CN100418175C - 具有提高的寿命的阴极射线管的阴极 - Google Patents

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Abstract

一种针对真空管的浸渍阴极，包括利用碱土金属混合物浸渍的多孔片状器件(11)形式的发射部分；将所述片状器件放置在盘(12)中，所述盘(12)由难熔金属制成并覆盖有形成了阴极的发射表面的多孔金属薄片(13)。而且，所述片状器件具有位于严重浸渍区域和未浸渍或弱浸渍的区域(10)之间的分离表面(18)，所述分离表面是凹入的，并且具有位于金属薄片和严重浸渍区域之间的至少一个中空部分。利用该分离表面的形状，提高了阴极的寿命。

Description

具有提高的寿命的阴极射线管的阴极
技术领域
本发明涉及一种针对阴极射线管的浸渍阴极，更具体地，涉及一种具有提高的寿命的浸渍阴极。
背景技术
浸渍阴极由多孔金属体组成，还被称为片状器件(pellet)，其由能够发射电子的、被称为浸渍剂的材料浸渍，该材料主要由如氧化钡等金属氧化物构成。多孔金属体同样由如钨、钼等难熔金属制成。将多孔金属体放置在其自身由难熔金属制成的金属盘内。将或者通过对固体金属薄片进行穿孔、或者通过压制、烧结和可能的浸渍而获得的多孔金属薄片放置在片状器件的上方。浸渍材料与片状器件进行化学反应，并产生发射材料，例如一种基于钡或氧化钡的材料，该发射材料将移动到片状器件中，并通过金属薄片的小孔以便涂覆到其表面，然后，所述表面形成了阴极的发射表面。
在阴极射线管领域，当前的趋势是在阴极电流密度较高增加的方向上向更大的增加迈进，以便在高清晰的应用，例如在电视领域中，使用这些阴极射线管。现在，已经注意到，阴极的寿命相当大地取决于其所需要的电流密度。
已经提出了各种方法来增加浸渍阴极的寿命，例如：
-或者通过减少浸渍片状器件的孔隙度，或者通过降低工作温度，更慢地蒸发诸如钡的发射材料，
-或者通过增加片状器件的体积，或者通过在片状器件下添加储存器，增加浸渍材料的储存并因而增加发射材料的储存。
然而，尽管这些解决方案能够增加在较低的电流密度下的阴极寿命。该寿命实质上在高电流密度下并未改变，这是由于以下的原因：
-如果减少了孔隙度，这导致了浸渍材料的储存器的尺寸的减小
-如果减小了工作温度，则电子发射下降
-发射材料的流动随着将其与发射表面分离的距离而减小，由于随着路径，发射材料与其暴露在真空中的表面积成比例地蒸发
-在片状器件下添加储存器是特别昂贵的解决方案，其不能够用于制造大众市场产品，并使阴极的激活更长。
发明内容
本发明的主题是一种特定的阴极结构，能够不对发射材料的储存器的尺寸发生作用，但是对发射材料的流动具有作用，更具体地，对排空储存器的速率具有作用。
为此，根据本发明的浸渍阴极包括：由碱土金属混合物浸渍的多孔发射片状器件，将所述片状器件放置在由难熔金属制成的盘中，并覆盖有形成阴极的发射表面的多孔金属薄片，其特征在于：所述片状器件具有位于严重浸渍区域和未浸渍或弱浸渍区域之间的分离表面，所述分离表面是凹入的，并且具有位于金属薄片和严重浸渍区域之间的至少一个中空部分。
附图说明
利用以下描述和附图，本发明及其优点将得到更好的理解，其中：
-图1示出了根据现有技术的浸渍阴极的实施例
-图2示出了本发明的第一实施例
-图3示出了根据本发明的阴极的一个变化的实施例。
具体实施方式
例如，在美国专利US 4101800中描述了根据现有技术的浸渍阴极。由图1所示的这种阴极包括：均匀浸渍的多孔片状器件1，由诸如钡或钙等碱土金属的混合物之类的发射材料制成；将片状器件插入到由诸如钼或钽等难熔材料制成的盘2中。片状器件覆盖有通过激光焊接或铜焊接附着于盘上的多孔金属薄片3。例如，通过压制和烧结诸如钨等金属来制成金属薄片3。将盘2固定于其中放置了阴极的加热丝4的中空圆柱套管6上。
在阴极操作期间，在片状器件的小孔中产生诸如钡和氧化钡等发射材料，并且这些材料将向发射表面移动，并经由其开口5通过薄片3。由片状器件扩散的蒸发钡继续通过薄片3，该蒸发钡的一部分沉积在薄片3上，而另一部分以蒸气的形式通过。薄片的孔隙度越低，沉积在其上的钡的部分就越大。所沉积的钡非常快地扩散，并由于薄片的高温而在表面上变得均匀，该温度几乎等于片状器件的工作温度。在穿孔薄片的上表面上的钡扩散使所述上表面充当电子发射表面。
由浸渍剂和如钨等构成片状器件的材料的化学反应引起了钡的流动，并且该流动指向由发射表面3形成的自由路径。因此，形成了耗尽前面7，该表面实质上与片状器件的发射表面平行。耗尽前面定义了其中发射材料极度耗尽并直接位于薄片3的下方的区域8、与其中发射材料的密度还未发生改变的更深区域9之间的边界。在阴极的寿命期间，耗尽前面将会移动，同时具有与发射表面实质上平行的表面，钡位于发射表面的下方的深度随着阴极的工作寿命而逐渐增加。
本发明基于以下事实：已经注意到，在操作期间，耗尽前面移动，同时具有与其初始表面实质上平行的表面，如同慢燃烧前面。因此，诸如钡等发射材料的流动随着将其与发射表面分离的距离而减少。这样的结果在于：离发射表面较远的位置处的钡可能会没有用处。如在1981年由North Holland Publishing Company所公布的A.M.Shroff所写的“Applications of Surface Science 8”的第36页到49页所描述的那样，根据在已经使用了阴极期间，流动与时间的平方根成反比的定律，发射材料的流动随着耗尽前面逐渐远离发射表面而减小。
两种现象引起了在发射材料的流通中的这种减少：
-随着化学反应的剩余物在小孔中逐渐累积，氧化钡向要减少为钡的表面的扩散愈加困难。
-随着耗尽前面逐渐远离发射表面，发射材料与暴露在真空中的表面区域成比例地蒸发，所述表面与分离成比例地增加。
-随着耗尽前面逐渐远离发射表面，发射材料必须沿更大的距离扩散，在其路径上，趋向于覆盖随着距离而增加的金属表面，而且，这增加了到达该表面的材料量。
本发明提供了针对这些问题的解决方案，而未改变在片状器件、或其小孔或其工作温度中发生的化学现象。
如图2所示，本发明分离了发射材料源的功能和发射表面的功能，从而在几何上增大了其间的发射材料的流动。
为此，所述阴极由插入在盘12中的发射片状器件11构成。片状器件覆盖有多孔金属薄片13，例如，通过压制和烧结钨粉制成，优选地，可以利用浸渍材料来浸渍该金属薄片。
在其制造期间，片状器件11具有以下特定特征：其具有严重浸渍区域19和弱浸渍或根本未浸渍区域10。这两个区域之间的分离表面18具有以下几何特征：其是凹入的，并且具有位于形成阴极发射表面的薄片13和片状器件的严重浸渍部分19之间的至少一个中空部分。
在图2所示的实例中，分离表面18具有设置在片状器件的中心的半球形的凹陷。优选地，片状器件11具有在15％和35％之间的孔隙度，并具有1.3mm的直径16。其深度14是0.6mm，并且位于其中心处的空腔10具有0.7mm的直径20。金属薄片13设置在片状器件上方，可以对该薄片进行浸渍也可以不进行浸渍，所述薄片具有15％和35％之间的孔隙度，并且具有20μm到50μm的厚度。优选地，该薄片涂覆有诸如锇/钌等合金层，或涂覆有降低了电子的逸出功的铱。将片状器件插入到盘12中，如通过激光焊接，将所述盘12固定到圆柱套管上。
通过用于连接其外围表面和围住区域10的、利用诸如钼和钌等高熔点的金属基材的铜焊接合21，将薄片13和片状器件彼此固定。可以通过将粉末与溶剂混合来准备基于钼/钌的混合物，然后涂覆在厚度为几个μm的层中，最后，利用激光对其进行熔化，同时彼此相对地压制薄片和预先浸渍的片状器件。
按照这种方式，将在半球形表面18处最初形成耗尽前面，所述铜焊接合21形成了无法渗透到来自片状器件的发射材料的阻挡物。然后，耗尽前面将会移动，同时与半球形表面保持平行，并且根据以下类型的定律，其表面随着逐渐迫使所述前面进入片状器件而增加，所述定律为：
d(t)＝A.t1/2
其中，d是所述前面离其初始位置的距离，A是取决于片状器件的孔隙度和工作温度的系数，而t是时间。
于是，所述前面的表面积将根据以下类型的定律而增加：
S(t)＝K(R+d(t))2＝K(R+A.t1/2)2
其中，R是表面18的初始半径，而K是由表面18所表示的球面部分所定义的常数系数。
因此，修改了发射材料的流动对片状器件的使用时间的依赖性：耗尽前面的表面积随着阴极使用时间的增加使得浸渍片状器件的日益变大的区域得到使用，这涉及愈加变大的发射材料量。该效果平衡了如上所述的减少发射材料流动的自然效果，从而在本发明的结构中，与诸如图1所示的结构相比，有效发射材料的流动减小得更慢。此外，应该注意到，该优势随着时间而增大。
下表示出了在图1所示的现有技术情况下和在本发明的情况下，耗尽前面、钡流动和阴极发射上的变化。
Figure C0282405400071
Figure C0282405400081
可以注意到，通过将阴极发射的下限设置为5100μA，阴极的寿命从针对根据现有技术的阴极的80周达到了针对根据本发明的阴极的150周。
为了制造初始半球形表面18，能够以均匀浸渍的片状器件开始；在遮蔽片状器件的上表面的一部分，例如所述表面的外围区域，之后，执行浸渍剂的空间受控溶解，从而利用非常少的浸渍剂或根本不利用浸渍剂来创建半球形区域。
还可以从片状器件11制造该分离表面18，在片状器件11上，诸如通过压制然后均匀浸渍来机械地创建无任何材料的半球形区域10。在该实施例中，发射材料以蒸气的形式穿过空腔10，并且不必如先前的实施例中那样，覆盖小孔的表面。在这种情况下，当将配备有该类阴极的阴极射线管放置在真空下时，特别是当覆盖片状器件的薄片13是多孔的并利用发射材料浸渍时，可能会产生问题；于是，在包含在空间10中的空气和在射线管内占优势的渐进真空之间，产生了压力降，该压力降可能会造成薄片13的断裂。图3示出提供了对该问题的解决方案的本发明的实施例；通过形成在浸渍片状器件11中的、用于将空腔与阴极外部连通的至少一个通道30，将空腔10设置为外部压力。
在所有情况下，为了获得延长阴极寿命的明显效果，需要初始分离表面18的表面积比阴极的发射表面大至少20％。
上述实施例并非限定性的；有利地，能够在浸渍片状器件的表面上提供多个凹陷空腔，或者以半圆环形状的表面来替代半球形空腔。

Claims (9)

1. 一种浸渍阴极，其发射部分包括由碱土金属混合物浸渍的多孔片状器件(11)，将所述片状器件放置在盘(12)中，所述盘(12)由难熔金属制成并覆盖有形成了阴极的发射表面的多孔金属薄片(13)，
其特征在于：所述片状器件具有位于严重浸渍区域和未浸渍或弱浸渍的区域(10)之间的分离表面，所述分离表面是凹入的，并且具有位于金属薄片和严重浸渍区域之间的至少一个中空部分。
2. 根据权利要求1所述的浸渍阴极，其特征在于：位于中空部分和发射表面之间的空间至少部分地无任何材料。
3. 根据权利要求1或2所述的浸渍阴极，其特征在于：位于中空部分和发射表面之间的空间利用至少一个通道(30)与外部空间连通。
4. 根据权利要求1所述的浸渍阴极，其特征在于：通过片状器件的浸渍剂的选择性溶解，来获得分离表面的中空部分。
5. 根据权利要求1所述的浸渍阴极，其特征在于：所述中空部分是球形表面的一部分。
6. 根据权利要求1所述的浸渍阴极，其特征在于：中空部分的表面积比发射表面大至少20％。
7. 根据权利要求1所述的浸渍阴极，其特征在于：片状器件的表面包括围绕中空部分的、针对发射材料的扩散而密封的金属阻挡物(21)。
8. 根据权利要求7所述的浸渍阴极，其特征在于：金属阻挡物(21)由具有高熔点的金属合金组成。
9. 一种阴极射线管，其特征在于：所述阴极射线管包括根据权利要求1所述的阴极。
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