Холодный катод Советский патент 1982 года по МПК H01J1/30 

(5) ХОЛОДНЫЙ КАТОД

Изобретение относится к газоразрядным источникам электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда, формирующим электронные пучки различного профиля и применяемым, в основном, в технологических целях дл сварки, плавки, пайки, отжига, испарения различных материалов и др. Известны холодные катоды для газоразрядной электронной пушки на основе алюминия, тантала и др. Такие катоды изготавливают механической обработкой. Недостатком этих катодов является низкий коэффициент ионно-электронной эмиссии и недостаточно высокая стабильйость работы, особенно, наиболее широко применяемых катодов из алюминия. Возможно применение в газоразрядных пушках катодов из других материалов и сплавов, наиболее эффективными из которых является гексаборид лантана, обладающий высоким коэффициентом ионно-электронной эмиссии ij. Катоды из гексаборида лантана изготавливают в виде таблеток и механическим способом крепят в катодном узле пушки, что не обеспечивает необходимого теплоотвода из-за плохого контакта гексаборида лантана с элементами конструкции при нагреве под воздействием ионной бомбардировки. Это снижает предельную плотность тока с катода, удельную и общую мощность пушки и затрудняет использование катодов небольших размеров для получения электронных пучков с малым углом сходимости. Известен холодный катод для электронной пушки, в котором эмиттер из гексаборида лантана закреплен в металлическом керне на охлажддемом основании 23 . Однако пушки с такими катодами имеют низкую энергетическую эффективность и стабильность за счет плохого теплового контакта между эмиттером материала и окружающей частью катода Цель изобретения - повышение эффективности и стабильности работы холодного катода газоразрядных элект ронных пушек на основе высоковольтного тлеющего разряда. Поставленная цель достигается тем, что в холодном катоде газоразрядной электронной пушки, содержащем эмиттер на основе гексаборида лантана, закрекленный в металлическом кер не на охлаждаемом основании, эмиттер выполнен из сплава гексаборида лантана, содержащего 10-30 вес. % никеля или кобальта, и соединен с керном припоем из сплава никеля, содержащего - 5 вес. % бора. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Катод содержит эмиттер 1 катода закреплен пайкой на металлическом ке не 2. Весь катод через уплотнение 3 закреплен с помощью прикатодного электрода ,на водоохлаждаемом основании 5. Катодный узел окружен анодом 6., Эмиттирующая часть катода изготов лена из сплава гексаборида лантана и никеля или кобальта, содержание кото рых составляет 10-30 вес. %. ССодержание металлов в этих пределах практически не изменяет коэффициента ион но-электронной эмиссии сплавов относительно чистого гексаборида лантана в то же время увеличивает их теплопроводность и стойкость к ионной бом бардировке. Технология изготовления предлагае мого катода заключается в следующем. Исходные порошки гексаборида лантана и никеля (кобальта) крупностью не более 5 мкм смешиваются в шаровой мельнице, футированной твердым сплавом, в среде этилового спирта. Продолжительность смешивания не менее tO ч позволяет получать равномерное распределение компонентов сплава. После сушки вводится раствор поливинилового спирта в воде и смесь гранулируется. Прессование проводится при 2-3 т/см. Температура спекания зависит от содержания металличес кой компоненты сплава и находится в интервале 1300 - 1бООС. Пористость после спекания не превышает 0,11. Пайка эмиттера проводится следующим образом. Подложка из никеля или сплава, имеющего в своем составе никель,покрывается слоем 1-1,5 мм порошка припоя из сплава никеля, содержащего 3i вес. % бора. Такой состав сплава имеет низкую температуру плавления, а также хорошо смачивает керн и эмиттирующую часть. Сборка из керна и эмиттера нагревается в нейтральной или восстановительной среде до 11001150°С со скоростью 20730 град/мин и выдерживается 3-5 мин. После охлаждения катодный узел может дорабатываться механизчески для придания более точной конфигурации катоду. При работе пушки в камере создается давление 10 мм рт. ст.Между катодом и заземленным анодом прикладывается ускоряющее напряжение величиной десятки кВ. В пушке зажигается тлеющий разряд с плазмой, локализованной в промежутке анод - обрабатываемое изделие 7- Положительные ионы из плазмы 8 ускоряются полем катодного падения потенциала и бомбардируют катод, выбивая из него электроны, которые формируются в пучок 9. При этом на катод переносится до lOS; всей мощности разряда, что приводит к недопустимому нагреву катода. Применение сплавов гексаборида лантана с никелем или кобальтом ,имеющих высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии, позволяет повысить плотность тока эмиссии, улучшить фокусировку за счет получения беспористых катодов, увеличить теплопроводность эмиттирующей части катода и улучшить качество пайки по сравнению с чистым гексаборидом лантана. Интенсивное охлаждение катода, например водяное, возможное за счет образования теплового контакта в результате пайки эмиттера катода с керном,позволяет повысить энергетическую эффективность пушки в 2 - 2,5 раза, а также обеспечивает стабильность тока электронного пучка в течение сотен часов работы, что расширяет функциональные возможности газоразрядных пушек данного типа, в частности в области сварки. Формула изобретения Холодный катод газоразрядной электронной пушки на основе высоковольт