелевого покрытия 3-4 мкм. Никелевая губка припекается при 1250-1300°С в течение 40-60 мин. После нанесения эмиссионного вещества губчатый слой опрессовывается при давлении 1,5 т/см 2. После операции

5 опрессовки никаких разрущений керна и отслаивания губки не обнаружено. Катоды выдерживают без разрушения 2000 ч непрерывного горения накала и 2000 циклов включения - выключения накала.

Предложенный оксидный катод и способ его изготовления увеличивают долговечность оксидных катодов на тугоплавком керне за счет введения дополнительного никелевого покрытия, снижения температуры спекания никелевой губки, устранения образования хрупкого эвтектического сплава никеля с .материалом керна, исключения отслаивания никелевой губки от керна при термоциклировании катода и взаимодействия окислов 1ДЗМ с материалами керна катода.

Формула изобретения

I. Оксидный катод, содержащий керн из тугоплавкого металла, например молиб дена, защитный рениевый слой и пористую никелевую губку с эмиссионноактивным веществом, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности катода, .между рениевым слоем и пористой никелевой губкой расположен никелевый слой с плотностью, превышающей 0,8 плотности компактного металла толщиной 0,2-1,0 толщины рениевого слоя. 2. Способ изготовления оксидного катода по п. 1, содержащий операции нанесения рениевого слоя, его спекания, нанесения никелевой губки, ее спекания и нанесения эмиссионноактивного вещества, отличающийся тем, что после спекания рениевого слоя перед нанесением никелевой губки на него наносят слой никеля и производят спекание, причем спекание никелевого слоя и никелевой губки производят при температуре ниже температуры плавления эвтектического сплава материала керна с материалом губки. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью изготовления оксидного катода на молибденовом керне, спекание никелевого слоя и никелевой губки производят при 1250-1320°С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 1603130, кл. Н 01 J, опублик. 1971. 2. Кудинцева Г. А. и др. Термоэлектронные катоды. М., «Энергия, 1966, с. 117- 123 (прототип).