CN1113376C - 具有高钡产量可熔封的、可蒸发的吸气装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种可以熔封的可蒸发的吸气装置，能够释放出至少300mg的钡，适用于传统类型或平面显示器的显像管。这种装置包括一个容器，其中装有压块形式的BaAl₄合金粉末和镍粉的混合物，其上表面有不同数量的径向凹槽，在所说的压块内部有一个不连续的金属部件。

Description

具有高钡产量可熔封的、可蒸发的吸气装置

本发明涉及一种具有高钡产量的可熔封的、可蒸发的吸气装置。众所周知，可蒸发的吸气装置主要用于维持电视机和计算机显示器的显像管内的真空。在平面显示器内的易挥发的吸气材料的使用正处于发展阶段，也正在研究中。

通常用于显像管中的吸气材料是以薄膜形式沉积在显像管内壁上的金属钡。为了获得这种薄膜，使用在该领域内称为可蒸发吸气装置的装置，这种装置在制造过程中引入显像管内。这些装置包括一个开口的金属容器，内部装有钡和铝的化合物BaAl₄和镍粉Ni，重量比为1∶1。在也称为“闪蒸”的激发过程中，借助显像管本身外部的线圈通过对所说的装置感应加热使钡蒸发；当粉末的温度达到约800℃时，发生下列反应：

                   (1)

该反应是强烈放热的，使粉末的温度提高到约1200℃，此时，发生钡的蒸发；然后钡蒸气升华到显像管壁上形成金属膜。可蒸发的吸气装置在该技术中是熟知的；例如本专利申请人的美国专利No.5,118,988提出了吸气装置，其中在粉末压块的自由表面上形成一些凹槽以阻止在所说的粉末压块内圆周方向上的热传导，从而控制钡的闪蒸。美国专利3,558,962提出了一种吸气装置，其中把金属元件，优选的是丝网，埋在粉末压块内的一般位置上，目的是使粉末压块内的温度更均匀。

制造传统的和平面型的显像管的方法，包括把两个玻璃部件焊接在一起的步骤，这个步骤是通过使在两个部件之间的熔化温度约为450℃的玻璃糊在空气中熔化或软化进行的，即所谓的“熔封”操作。在传统的显像管中，可以在熔封之后通过用于安装电子枪的颈部引入吸气装置；但是在这种情况下，吸气装置的尺寸受颈部直径的限制，而且难以在显像管内精确定位。另一方面，在平面显示器的情况下，在熔封步骤之后放入吸气装置实际上是不可能的。因此，显像管制造商不断趋向于在熔封之前插入吸气装置。在熔封步骤中，所说的吸气装置暴露于约450℃的温度下的大气中以及低熔点玻璃糊放出的气体中。主要的结果是镍的表面氧化。在钡的闪蒸过程中，氧化镍与铝发生强烈的放热反应，几乎不能控制：这可能导致粉末压块的升高，从中喷出碎屑或所说的容器的部分熔融，从而不利于所说的吸气装置以及整个显像管的正常操作。理论上这些问题可以通过在闪蒸过程中提供含有较少粉末的装置来克服；这会导致更可控的钡蒸发，但是需要更长的蒸发时间，这在显像管工业中是不能接受的。

可以经过熔封而不变化或者不会引起上述缺点的可蒸发的吸气装置称为“可熔封的”。

本专利的申请人已经制造并出售了可熔封的吸气装置。可以用传统工艺制造这些装置，只要不超过某些临界值：具体地，不可能超过粉末压块的某一给定的厚度，因为厚度太大时，粉末压块内产生的热量只能缓慢地散失，从而导致上述的问题。实验已经发现，在所说的装置中含有的钡量(以mg表示)与所说的装置的直径(以mm表示)之间的比例一定不能大于10。由于与显像管制造有关的原因，吸气装置的最大可能直径约为20mm，使得用传统工艺制造的可熔封的吸气装置中可以蒸发的钡量约为200mg。但是大尺寸的显像管需要至少300mg的钡蒸发量，根据以前的技术的可熔封吸气装置不能满足这样的要求。在以下的叙述和权利要求书中，将把能够蒸发大于200mg的钡量的可熔封吸气装置定义为“高产量型”。

仅仅借助于现有技术的解决方法，尽管这些方法在不可熔封的吸气装置的情况下可以得到优良的结果，但想得到具有高产量的可熔封的吸气装置是不可能的：事实上就是通过在所提到的美国专利5,118,988所述的粉末压块表面制造径向的凹槽，但是，熔封后的钡蒸发操作会引起粉末压块本身的膨胀或从中喷出碎屑。在根据美国专利3,558,962的装置中，把一个金属部件，优选的是一个丝网，埋在粉末压块中的一定位置内。已经描述了使所说的丝网与所说的容器底接触或者甚至焊在容器底上，或压在粉末压块的自由表面上的情况。同时在这种情况下，所说的丝网的这两种定位不能获得可熔封的吸气装置，从而产生上述的问题。

没有尺寸限制，因而具有高的产量的吸气装置的生产是各种各样的专利的目标。

本专利的申请人的美国专利4,127,361提出了通过合适的有机硅保护层可以制成可熔封的吸气装置；尽管其有效，但是这种涂敷过程太慢，因此对于工业生产是不可接受的。

美国专利4,342,662和JP平2-6185专利，都转让给了Toshiba，提出了用带有玻璃状的含有最多7％氧化硅的氧化硼膜涂敷整个粉末盒，或者仅用玻璃状的氧化硼膜涂敷镍，得到的可熔封的易挥发吸气装置。但是这些装置的制造是困难的，因为所说的薄膜必须具有可控制的并且可重复的厚度。

本发明的目的是提供一种没有现有技术缺点的易挥发的吸气装置。

根据本发明，这个目的通过具有高钡产量的可熔封的易挥发的吸气装置来达到，所说的装置包括：

-一个顶端开口的金属容器；

-一种装在容器内的BaAl₄和镍的粉末混合物，形成一个粉末压块，在其上表面提供一些径向凹槽；

一个基本是平面形状的而且基本平行于容器底部的不连续的金属部件；

其特征在于所说的金属部件埋在粉末压块内，离开所说的容器底部一定距离的位置上，从而不会暴露于所说的粉末压块的自由表面上。

下面将参考附图描述本发明，其中：

图1表示了可以用于本发明的装置中的不连续金属部件的一些可能的

实施方案；

图2～6表示根据本发明的吸气装置的一些可能的实施方案的剖视图。

为了达到本发明的目的，必要的是把一个金属部件埋在所说的粉末压块中，其位置是离开底部一定距离的位置但不暴露于表面上。事实上，所说的吸气装置的感应加热主要通过容器和埋在粉末中的金属部件进行，然后把热量传给吸气材料粉末。已经观察到在金属部件和容器底部之间的接触区域内，向粉末的传热效率极高，因而产生局部过热；如果这些接触区域太多或者过分延伸，未散发出的热量会引起所说的粉末压块升高，在某些情况下，导致所说的装置的部件熔化。相反，如果所说的金属部件暴露在所说的粉末压块的自由表面上，表面本身被分成相互之间连接不好的一些区域，在闪蒸过程中容易在显像管内喷出。

所说的金属部件可以用各种金属制造，如铁合金、镍合金或铝合金；优选的是使用AISI 304钢，因为其易于冷加工。

所说的金属部件可以具有各种形状，只要其是不连续的并且基本是平面形的。

不连续的条件是必要的，因为这样的部件不会妨碍在所说的部件本身和容器底部之间的部分粉末中产生的钡蒸气的释放。通过大多数不同的几何形状可以得到这个条件。一个可能的实施方案表示于图1：例如，所说的金属部件可以形成具有放射形状的金属切料，如附图中的部件10，表示了一个中孔，用于帮助从下面的粉末释放钡；也可以是表现出在表面上随机分布或以有序的方式分布的多孔的切料，如部件12表示的实例；或者所说的部件可以是所提到的美国专利3,558,962中所述的丝网。

所说的部件必须基本是平的，能够埋在厚度一般为几个毫米的粉末压块内而不会与容器底部接触，也不会从粉末表面暴露出来。可以用各种方法得到使所说的金属部件一定不与所说的容器底部接触的条件。图2～6表示了一些实施方案，其中表示了用于使所说的金属部件离开容器底部一定距离的各种方法相应的各种金属部件，但是各种类型的部件的每一个(放射形的切料、多孔部件、丝网或其它形状的部件)可以用于下面描述的每一个结构中。图2表示了本发明的一个可能的吸气装置的截面图；这样的装置是这样获得的，即在容器21的底部倒入粉末的第一部分22，在其上表面放上一个平的金属部件23，然后用粉末的剩余部分24覆盖所说的金属部件。最后用一定形状的冲头把所说的粉末压实在所说的容器中，使得在粉末压块的上表面形成径向的凹槽26，26’…。在放置所说的金属部件23前后容器内放置的粉末的重量比决定了在所说的粉末压块内相同的部件的位置，所以应该选择该重量比使得所说的部件不会暴露于表面25上，甚至不会暴露于凹槽26，26’…所在的位置上；这个比例在约1∶2～1∶3之间时，一般可以获得良好的结果。在另一个可能的实施方案中，如图3a所示例表示的，所说的金属部件22局部变形，从而在其上得到一些“脚”34；如图3b，表示了根据本发明的吸气装置30的截面，当所说的部件33放在装有粉末32的容器31中时，所说的脚34可以保持其在离容器底部35预定的距离上。同时在这种情况下，在粉末压块的上表面36上有径向的凹槽37，37’…。此外，如图4示例表示的本发明的另一个可能的吸气装置40的截面，有可能在装有粉末42的容器41的侧壁获得形变44，把所说的金属部件放在形变44上；在粉末压块的上表面46上形成凹槽47，47’…。最后，如图5示例表示的根据本发明的另一种可能的吸气装置50的截面，有可能在装有粉末52的容器51的底部55上获得一个凸起的部分，形成可以放所说的金属部件的支撑；同时在这种情况下，在粉末压块的上表面上形成凹槽57，57’…。在使用具有美国专利4,642,516所述的粉末压块的机械支撑物部件的容器的情况下，如图6所示，这后一种可能性是优选的，实际上，在这种情况下，所说的金属部件可以只是平的，并放在这些机械支撑物部件64上。在图2～6示例表示的那些情况下，容器和所说的金属部件的形变的位置和尺寸决定了金属部件的位置，应该确定所说的形变的位置和尺寸使所说的金属部件不会暴露于粉末压块的上表面上，甚至不会暴露于径向凹槽所处的位置上。

根据本发明的装置的容器可以是现有技术的容器中的任何一种。一般用钢制造，优选的是用AISI 304或305钢制造，因为它容易通过加压进行冷加工，并且在显像管的熔封操作过程中对氧化条件具有良好的抵抗性。所说的容器的形状基本是短圆筒形，底部封闭，顶部开口，虽然可能对这种基本形状进行各种改进，例如上述的底部形变或侧壁形变。

所说的粉末压块装有一种粉末状BaAl₄和粉末状镍的混合物。BaAl₄粉末的颗粒尺寸一般小于约250μm；镍粉末的颗粒尺寸一般小于约60μm。两种材料的重量比一般在约在1.2∶1和1∶1.2之间；优选的是约为1∶1、通过向所说的容器内倒入松散的粉末混合物并用合适的冲头压实形成所说的粉末压块。在所说的粉末压块的上表面，在径向形成一些凹槽，凹槽的数量为2～8，如所提到的美国专利No.5,118,988所述。

本发明的装置也可以用含氮化合物生产：在该领域中使用含有少量氮的化合物的吸气装置是已知的，如氮化铁Fe₄N、氮化锗Ge₃N₄或铁和锗的中间氮化物。这些组分的目的是在钡闪蒸过程中在显像管中产生小压力的氮气，从而获得更持久的均匀的钡沉积。

本发明将通过下列实施例进一步说明。这些非限制性的实施例表示了一些实施方案，这些实施方案设计用来教导那些熟悉该技术的人如何实践本发明，并代表了把本发明付诸实践的最好模式。

实施例1

用直径20mm、高4mm、底部有1mm高的如图5所示的凸起的AISI 304钢容器制备吸气装置。在容器内，在底部的支撑上放置一个孔宽1.5mm的AISI 304钢的丝网。把均匀的混合物倒入所说的容器内，包括775mg的BaAl₄粉末，其中总的钡含量为403mg，和875mg的镍粉末。然后在所说的容器内把所说的粉末混合物用一个冲头压实成型，在粉末压块表面形成4个径向凹槽。然后在1小时内在空气中把这样得到的试样在450℃处理以模拟熔封条件。然后把所说的试样放在与一个泵系统连接的玻璃烧瓶中，把所说的烧瓶抽真空，通过按ASTM F 111-72标准所述的方法进行钡蒸发试验，通过射频加热所说的装置35秒，所用功率应该使得在加热开始后15秒蒸发开始。表1报告了试验结果，其中，表示了蒸发细节的记录、残余物的比例和蒸发钡的量。

实施例2

用一种包括氮气分配器并由785mg的镍粉末、825mg BaAl₄粉末和40mg的Fe₄N的粉末重复实施例1的试验。表1报告了该试验的结果。

(对比)实施例3

重复实施例1的试验，但是在粉末压块中不加丝网。表1中报告了该试验的结果。

(对比)实施例4

重复实施例1的试验，但是用平的冲头压实所说的容器中的粉末，使粉末压块的表面没有径向凹槽。表1中报告了该试验的结果。

(对比)实施例5

重复实施例1的试验，但是用平底的容器，使所说的丝网放在容器的底部。表1中报告了该试验的结果。

(对比)实施例6

重复实施例1的试验，但是所用的试样中的丝网放在粉末压块的表面上：通过把粉末混合物倒入所说的容器中，把所说的丝网放在粉末上，然后用平的冲头压实得到该试样。表1中报告了该试验的结果。

实施例	记录
		1	完整的粉末压块；完整的容器；蒸发的钡：300mg。
2	完整的粉末压块；完整的容器；蒸发的钡：300mg。
		3	粉末压块喷出；蒸发的钡：不能检测。
4	粉末压块有明显中心膨胀；蒸发的钡：300mg。
		5	容器熔融；蒸发的钡：不能检测。
6	从粉末压块的表面喷出碎片；蒸发的钡：不能检测。

从表中的结果可以看出，只有根据本发明的装置(实施例1和实施例2)是可以熔封的，因为它们没有出现粉末压块的膨胀或喷出以及容器熔融等相关的问题；此外，这些装置可以得到300mg或更多的钡产量。相反，用所有的其它装置，都有全部或部分粉末的膨胀或喷出，或者发生整个装置的熔化。

Claims (15)

1、具有高钡产量的可熔封的、可蒸发的吸气装置，包括：

一个顶端开口的金属容器；

一种装在所说的容器中的粉末压块形式的BaAl₄粉末和镍粉的混合物，在粉末压块的上表面形成径向凹槽；

基本为平面形状并且基本平行于所说的容器底部的不连续的金属部件；

其特征在于所说的金属部件埋在所说的粉末压块中，其位置是在离所说的容器底部一定的距离上，从而不会暴露于所说的粉末压块本身的自由表面上。

2、一种根据权利要求1的装置，其中，把埋在所说的粉末压块中的所说的金属部件成形为具有放射形形状的金属切料(10)。

3、一种根据权利要求1的装置，其中，把埋在所说的粉末压块中的所说的金属部件成形为在其表面上分布有多个孔的切料(12)。

4、一种根据权利要求1的装置，其中，把埋在所说的粉末压块中的所说的金属部件成形为丝网。

5、一种根据权利要求1的装置(20)，包括一个顶端开口的容器(21)；在所说的容器底部的BaAl₄和镍粉压块的第一部分(22)；一个放在第一部分粉末上的、并用BaAl₄和镍粉压块的剩余部分(24)覆盖的平的金属部件(23)；在所说的粉末压块的上表面(25)上的径向凹槽(26，26’，…)。

6、一种根据权利要求1的装置(30)，其中所述的不连续的金属部件是一个局部变形形成脚(34)的金属部件(33)，埋在所说的粉末压块中使其脚与所说的容器底部(35)接触。

7、一种根据权利要求1的装置(40)，包括一个在侧壁(45)上有变形(44)的顶端开口的容器(41)；在所说的容器中的BaAl₄和镍粉的粉末压块(42)；一个由所说的变形支撑的金属部件(43)；在所说的粉末压块的上表面(46)上的径向凹槽(47，47’，…)。

8、一种根据权利要求1的装置(50)，其中在所述的金属容器的底部(55)上有凸起(54)，所述的不连续的金属部件为放在所说的凸起(54)上的金属部件(53)。

9、一种根据权利要求8的装置，其中，在所说的容器底部上的所说的凸起具有环形的形状(64)。

10、一种根据权利要求1的装置，其中，所说的BaAl₄粉末的颗粒尺寸小于250μm。

11、一种根据权利要求1的装置，其中，所说的镍粉的颗粒尺寸小于60μm。

12、一种根据权利要求1的装置，其中，所说的BaAl₄粉末和镍粉的重量比约在1.2∶1-1∶1.2之间。

13、一种根据权利要求12的装置，其中，所说的BaAl₄粉末和镍粉的重量比约为1∶1。

14、一种根据权利要求1的装置，其中，在所说的粉末压块表面上的凹槽数量在2～8之间。

15、一种根据权利要求1的装置，其中，所说的粉末混合物还包括选自氮化铁、氮化锗或铁和锗的中间氮化物的放出氮气的化合物。

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