<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Werkwijze voor het vervaardigen van een naleveringskathode.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een naleveringskathode waarbij een poeder van een hoog-smeltend metaal en een scandium houdend poeder met elkaar worden gemengd en tot een kathodelichaam worden geperst, waarbij het kathodelichaam tevens wordt voorzien van een barium houdende component.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit een Europese octrooiaanvrage die onder nummer 298. voor het publiek ter inzage is gelegd. Bij de bekende werkwijze worden een hoog-smeltend metaal in de vorm van wolfraampoeder en een scandiumhoudend poeder, bestaande uit zuiver scandium of scandiumhydride, met elkaar gemengd in een verhouding van 95 gewichtsprocent, waama het poedermengsel wordt samengeperst en gesinterd tot een kathodelichaam van overwegend poreus wolfraam waarin het scandium is verdeeld. Het kathodelichaam wordt verder voorzien van een barium houdende component door het kathodelichaam bij verhoogde temperatuur te impregneren met gesmolten barium-calcium-aluminaat.
Een dergelijke kathode wordt gewoonlijk aangeduid als mixed-matrix scandaatkathode en omvat een poreuze matrix van overwegend het hoog-smeltend metaal waarin geoxydeerd scandium (scandaat) is verdeeld, waarbij de barium houdende component, gewoonlijk in een geoxydeerde vorm, zich in de ponen van de matrix bevindt.
De geoxydeerde toestanden van scandium en van barium zullen navolgend worden aangeduid als respectievelijk scandiumoxyde en bariumoxyde zonder overigens daarbij bij uitsluiting te duiden op zuiver stoichiometrische verbindingen tenzij zulks uitdrukkelijk is vermeld. Zo kunnen de geoxydeerde toestanden bijvoorbeeld tussenvormen van stoichiometrische oxyden bevatten, zogenaamde mengoxyden.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
De barium houdende component zorgt ervoor dat aan het emitterende oppervlak van de kathode een mono-atomaire laag wordt gevormd die barium bevat.
Het bariumoxyde is daarbij door het matrixmetaal tot barium gereduceerd. Als gevolg van de mono-atomaire, toplaag wordt de uittreepotentiaal van vrije elektronen in de matrix voldoende verlaagd om elektronenemissie mogelijk te maken. Omdat de monoatomaire toplaag als gevolg van de onvermijdelijke verdamping van barium continu barium verliest, dient echter wel voortdurend barium te worden nageleverd om de laag in stand te houden, hetgeen de naam van een dergelijk kathode verklaart. In deze nalevering wordt voorzien doordat tijdens bedrijf al dan niet gereduceerd bariumoxyde vanuit de poriën naar het emitterende oppervlak diffundeert om daar de mono-atomaire laag aan te vullen.
In een mixed-matrix scandaatkathode wordt de uittreepotentiaal van de elektronen verder verlaagd doordat in de mono-atomaire toplaag behalve barium ook scandium aanwezig is. Een dergelijke kathode heeft daardoor een uitermate hoog rendement, waardoor reeds bij relatief lage temperaturen een betrekkelijk sterke elektronenemissie kan worden gerealiseerd. Zo kan met een kathode van de in de aanhef genoemde soort reeds bij een stooktemperatuur van circa 1000 een elektronenemissie van ruim 100 A/cm worden gerealiseerd, hetgeen overeenkomt met een rendement dat meer dan een factor 10 hoger is dan van een naleveringskathode waarin geen scandaat aanwezig is.
Een kathode van de in de aanhef genoemde soort is daardoor uitermate geschikt voor toepassing in een elektronenvacuümbuis, in het bijzonder in een beeldbuis waarbij met behulp van een door de kathode opgewekte elektronenbundel een beeld op een beeldscherm wordt afgebeeld of een opneembuis waarbij met behulp van een door de kathode opgewekte elektronenbundel beeldinformatie van een trefplaat wordt uitgelezen.
Een probleem dat zieh bij de vervaardiging van een dergelijke kathode in de praktijk kan voordoen is dat de uitgangspoeders slechts moeizaam met elkaar mengen. Vaak hebben het scandium houdende materiaal en het hoogsmeltend metaal de neiging tot ontmengen. Daarbij komt dat vooral zeer fijne poeders, dat wil zeggen poeders met een zeer kleine gemiddelde korrelgrootte, de neiging blijken te hebben om te gaan klitten wat bijdraagt aan een slechte mengbaarheid van de poeders onderling maar bovendien leidt tot een slechte hanteerbaarheid en een lastige verwerking.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Met de uitvinding wordt beoogd in een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te voorzien waarbij dit probleem wordt ondervangen.
Daartoe heeft een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding als kenmerk dat beide poeders en een geschikte binder met elkaar worden vermengd, dat het geheel wordt uitgehard en wordt vermalen tot granules van gemiddeld een grotere omvang dan de korrels van de uitgangspoeders en dat van de granules vervolgens een kathodelichaam wordt geperst.
Met de binder, zoals in het bijzonder een acrylaathars opgelost in aceton, wordt het poedermengsel tot een stroperige massa gebonden waarin de poeders homogeen zijn gesuspendeerd. Deze massa wordt uitgehard waarbij eventueel oplosmiddel van de binder wordt verdreven. Door de resulterende uitgeharde koek vervolgens te vermalen tot granules die gemiddeld genomen een aanmerkelijk grotere omvang hebben dan de korrels van de uitgangspoeders wordt een granule-poeder verkregen met een aanmerkelijk grotere fluiditeit dan de uitgangspoeders dat in tegenstelling tot de relatief fijne uitgangspoeders gemakkelijk en zich daardoor gemakkelijker laat hanteren en verwerken.
Meer in het bijzonder wordt volgens de uitvinding voor het persen van het kathodelichaam uitgegaan van granules met een gemiddelde korrelgrootte van meer dan circa 50 In tegenstelling tot de korrels van de uitgangspoeder bevatten de granules in het algemeen geen zuiver materiaal maar materiaal van zowel het ene als het andere uitgangspoeder. Beide materialen, i. het hoog-smeltende metaal en het scandium houdende materiaal, zijn met behulp van de binder homogeen gemengd en daardoor ook uniform over de granules verdeeld en uiteindelijk voldoende homogeen in het kathodelichaam aanwezig. In tegenstelling tot de korrelgrootten van de uitgangspoeders speelt de granulegrootte daarom op zichzelf geen rol voor wat betreft de uniformiteit van de verdeling van de verschillende componenten over het kathodelichaam.
De uitvinding staat het met name toe om voor de vervaardiging van de kathode uiterst fijne uitgangspoeders toe te passen. Een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft dan ook als kenmerk dat voor het hoogsmeltende metaal wordt uitgegaan van een poeder met een gemiddelde korrelgrootte van ten hoogste 1 Am en dat in het scandium houdende poeder de gemiddelde korrelgrootte ten hoogste 10 um bedraagt. Aldus kan een uitermate homogene verdeling van beide uitgangpoeders over het kathodelichaam worden bereikt.
<Desc/Clms Page number 4>
Het is gebleken dat dergelijke fijne uitgangspoeders resulteren in een kathode met een verbeterd herstel na ionenbombardement in vergelijking met conventionele kathodes die zijn vervaardigd op basis van uitgangspoeders met, in verband met de hanteerbaarheid van de poeders, noodzakelijkerwijs aanmerkelijk grotere korrels.
In het bijzonder indien van zeer fijne uitgangspoeders wordt uitgegaan, wordt de barium houdende component bij voorkeur reeds aan het poedermengsel toegevoegd en te zamen daarmee tot granules verwerkt waarin nu behalve het hoogsmeltende metaal en het scandium houdende materiaal tevens de barium houdende component homogeen is verdeeld. De barium houdende component behoeft in dat geval niet, zoals bij de bekende werkwijze, in gesmolten toestand aan een reeds geperst kathodelichaam te worden toegevoegd. Hierdoor wordt tegengegaan dat de scandium houdende component wordt uitgeloogd. Veel gangbare scandium houdende materialen, zoals bijvoorbeeld zuiver scandium, scandiumoxyde en scandiumhydride, blijken namelijk bijvoorbeeld in gesmolten barium-ca1cium-aluminaat op te lossen.
Bovendien is gebleken dat de aanwezigheid van de barium houdende component, zoals in het bijzonder een barium-ca1cium-aluminaat, een remmende werking uitoefend op het onderling sinteren van het hoogsmeltende metaal en het scandium houdende materiaal indien de barium houdende component voorafgaand aan het sinteren is toegevoegd. Een dergelijk sinteringsproces wordt in het algemeen uitgevoerd nadat het kathodelichaam is geperst. Het is gebleken dat de sintertijd en sintertemperatuur dramatisch afnemen naarmate de gemiddelde korrelgrootten in de uitgangspoeders kleiner worden gekozen.
Hierdoor is het sinterproces bij zeer fijne uitgangspoeders moeilijk beheersbaar en kan het sinteringsproces zich zelfs bij de bedrijfstemperatuur van de kathode ongewenst voortzetten, indien niet conform deze bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding de barium houdende component wordt toegevoegd alvorens te sinteren.
De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een tekening waarin een naleveringskathode vervaardigd met de werkwijze volgens de uitvinding wordt getoond. De tekening is overigens zuiver
<Desc/Clms Page number 5>
schematisch en niet op schaal weergegeven. Met name zijn terwille van de duidelijkheid sommige dimensies sterk overdreven weergegeven.
Ter vervaardiging van een naleveringskathode wordt een hoog-smeltend metaal in de vorm van wolfraampoeder en van een scandium houdend poeder dat scandiumoxyde omvat met elkaar gemengd tot een homogeen mengsel. In plaats van scandiumoxyde zou overigens bijvoorbeeld ook kunnen worden uitgegaan van zuiver scandiumpoeder of van scandiumhydridepoeder of scandiumnitridepoeder en in plaats van wolfraam kan ook een ander hoog-smeltend metaal zoals bijvoorbeeld molybdeen of een mengsel van hoog-smeltende metaalpoeders worden toegepast. Volgens de uitvinding wordt daarbij uitgegaan van wolfraampoeder waarvan de korrels gemiddeld kleiner zijn dan 1 Am en scandiumoxydepoeder met een gemiddelde korrelgrootte kleiner dan 10 um en worden beide poeders in een verhouding van circa 97 : 3 gewichtsprocent met elkaar gemengd tot een homogeen poedermengsel.
In het onderhavige voorbeeld ligt de gemiddelde korrelgrootte van het wolfraampoeder tussen
EMI5.1
0, en cm en zijn de scandiumoxydekorrels gemiddeld tussen cm en 1 Am groot.
Het wolfraampoeder en het scandiumoxydepoeder worden verder vermengd met een geschikte barium houdende component zoals in dit voorbeeld een poedervormig barium-calcium-aluminaat, bijvoorbeeld bariumoxyde (BaO), aluminiumoxyde (Al2O en calciumoxyde (CaO) in een verhouding van 4 : 1 : 1 molprocent.
Aan het poedermengsel wordt vervolgens een geschikte organische binder toegevoegd in de vorm van 0, 3-3 gew. % acrylaathars opgelost in aceton om het geheel tot een stroperige massa te binden. Vervolgens wordt het geheel bij verhoogde temperatuur gedroogd om het aceton van de binder te verdrijven. De aldus verkregen, uitgeharde koek wordt tot granules gemalen, waarna het verkregen materiaal wordt gezeefd met een zeef met openingen met een diameter van circa 200 jAm. Aldus wordt een poeder verkregen van granules met een grootte overwegend tussen 50 en 200 izm.
Een dergelijk granule-poeder vertoont een aanmerkelijk grotere fluiditeit dan de ultrafijne uitgangspoeders en loopt daardoor aanmerkelijk gemakkelijker dan het wolfraamen scandiumoxydepoeder waarvan is uitgegaan. Het granule-poeder laat zich dan ook aanmerkelijk gemakkelijker verwerken. Bovendien wordt door het granuleren tegenge-
<Desc/Clms Page number 6>
gaan dat het wolfraam en scandiumoxyde, mede als gevolg van de onderling verschillende korrelgrootten en sterk uiteenlopende soortelijke massa's, in latere proces- stappen ontmengen. Het wolfraam en het scandiumoxyde zijn evenals het barium- calcium-aluminaat homogeen over de granules verdeeld.
Overigens dient binnen het kader van de uitvinding het begrip malen ruim te worden opgevat zodat daaronder niet alleen malen met behulp van een (kogel) molen dient te worden verstaan maar bijvoorbeeld ook fijn stampen in een vijzel en anderszins verpulveren of verbrokkelen.
Het granule-poeder wordt in een persmal gebracht waarin met een persstempel onder hoge druk uit het poeder één of meer pillen wordt geperst met een diameter van circa 1 mm en een porositeit van circa 20-30 %, die vervolgens korte tijd worden gesinterd bij een temperatuur tussen 1400 C en 1900 C. De aanwezigheid van het barium-calcium-aluminaat in de granules oefent daarbij een remmende werking uit op het sinteringsproces waardoor dit beter beheersbaar wordt. Bij de zeer fijne uitgangspoeders van het onderhavige voorbeeld zou het sinterproces zonder de aanwezigheid van het barium-calcium-aluminaat reeds bij een dusdanig lage temperatuur en dermate snel verlopen dat de werkwijze slecht reproduceerbaar is.
Doordat echter zoals in het onderhavige voorbeeld de barium houdende component reeds voor het sinteren in het kathodelichaam aanwezig is, wordt dit alles adequaat tegengegaan.
Het gesinterde kathodelichaam 1 wordt in een geschikte houder 2 van een hoog-smeltend metaal, in dit voorbeeld van molybdeen, gebracht, zie figuur 1. De houder is op een kathodeschacht 3 gelast welke eveneens van molybdeen is vervaardigd en een gloeidraad 4 herbergt waarmee de kathode op de gewenste bedrijfstemperatuur kan worden gebracht. Overigens kan het kathodelichaam ook eerst in de houder worden gemonteerd en pas daarna worden gesinterd.
Hoewel de uitvinding aan de hand van louter het hierboven gegeven voorbeeld is beschreven, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding geenszins tot het gegeven voor beeld is beperk. Voor de vakman zijn integendeel binnen het kader van de uitvinding nog vele variaties mogelijk.
Zo kan in plaats van wolfraampoeder worden uitgegaan van een poeder van een ander hoog-smeltend metaal zoals bijvoorbeeld molybdeen of van een poeder van verscheidene hoog-smeltende metalen. Verder kan het kathodelichaam, in plaats van geheel volgens de hierboven beschreven werkwijze te zijn vervaardigd, een
<Desc/Clms Page number 7>
dragerlichaam van een geschikt metaal bevatten, bijvoorbeeld van molybdeen of wolfraam, waarop een toplaag is aangebracht die volgens de uitvinding is vervaardigd.
Een dergelijke kathode wordt gewoonlijk aangeduid als toplaagkathode. Verder kan het kathodelichaam in plaats van in een persmal direkt in de kathodehouder worden geperst en daarin vervolgens worden gesinterd.
Verder kan de barium houden component, zoals bijvoorbeeld een bariumcalcium-aluminaat, desgewenst in gesmolten toestand aan een inmiddels geperst kathodelichaam worden toegevoegd. Het gesmolten barium-calcium-aluminaat, za1 in dat geval capillair door het kathodelichaam worden opgezogen waardoor het kathodelichaam uiteindelijk met het aluminaat zal zijn doordrengd. Omdat veel scandium houdende materialen in gesmolten barium-calcium-aluminaat op lossen en daardoor tijdens het impregneren zullen worden uitgeloogd, verdient het daarbij de. voorkeur dat voor wat betreft het scandium houdende materiaal wordt uitgegaan van een poeder met een gemiddelde korrelgrootte van meer dan 1 gm om er voor te zorgen dat voldoende scandium houdend materiaal in het kathodelichaam achterblijft.
In het algemeen verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een naleveringskathode met een verbeterde hanteerbaarheid en verwerkbaarheid van de uitgangspoeders, waardoor met name zeer fijne uitgangspoeders kunnen worden toegepast hetgeen leidt tot een kathode met een verbeterd herstel na ionenbombardement in vergelijking met kathodes die op conventionele wijze zijn vervaardigd uitgaande van noodzakelijkerwijs grovere uitgangspoeders.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
Method of Manufacturing a Backorder Cathode.
The invention relates to a method for manufacturing a back-supply cathode in which a powder of a high-melting metal and a scandium-containing powder are mixed together and pressed into a cathode body, wherein the cathode body is also provided with a barium-containing component.
Such a method is known from a European patent application which has been made available to the public under number 298. In the known method, a high-melting metal in the form of tungsten powder and a scandium-containing powder, consisting of pure scandium or scandium hydride, are mixed together in a ratio of 95% by weight, after which the powder mixture is compressed and sintered into a cathode body of mainly porous tungsten into which the scandium is divided. The cathode body is further provided with a barium-containing component by impregnating the cathode body at elevated temperature with molten barium-calcium aluminate.
Such a cathode is commonly referred to as a mixed-matrix scandate cathode and comprises a porous matrix of predominantly the high-melting metal into which oxidized scandium (scandate) is distributed, the barium-containing component, usually in an oxidized form, contained in the pons of the array.
The oxidized states of scandium and of barium will hereinafter be referred to as scandium oxide and barium oxide, respectively, without otherwise indicating purely stoichiometric compounds unless expressly stated. For example, the oxidized states may contain intermediate forms of stoichiometric oxides, so-called mixed oxides.
<Desc / Clms Page number 2>
EMI2.1
The barium-containing component ensures that a mono-atomic layer containing barium is formed on the emitting surface of the cathode.
The barium oxide is thereby reduced to barium by the matrix metal. As a result of the mono-atomic top layer, the exit potential of free electrons in the matrix is lowered enough to allow electron emission. However, since the monoatomic top layer continuously loses barium due to the inevitable evaporation of barium, barium must be continuously supplied to maintain the layer, which explains the name of such a cathode. This subsequent delivery is provided by the fact that, during operation, reduced or not reduced barium oxide diffuses from the pores to the emitting surface in order to supplement the mono-atomic layer there.
In a mixed-matrix scandate cathode, the exit potential of the electrons is further reduced because scandium is present in the mono-atomic top layer in addition to barium. As a result, such a cathode has an extremely high efficiency, so that a relatively strong electron emission can be realized even at relatively low temperatures. For example, with a cathode of the type mentioned in the preamble, an electron emission of more than 100 A / cm can already be realized at a heating temperature of approximately 1000, which corresponds to an efficiency that is more than a factor of 10 higher than that of a subsequent cathode in which no scandate is present.
A cathode of the type mentioned in the preamble is therefore extremely suitable for use in an electron vacuum tube, in particular in a picture tube in which an image is displayed on a screen with the aid of an electron beam generated by the cathode or a pick-up tube in which a electron beam generated by the cathode image information from a target is read out.
A problem which can arise in practice in the manufacture of such a cathode is that the starting powders only mix with difficulty. Often the scandium-containing material and the high-melting metal tend to demix. In addition, especially very fine powders, that is to say powders with a very small average grain size, tend to become tangled, which contributes to poor miscibility of the powders, but also leads to poor handling and difficult processing.
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
The object of the invention is to provide a method of the type mentioned in the preamble, in which this problem is obviated.
To this end, a method of the type mentioned in the opening paragraph according to the invention is characterized in that both powders and a suitable binder are mixed together, that the whole is cured and ground into granules of an average size larger than the granules of the starting powders and that a cathode body is subsequently pressed from the granules.
With the binder, such as in particular an acrylate resin dissolved in acetone, the powder mixture is bound into a viscous mass in which the powders are homogeneously suspended. This mass is cured and any solvent is expelled from the binder. By subsequently grinding the resulting cured cake into granules which on average have a considerably larger size than the granules of the starting powders, a granule powder is obtained with a considerably greater fluidity than the starting powders, which, in contrast to the relatively fine starting powders, is easy and therefore easier handling and handling.
More particularly, according to the invention, for pressing the cathode body, granules with an average grain size of more than about 50 are used. In contrast to the granules of the starting powder, the granules generally do not contain pure material, but material of both the one and the other starting powder. Both materials, i. the high-melting metal and the scandium-containing material are homogeneously mixed with the aid of the binder and thereby also distributed uniformly over the granules and ultimately present sufficiently homogeneously in the cathode body. Contrary to the grain sizes of the starting powders, the granule size therefore does not in itself play a role in the uniformity of the distribution of the various components over the cathode body.
In particular, the invention allows the use of extremely fine starting powders for the manufacture of the cathode. A special embodiment of the method according to the invention is therefore characterized in that the high-melting metal is based on a powder with an average grain size of at most 1 Am and in the scandium-containing powder the average grain size is at most 10 µm. An extremely homogeneous distribution of both starting powders over the cathode body can thus be achieved.
<Desc / Clms Page number 4>
It has been found that such fine starting powders result in a cathode with improved recovery from ion bombardment compared to conventional cathodes made from starting powders with necessarily larger grains for the handling of the powders.
Particularly when starting from very fine starting powders, the barium-containing component is preferably already added to the powder mixture and together processed into granules in which the barium-containing component is now also homogeneously distributed in addition to the high-melting metal and the scandium-containing material. In that case, the barium-containing component need not be added in molten state to an already pressed cathode body, as in the known method. This prevents the scandium-containing component from being leached. Namely, many common scandium-containing materials, such as, for example, pure scandium, scandium oxide and scandium hydride, have been found to dissolve, for example, in molten barium-calcium aluminate.
In addition, it has been found that the presence of the barium-containing component, such as in particular a barium-calcium aluminate, has an inhibitory effect on the sintering of the high-melting metal and the scandium-containing material if the barium-containing component is prior to sintering added. Such a sintering process is generally performed after the cathode body has been pressed. It has been found that the sintering time and sintering temperature decrease dramatically as the average grain sizes in the starting powders are selected smaller.
As a result, the sintering process with very fine starting powders is difficult to control and the sintering process can continue undesirably even at the operating temperature of the cathode, if the barium-containing component is not added before sintering in accordance with this special embodiment of the method according to the invention.
The invention will now be further elucidated on the basis of an exemplary embodiment and a drawing showing a subsequent supply cathode manufactured with the method according to the invention. The drawing is also pure
<Desc / Clms Page number 5>
shown schematically and not to scale. For the sake of clarity, some dimensions are particularly exaggerated.
To produce a back-delivery cathode, a high-melting metal in the form of tungsten powder and of a scandium-containing powder comprising scandium oxide is mixed together into a homogeneous mixture. Instead of scandium oxide, for example, it could also be started from pure scandium powder or from scandium hydride powder or scandium nitride powder and instead of tungsten, another high-melting metal such as, for example, molybdenum or a mixture of high-melting metal powders can also be used. According to the invention, the starting material is tungsten powder whose grains are on average less than 1 Am and scandium oxide powder with an average grain size of less than 10 µm, and both powders are mixed together in a ratio of approximately 97: 3% by weight to form a homogeneous powder mixture.
In the present example, the average grain size of the tungsten powder is between
EMI5.1
0, and cm and the scandium oxide grains are on average between cm and 1 Am.
The tungsten powder and the scandium oxide powder are further mixed with a suitable barium-containing component such as in this example a powdered barium-calcium aluminate, for example barium oxide (BaO), aluminum oxide (Al2O and calcium oxide (CaO) in a ratio of 4: 1: 1 mol% .
A suitable organic binder is then added to the powder mixture in the form of 0.3-3 wt. % acrylic resin dissolved in acetone to bind the whole to a viscous mass. The whole is then dried at an elevated temperature to expel the acetone from the binder. The cured cake thus obtained is ground into granules, after which the material obtained is sieved with a sieve with openings with a diameter of approximately 200 µm. Thus, a powder is obtained from granules of a size predominantly between 50 and 200 µm.
Such a granule powder exhibits markedly greater fluidity than the ultrafine starting powders and therefore runs considerably more easily than the starting tungsten scandium oxide powder. The granule powder is therefore considerably easier to process. In addition, the granulation prevents
<Desc / Clms Page number 6>
that the tungsten and scandium oxide, partly due to the mutually different grain sizes and widely varying specific masses, demix in later process steps. The tungsten and scandium oxide, like the barium calcium aluminate, are homogeneously distributed over the granules.
Within the scope of the invention, the term grinding should be interpreted broadly, so that it should not only be understood to mean grinding with the aid of a (ball) mill, but also, for example, mashing in a mortar and otherwise pulverizing or crumbling.
The granule powder is placed in a press mold in which one or more pills with a diameter of about 1 mm and a porosity of about 20-30% are pressed with a high-pressure press die from the powder, which are then sintered for a short time at a temperature between 1400 C and 1900 C. The presence of the barium-calcium aluminate in the granules thereby exerts an inhibiting effect on the sintering process, making it more controllable. In the very fine starting powders of the present example, the sintering process without the presence of the barium-calcium aluminate would already proceed at such a low temperature and so fast that the process is poorly reproducible.
However, since, as in the present example, the barium-containing component is already present in the cathode body before sintering, all this is adequately counteracted.
The sintered cathode body 1 is placed in a suitable holder 2 of a high-melting metal, in this example of molybdenum, see figure 1. The holder is welded on a cathode shaft 3 which is also made of molybdenum and houses a filament 4 with which the cathode can be brought to the desired operating temperature. Incidentally, the cathode body can also first be mounted in the holder and only then be sintered.
Although the invention has been described with reference to the above example only, it will be clear that the invention is by no means limited to the example given. On the contrary, many variations are still possible for the skilled person within the scope of the invention.
For example, instead of tungsten powder, it is possible to start from a powder of another high-melting metal, such as, for example, molybdenum, or of a powder of various high-melting metals. Furthermore, instead of being manufactured entirely according to the method described above, the cathode body can be a
<Desc / Clms Page number 7>
carrier body of a suitable metal, for example of molybdenum or tungsten, on which is applied a top layer manufactured according to the invention.
Such a cathode is commonly referred to as a top layer cathode. Furthermore, instead of being pressed into a mold, the cathode body can be pressed directly into the cathode holder and subsequently sintered therein.
Furthermore, the barium-containing component, such as, for example, a barium calcium aluminate, can be added, if desired, in the molten state to a meanwhile pressed cathode body. The molten barium-calcium aluminate, in that case, will be sucked capillary through the cathode body, so that the cathode body will eventually be permeated with the aluminate. Since many scandium-containing materials dissolve in molten barium-calcium aluminate and will therefore be leached out during impregnation, it deserves the. It is preferable that the scandium-containing material is based on a powder with an average grain size of more than 1 µm to ensure that sufficient scandium-containing material remains in the cathode body.
In general, the present invention provides a method of fabricating a backorder cathode with improved handling and processability of the starting powders, particularly allowing the use of very fine starting powders resulting in a cathode with improved recovery after ion bombardment compared to cathodes are conventionally manufactured from necessarily coarser starting powders.