CN1122166A - 镍铁型荫罩的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种镍铁型荫罩的制造方法，其中开孔的镍铁合金板包括35-37％重量的Ni和总量少于0.1％重量的Mn、Cr和Si，且0.9％重量的Co使热处理能获得不小于7的ASTM晶粒数，且由此而获得的板能得到具有小于或等于0.9×10-6/℃的热膨胀系数的理想形状的荫罩。

Description

镍铁型荫罩的制造方法
本发明涉及彩色显象管镍铁型荫罩的制造方法。
彩色显象管通常包括带玻璃显示窗的壳体，该窗带有以红、绿、兰点亮的荧光区的显示屏。在显示屏前的近距离内，在管内装有带大量小孔的荫罩。当显象管工作的时，由电子枪系统产生三个电子束，这些电子束经过荫罩上的小孔入射到所述荧光区上，小孔与荧光区的相互位置使得在写入一个画面时能使每个电子束都射到荧光区上。但是，大部分的电子却射在荫罩上，在荫罩上，这些电子的动能被转化为热量，并且使荫罩升温。由升温引致的热膨胀可能会导致荫罩局部或整体拱起，以使荫罩中小孔的相互位置以及与这些小孔相关联的荧光区之间的相互位置受干扰(见图3)。这将导致显示画面中的色彩差错，而这些差错随凸起变少和/或小孔间距变小(如高分辩率显象管)更加严重(在当今的带有显示窗的彩色显象管中更为普遍)。
从上述的反证中得知，由温度引起的问题可通过使用低温涨系数的材料来制造荫罩而得以改善。这些材料例如是含34-38％(重量)镍的铁基合金，它具备了所谓的殷钢特性。但是，由于其高试验应力，而难于处理，反而防碍了其应用。
从美国专利US4685321(EP-A179506)中可知，首先使这种材料的荫罩板经过热处理，以降低在环境温度下的0.2％的试验应力，并在上述环境温度下进行形变处理以进一步降低试验应力。在此方法中所用的镍铁材料的温胀系数约为1至1.5×10-6/℃。通过用约2-12％(重量)的Co来代替Ni来获取更低的温胀系数。
包含Co的材料其缺点不仅是价格高而且在蚀刻时会污染蚀刻剂。
因此，本发明的目的在于提供一种镍铁型(其Co含量未增加)荫罩的制造方法，这使得荫罩有较低的热胀系数(特别是低于0.9×10-6/℃)和较小的晶粒尺寸。
上述方法的特征在于以下步骤：
提供一个开孔的板，该板的材料包括：
C     ≤    0.01％   (重量)
Si    ≤    0.1％    (重量)
Cu    ≤    0.1％    (重量)
Al    ≤    0.01％   (重量)
Cr    ≤    0.1％    (重量)
Ni          35-37％  (重量)
Co    ≤    0.9％    (重量)
锰的量≤    0.1％    (重量)
其余的铁和杂质在生产中不可避免地混入所述材料中；
对所述板进行热处理，以获得不小7.0的ASTM晶粒数，该晶粒数由ASTM标准ASTM E112-88，12.4所限定；
在热处理后形成一个用来形成荫罩的板。
上述成份使得热胀系数α20-100(在热处理后)在20-100℃的温度范围内为0.5－0.9×10-6/℃。特别是，可实现在0.5－0.8×10-6/℃范围内的值，为此目的，至少Mn和Si成份之一被选为少于或等于0.05％(重量)。
本发明基于这样一种共识，即少量的Co难于影响线性膨胀系数，大量的Co甚至会降低膨胀系数，通常存在于荫罩的Ni-Fe合金之中的某些成份，如Cu、Cr、Mn、Si、C和Al会使热胀系数增加(见图4A和4B)。在传统的镍铁合金荫罩板中，AL和C保持低水平，但本发明特别涉及使用一些合金，其中Si和Mn(以及Cr)含量低。Mn的含量在传统的NiFe合金的荫罩中较高且通常明显高过0.1％(重量)。[在商用合金中为0.3-0.5％(重量)]。Cu的含量并不重要，因为在所有提及的成份中，铜使线性膨胀系数变化的量最小。
热处理使被压延成长形开孔的板(100-200μm厚)的晶粒断成各个部分，这些部分实际上并无本质上的增加。如将在下面解释的。希望在某些应用中使晶粒尺寸低于30μm。
最好在无氧的气氛下(例如在包括氮气和氢气的空气中或氮气和氢气中)在750-850℃之间对板进行热处理。
本发明还涉及一种铸压其线性热膨胀系数α100-200小于0.9×10-6/℃特别是小于或等于0.8×10-6/℃的镍铁合金带，其材料包括，
C     ≤    0.01％   (重量)
Si    ≤    0.1％    (重量)
Cu    ≤    0.1％    (重量)
Al    ≤    0.01％   (重量)
Cr    ≤    0.1％    (重量)
Ni          35-37％  (重量)
Co    ≤    0.9％    (重量)
Mn的量≤    0.1％    (重量)
铁和杂质在制造时不可避免地混入所述材料中。这些杂质诸如为O、N、P和S。
本发明还涉及由上述合金带制造出来的荫罩板和荫罩框，而这些合金带也可用于其它的显象管或非显象管上。
上述ASTM晶粒尺寸数7对应平均晶粒部分的直径为32μm。这些较小的晶粒尺寸可使开孔的荫罩板与小孔的间距很近，即具有非常窄的间距。这一点对高清晰度电视显象管尤为重要。
图1为阴极射线管剖面图；
图2为显示窗的部分透视图；
图3示意性地示出局部拱起的影响；
图4A和4B为在本发明的框架中进行调查的结果。
附图并未按比例画出，且在图中同样的标号代表同样或近似的部件。
在彩色显象管1中的阴极射线管包括一个含有显示窗3、锥部4和颈部5的真空外壳2。在颈部5中，带有用来产生电子束7、8和9的电子枪6，该电子束在一个平面内，在此情况下为在图面的平面内伸展。显示屏10座落地显示窗3的内侧。所述显示屏10包括大量的以红、绿、兰点亮的荧光粉元。在显示屏10另侧，电子束7、8和9借助偏转单元11偏转后扫过显示屏10，并扫过显示窗3前的包括带孔的薄板13的选色电极12。选色电极12装设在由悬挂装置14悬在显示窗中的框15上。三个电子束7、8和9以小角度通过选色电极的小孔13，最后，使每个电子束都打在其一种颜色的荧光粉元上。图3示出出现局部拱起的情况。
图2是显示窗表面的部分透视图。该表面上的点可用方程Z＝f(x，y)来描绘，其中，Z是一个点与该表面中心的切平面间的距离，X和Y是表面上点座标的符号。Z为径向高度。Ymas为短轴端上一点的Y座标，和具有相同Y座标的点。Xmas为长轴上一点的X座标以及具有相同X座标的点。Z轴垂直于显示窗表面的中心的切平面延伸并被标在图上。短轴被称作Y轴，长轴被称作X轴。所述的轴彼此垂直并垂直于X轴。内表面和外表面均可以此方法描述。在任何情况下，内表面都具有相同形状。在图2中，在角部的径向高度Xmax由线段21代表，在长轴Zmax(Xmax，o)端的径向高度和在短轴Zmax(o，Ymax)端的径向高度分别由线段22和23代表。短轴和长轴的端分别由X方向和Y方向的光栅的极点给出。
表面Z(X、Y)可由下列条款在相当程度上刻画出：
1.沿对角线曲线的平均半径Rdiag；
2.在角部的相对径向高度，RSH；
3.沿长轴即X轴曲线的变化半径Rx；
4.沿短轴即Y轴曲线的变化半径Ry；
沿对角线的外表面的曲线各平均半径Rdiag的比值，即从中心到角部的曲线的平均半径，以及对角线的长度D为显示窗平展度的代表。在实践中，数字1.74×D被用作基准尺寸(1.74×D＝“R”)。沿对角线的曲线平均半径可由对角线端部的径向高度(Zmax)算出：
(Rdiag-Zmax)2＋D2/4＝R2diag
平展结构使沿对角线的曲线平均半径很大，并在角部正比地降低径向高度，Zmax＝Z(Xmax，Ymax)。本发明特别涉及具有较平的显示窗，即显示窗沿其对角线具有较大半径的CRT荫罩。对于商用平面视角显象管，Rdiag约为1.5×1.74×D，而超平面视角显象管的显示窗其沿对角线的曲线半径Rdiag大于1.5×1.74×D，其用Rdiag约为2×1.74×D来代表大多数商用SF(超平面视角)显象管，用Rdiag约为2.5×1.74××D代表(USF)甚超平面视角显象管。
通过将含0.01％碳(重量)、0.08％硅(重量)、0.047％锰(重量)的(Fe-36Ni)合金压铸上而得到厚度约为150微米的条带。用光刻处理在此条带上蚀刻出小孔。这些小孔可以是任意所需的形状，例如开槽形或园形。在小孔蚀刻好后，其上蚀刻了线条的条带就被分成几片，每片上包括带有小孔的荫罩板。如此获得的荫罩板在外部环境温度具有在600至660N/mm2间的0.2％试验应力。该值对于使荫罩板获得理想形状来说太高了。为了降低该值，该荫罩板在约750℃的温度下在含氢气体中(10％氢其余为氮)退火约15分钟。在20℃和100℃之间获得晶粒尺寸为18μm、矫顽力约50A/m和膨胀系数不大于0.8×10-6/℃的材料。但是，所获得的280N/mm2的0.2％试验应力对成型荫罩板所需进行的还原性处理的仍然太高。为了缓解，荫罩板不能在环境温度下成型而须在50℃至250℃间成型。在200℃，0.2％试验应力约为120N/mm2。
用含少于0.01％C(重量)、0.059％Si(重量)和0.058％Mn(重量)的(Fe-36Ni)材料可得相比的结果。在热处理后，此时的晶粒尺寸为20μm，磁性矫顽场强约为40A/m，热膨胀系数也不大于0.8×10-6/℃。应予注意，通常在镍铁合金中自然存在有一些Co(重量低于0.3％)，因为Co非常难于从Ni中分离出。本发明故意添加Co直到其含量达0.9％(重量)。这易于获得低膨胀系数，而蚀刻处理也不会明显受到影响。对于蚀刻最佳的情况是Co含量少于0.5％(重量)，特别是少于0.13％(重量)。此外，易于出现少于55A/m的矫顽场强，这对在每个显象管进行工作时所进行的荫罩的去磁处理非常重要。最后所得的荫罩，即具有线性热胀系数α200-100≤0.8×10-6/℃的荫罩与传统的镍铁材料的能相类比的荫罩相比其局部拱起少25％，且电视文字广播失真约少30％。由于局部拱起在荫罩的边沿特别明显，在使用传统镍铁合金的贯例是荫罩能使亮度倾斜朝向边沿(从中心向边沿方向小孔变小)。本发明的使用，使朝向边沿的小孔尺寸减至更小程度，这使得朝向边沿的亮度倾斜减少。一个成功的实例是29″超平面直角显象管(在用传统镍铁材料时减15％、当用本发明的镍铁材料时减10％)。
本发明的优点还可以另一方式加以利用。如果朝向边沿的小孔尺寸减到等于使用传统镍铁合金时的尺寸，使用平展的荫罩绝无问题。这意味着，用在平面直角显象管中的荫罩可用于超平面直角显象管，或者用于超平面直角显象管中的荫罩可用于甚超平面直角显象管。
本发明的另一优点还在于可省去荫罩上的防止电子轰击产生的热量的涂层(例如Bi2O3层、Al2O3层或铅硼玻璃包封层)。
本发明涉及具有园孔或长孔的荫罩，而后者的每个小孔可在荫罩高度的一小部分上或整个高度上延伸。
总的来说，本发明涉及镍铁型荫罩的制造方法，其中，开孔的镍铁合金板包含35-37％(重量)的Ni、总量少于0.1％(重量)的Mn、Cr和Si，Mn、Cr和Si被选择得使线性热胀系数α20-100≤0.9×10-6/℃，最好≤0.8×10-6/℃，0.9％(重量)的Co使热处理能得到ASTM晶粒数不小于7，且如此获得的板能获得理想的荫罩形状。图4A和4B表明在线性温度膨胀系数α20-100在FeNi36.15合金中加入C、AL、Mn、Si、Cr、Cu和Co每种成份下所受的影响。FeNi36.15合金意味着较纯的Ni-Fe基合金，它包括63.85％(重量)Fe和36.15％(重量)Ni。Ni+线涉及的Ni-Fe合金包括比标准合金多0-0.4％(重量)的Ni，而Ni线涉及的Ni-Fe合金包括比标准合金少0-0.4％(重量)的Ni(如果足够纯，FeNi36.15则具有殷钢型镍铁合金最低的α20-100)。下表列出实验数据：
                        表线性膨胀系数(20-100℃)FeNi36.15+复合元素
                                              复合元素
浓度重量％     C     Cr     Ni-   Ni+    Co    Al    Si    Mn    Co
 00.10.10.20.30.30.40.50.60.70.80.91.01.0   0.671.001.051.30   0.670.750.741.151.021.621.71    0.670.710.951.03   0.670.740.870.89   0.670.710.620.71   0.670.940.831.331.22.872.77   0.670.810.881.151.102.072.08   0.670.830.911.73   0.670.670.800.831.101.03
可以发现，如果(Fe-36-15Ni)被用作标准合金，Ni的量变化不超过0.25％(重量)，如果以下限制未被超越，则α20-100可保持在0.9×10-6/℃以下：
C ：0.005％  (重量)
Al：0.01％   (重量)
Mn：0.1％    (重量)
Cr：0.05％   (重量)
Si：0.1％    (重量)
Cu：0.1％    (重量)
应当注意，如果荫罩的基板包含上述非常少量的Si、Mn和Cr，特别是基板具有更多单晶结构时，其可蚀刻性明显改善，这一点在制造彩色监视器显象管时尤为重要，这种显象管其荫罩必须具备大量带有窄空隙的小孔。

Claims (8)

1.一种制造镍铁型荫罩的方法，其特征在于包括以下步骤：
提供一个开孔的板，该板的材料包括：
C     ≤    0.01％   (重量)
Si    ≤    0.1％    (重量)
Cu    ≤    0.1％    (重量)
Al    ≤    0.01％   (重量)
Cr    ≤    0.1％    (重量)
Ni          35-37％  (重量)
Co    ≤    0.9％    (重量)
锰的量≤    0.1％    (重量)
其余的铁和杂质在生产中不可避免地混入所述材料中；
对所述板进行热处理，以获得不小7.0的ASTM晶粒数，该晶粒数由ASTM标准ASTM E112-88，12.4所限定；
在热处理后形成一个用来形成荫罩的板。
2.如权利要求1的方法，其特征在于热处理是在无氧气氛中在750-850℃的温度下进行的。
3.一种铸压其线性热膨胀系数α20-100小于0.9×10-6/℃的镍铁合金带，其材料包括：
C     ≤    0.01％  (重量)
Si    ≤    0.1％   (重量)
Cu    ≤    0.1％   (重量)
Al    ≤    0.01％  (重量)
Cr    ≤    0.1％   (重量)
Ni          35-37％  (重量)
Co    ≤    0.9％    (重量)
Mn的量≤    0.1％    (重量)
铁和杂质在制造时不可避免地混入所述材料中。
4.一种从权利要求3所述的带中制造出来的荫罩板。
5.一种从权利要求3所述的带中制造出来的荫罩框。
6.如权利要求4的荫罩板，其特征在于其小孔的尺寸随中心向边角变化而减少15％。
7.如权利要求4的荫罩板，其特征在于它是装设在具有显示窗的彩色阴极射线管中的，其沿对角线的曲线平均半径Rdiag大于1.5×1.74×D，其中D为显示窗的对角线长度。
8.如权利要求3的合金带，用于生产荫罩，其中所述带具有按ASTM晶粒尺寸大于或等于7的平均晶粒部分。
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