CN1052105C - 直热式阴极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于电子管的电子发射的直热式阴极的制造方法，包括下述工序：将主成份Ir、Pt或Au粉末和辅成份Ce、La或Pr粉末混合；利用球磨机用高能或低能球磨法对混合的粉末进行冲击，以机械方法制造合金；在一定压力下，将制造的合金进行片状件成形；除去成形的片状件内残留气体；在除去其残留气体后，对所述片状件电子发射特性进行评价。本发明具有高电流密度，可延长使用时间。

Description

直热式阴极及其制造方法
本发明涉及最适于彩色显象管的三电子枪中的直热式阴极及其制造方法，特别是提出一种由金属合金制成的，具有高电流密度，能延长使用寿命且其制造工序可显著缩短的直热式阴极及其制造方法。
一般来说，在阴极射线管中使用的热电子发射阴极广泛采用氧化物阴极和浸渍型阴极，但，目前，对其存在的对瞬间动作的延迟以及使用寿命短等问题，正在向使用金属系合金阴极方面进行研究。
上述金属系合阴极是使用多种合金或单一金属材料，尤其是使用Ir-Ce和Ir-La合金制造的阴极比上述的氧化物阴极和浸渍型阴极相比有各种优良的特性。
然而，因为用电弧熔化法制造，相对低熔点金属在合金合成的过程中比高熔点金属先熔解，由此产生蒸发的问题，所以金属系合金阴极还没有达到实用化。
在彩色显象管内部一般设置有电子枪，该电子枪由氧化物阴极1，金属支架2，和加热灯丝3构成。
如图1所示，上述氧化物阴极1与因通电电流而发热的金属支架2的上侧相接合，在金属支架2的内例设有用于通过电流的加热灯丝3。
上述金属支架2的结构特点是：为了使速度响应性良好，其长度要尽可能短，而电阻要尽可能高；为增加其热辐射，上述的金属支架2，长细比(Slenderness ratio)要尽可能大，为了在阴极的工作温度范围内，保持其固有形状，上述金属支架2要有很强的高温强度，碱土氧化物在上述的金属支架上涂覆的形态，是即使经过长时间工作，也能发射足够的电子。
因此，为满足如上所述的条件，提出一种在主要成份Ni中加入耐热性好的W，Mo等高熔点金属和在电子发射氧化物中添加微量起活性剂作用的Zr的方法。
然而，上述组成的金属作为金属支架使用时，在显像管的制造工序中，和在使用中上述的金属支架和上述的氧化物层之间生成很多中间层，由此会产生氧化层的剥离。
虽然，使用机械方法固定在金属支架和氧化物层间中由Ni粒子形成的氧化物层的方法来解决上述问题，但由于上述Ni粒子在工作中形状起变化，而使得氧化层不能完全固定，由此会产生剥离的问题。
为了解决上述各种问题，本发明的目的在于提供具有高电流密度，使用时间延长以及制造工序缩短的效果的直热式阴极及其制造方法。
为达成上述目的，本发明提供一种用于电子管的电子发射的直热式阴极的制造方法，其特征在于，该方法由下述工序组成：第一工序，将85～95重量％的主成份Ir、Pt或Au粉末和5～15重量％的辅成份Ce、La或Pr粉末混合；第二工序，利用球磨机用高能球磨法对由第一工序中混合的粉末进行冲击，以机械方法制造合金，所述高能球磨法的旋转速度为300～700rpm，工序时间为10～50小时，工序控制剂为硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1；第三工序，在一定压力下，将由第二工序制造的合金进行片状件成形；第四工序，除去第三工序成形的片状件内残留气体；第五工序，在由第四工序除去其残留气体后，对所述片状件电子发射特性进行评价。
本发明还提供一种用于电子管的电子发射的直热式阴极的制造方法，其特征在于，用低能球磨法取代上述的高能球磨法，所述低能球磨法的旋转速度为90～120rpm，工序时间为100～1000小时，工序控制剂为硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1。
此外，本发明还提供一种用于电子管的直热式阴极，其中阴极使用根据上述方法制造的片状件，其特征在于，在设有贯通所述片状件内部的钨丝的状态下，通过电流导通而发热，使所述片状件发射电子。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
图1为通常电子管用氧化物阴极简略剖面图。
图2为本发明的机械方法形成合金的装置的剖面图。
图3为本发明的直热式阴极的简略剖面图。
在上述第一工序中，85重量％～95重量％的作为主要成分的Ir粉末与5重量％～15重量％作为辅助成份的Ce粉末，两种金属粉末混合。
在上述第二工序中，上述的Ir粉末与Ce粉末用机械方法生成合金，其中有高能球磨法和低能球磨法。
上述低能球磨法中，旋转速度为90～120rpm，工序时间为100～1000小时，工序控制剂是硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1，旋转速度缓慢。
如图2所示的高能球磨法中，由上述第一工序混合的粉末装入上述的粉碎容器20中后，使设置在上述粉碎容器20中的旋转杆22旋转，由于该旋转杆22的旋转，上述粉碎容器20中存在的碾磨球24相互冲击旋转，由此，上述粉碎容器20中存在的Ir与Ce的混合粉末受到巨大冲击量的冲击，从而将上述混合粉未变为合金粉未。
此时，由于碾磨球的冲击，粉末容器20内的温度上升。
如上所述上升的粉碎容器20的温度由在粉碎容器20的外侧设置的冷却箱18的下侧流入上侧流出的冷却水来降低。
另一方面，上述的高能球磨法的旋转速度为300～700rpm，工序时间为10～50小时，工序控制剂是硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1，该高能球磨法是在上述条件下快速旋转的工序，除使用球磨机的上述工艺外，也可用振动(vibration)法，以及振荡(shaker)法进行机械的合金化工序。
第三工序对合金粉末施加单位面积上3～8吨的压力，形成片状件30。
第四工序是在真空状态下，在400～700℃的范围内除去上述片状件30中含有的残留H2O、O2气体及(OH)2气体。
第五工序是在真空状态下，在1000～1500℃的范围内对电子发射特性进行评价。
上述第四工序后，可选择进行热处理工序，即，为使制成的片状件的合金质地均匀化，在1300～1800℃范围内进行1～500小时热处理工序，所述工序也可在真空中进行。
由本发明采用的合金电子管用直热式阴极，如图3所示，由通电发热的钨丝32，和其内部通过该钨丝32并且发射电子的片状件30所构成。
由此，来自外部的电流施加至上述的钨丝32上，使其放出热量，由此，其中通过有上述钨丝32的片状件30，受到该钨丝32的热而发射电子。
电子管用直热式阴极，由主要成分Ir、Pt和Au以85重量％～95重量％，辅助成份Ce、La及Pr以5重量％～15重量％构成。
如上所述，由上述工序制造的用于直热式阴极的金属合金Ir5Ce化合物(熔点1900℃)在高温状态期间具有优良的操作特性和由于低的功函数的影响与其它现存的电子发射材料相比具有更优良的特性，特别是由于其高温时的优良操作特性，可延长直热式阴极的使用期间。
并且上述第二工序是由机械的方法制造合金的过程，是只使用固相反应进行制造的工艺过程，由该工艺制造的直热式阴极的操作范围在1400℃时电流密度约为7～10A/cm2，与现存的电弧熔化法制造的直热式阴极合金相比，约高2～5A/cm2这样大的数值，因此其电子发射特性优良。
现有工艺中，为制造直热式阴极，须有K-分解工序(在真空中加热使氧化物阴极分解为碳酸盐的氧化物)，还要进行老化处理(为使K-分解后其电子发射特性良好，开始时在所设定的时间内，保持所设定的温度的工序)。本发明的工艺中，以上两步工序可以省略，制造工艺得以简化，并且由于使用粉末金属，具有容易进行大量生产的优点。

Claims (4)

1、一种用于电子管的电子发射的直热式阴极的制造方法，其特征在于，该方法由下述工序组成：
第一工序，将85～95重量％的主成份Ir、Pt或Au粉末和5～15重量％的辅成份Ce、La或Pr粉末混合；
第二工序，利用球磨机用高能球磨法对由第一工序中混合的粉末进行冲击，以机械方法制造合金，所述高能球磨法的旋转速度为300～700rpm，工序时间为10～50小时，工序控制剂为硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1；
第三工序，在一定压力下，将由第二工序制造的合金进行片状件成形；
第四工序，除去第三工序成形的片状件内残留气体；
第五工序，在由第四工序除去其残留气体后，对所述片状件电子发射特性进行评价。
2、一种用于电子管的电子发射的直热式阴极的制造方法，其特征在于，该方法由下述工序组成：
第一工序，将85～95重量％的主成份Ir、Pt或Au粉末和5～15重量％的辅成份Ce、La或Pr粉末混合；
第二工序，利用球磨机用低能球磨法对由第一工序中混合的粉末进行冲击，以机械方法制造合金，所述低能球磨法的旋转速度为90～120rpm，工序时间为100～1000小时，工序控制剂为硬脂酸，碾磨球与粉末的重量比为50∶1～150∶1；
第三工序，在一定压力下，将由第二工序制造的合金进行片状件成形；
第四工序，除去第三工序成形的片状件内残留气体；
第五工序，在由第四工序除去其残留气体后，对所述片状件电子发射特性进行评价。
3、如权利要求1或2所述的直热式阴极的制造方法，其特征在于，在所述第四工序后，为使合金均质化，在1300～1800℃范围、1～500小时时间内，在惰性气体或真空中进行热处理。
4、一种用于电子管的直热式阴极，其中阴极使用根据权利要求1或2所述的方法制造的片状件，其特征在于，在设有贯通所述片状件内部的钨丝的状态下，通过电流导通而发热，使所述片状件发射电子。
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