CN1147684A - 阴极有电子发射材料层的电子管 - Google Patents

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Abstract

电子管的一种阴极，其阴极母材表面上有电子发射材料层。该电子发射材料层具有三层结构；第一层由碱土金属氧化物制成，在阴极母材的表面上形成，第二层由含稀土金属的碱土金属氧化物制成，在第一层的表面上形成，第三层由碱土金属氧化物制成，在第二层的表面上形成。

Description

阴极有电子发射材料层的电子管
本发明涉及阴极有电子发射材料层的一种电子管，具体地说，涉及阴极的电子发射材料层为三层结构的一种电子管，第一层由碱土金属氧化物制成，第二层由含稀土金属的碱土金属氧化物制成，第三层由碱土金属氧化物制成。
通常，对诸如彩色显像管或数据显示管之类的显像电子管的显示屏除要求显示出的信息多样化和信息内容多之外，还要求显示出的图像清晰度高。要满足这个要求，显像电子管使用的阴极必须能在电流密度高的情况下长时间保持稳定的电子发射性能。
日本专利公开平5-12983公开的电子管就是阴极符合这种要求的具代表性的电子管。
图3是日本专利公开平5-12983号中公开的阴极结构剖视图。
图3中，编号31表示圆筒形的阴极套筒，32为帽状阴极母材，33为含稀土金属的碱土金属氧化物层(电子发射材料层)，34是加热器，35为碱土金属氧化物制成的第一层，36为用含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物，例如象钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的复合氧化物制成的第二层。
阴极套筒31和封闭着阴极套筒31一端的帽状阴极母材32各个都由主要成分为象镍(Ni)之类的高熔点金属混有低浓度起还原作用的金属，例如硅(Si)或镁(Mg)的材料制成。加热器34装在阴极套筒31中。这些阴极套筒31、帽状母材32和加热器34构成直热式阴极。阴极母材32的顶部表面上沉积有两层结构的电子发射材料层33。更具体地说，电子发射材料层33由第一层35和第二层36构成。第一层35由沉积在阴极母材32上与阴极母材32的顶部表面接触的碱土金属氧化物制成。第二层36由含诸如钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成，淀积在第一层35的表面上。
上述结构的电子发射材料层33其制造方法包括下列工序：在阴极母材32的顶部表面上淀积一层由碱土金属碳酸盐制成的第一层；在第一层上淀积含诸如钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的稀土金属氧化物的碱土金属碳酸盐制成的第二层；将第一层和第二层的碱土金属碳酸盐在电子管热处理过程中通过热分解分别转换成碱土金属氧化物，于是形成上述第一层35和第二层36。
在具有上述结构的电子发射材料层33中，含诸如钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层36在电子出口侧的电子发射材料层33上形成，起了将包含在阴极母材32中的还原剂产生的游离钡(Ba)限制在第二层36中的作用，从而使电子发射材料层33中保持高浓度的游离钡。因此，即使在阴极在高电流密度下工作时，电子发射材料层33中的钡(Ba)也形成施主级并起降低电阻的作用，从而减小焦耳加热作用，同时减少钡(Ba)的蒸发程度。
日本专利公开平5-12983公开的阴极，即使在高电流密度，例如超过2安/平方厘米的高电流密度下发出的电流量其减小的幅度也不大，而且发射寿命很长。
上述现有技术的阴极长时间保持电子稳定的发射性能令人满意，但不能检测从电子发射材料层33发射的电子的衰减量。
通常，象钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的稀土金属氧化物起了将游离钡(Ba)限制在电子发射材料层33中并使电子发射材料层33中的游离钡(Ba)保持高浓度的作用，但完全没有促进电子发射的作用。因此，为提高高电流密度工作性能而提高电子发射材料层33中象钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类稀土金属氧化物的含量时，从电子发射材料层33可获取的电子量减少了。
因此，日本专利公开平5-12983中公开的阴极具有下述缺点，即为改善高电流密度工作性能而增加电子发射材料层33中象钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类稀土金属氧化物的含量时，从电子发射材料层33可获取的电子量减少了。
就上述缺点进行的种种实验表明，随着象钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类稀土金属氧化物含量的增加，可从电子发射材料层33获得的电子量明显减少了。
本发明的目的是提供一种阴极的电子发射材料层能防止电子发射量减少同时长期保持优异电流密度工作特性的电子管。
为达到上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供的电子管其阴极母材表面上形成的电子发射材料取三层结构，第一层由碱土金金属氧化物制成，在阴极母材表面上形成，第二层由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成，在第一层的表面上形成，第三层由碱土金属氧化物制成，在第二层的表面上形成。
这种结构使第二层将游离钡(Ba)限定在自身中从而使整个电子发射材料层保持高浓度的游离钡，同时使第三层促进正常的电子发射，从而使可从电子发射材料层获得的电子量基本上与现有技术阴极相当。因此，本发明的阴极具有优异的高电流密度和大电流的工作特性。
附图为本说明书的一个组成部分，应结合说明书参阅。全部附图中，同样的编号表示同样的部件，其中：
图1是本发明的阴极具有电子发射材料层的电子管一个实施例的结构剖面示意图；
图2是具有图1所示电子管的电子枪使用的电子发射材料层的阴极结构一个实例的剖视图；
图3是具有现有技术电子管的电子枪使用的电子发射材料层的阴极结构一个实例的剖视图。
下面参看附图说明本发明的一个实施例。
图1是本发明的阴极具有电子发射材料层的电子管一个实施例的结构剖面示意图。本实施例中的电子管采用彩色显像管。
图1中，编号1表示面板部分，2为玻锥部分，3为管颈部分，4为荧光层，5为荫罩，6为磁屏蔽，7为偏转线圈，8为纯度调节磁体，9为四极静会聚调节磁体，10为六极静会聚调节磁体，11为电子枪，12为电子束。
构成彩色显像管的管壳，其正面是面板部分1，其狭窄颈部分3中装有电子枪11，玻锥部分2将面板部分1与管颈部分3连接起来。荧光屏4在面板部分1的内表面上形成，荫罩5固定配置在荧光屏4的对面。磁屏蔽6配置在面板部分1和玻锥部分2中，毗邻该两部分的交界处，偏转线圈7是套在管颈部分3和玻锥部分2上，毗邻该两部分交界处。纯度调节磁体8、四极静会聚调节磁体9和六极静会聚调节磁体10并列套在管颈部分3上。三束电子束(图中只示出其中一束)从电子枪11发射出来，由偏转线圈7的磁场将其偏转到特定的方向，通过设在荫罩5上大量电子束孔眼(图中未示出)的其中一个孔眼，分别着落在荧光屏4相应彩色的一个像素上。
具有上述结构的彩色显像管的显像工作过程和周知的彩色显像管的一样，因此这里不再赘述。
图2是具有图1所示彩色显像管的电子枪11使用的电子发射材料层的阴极结构实例的剖视图。
图2中，编号13表示阴极套筒，14为帽状阴极母材，15为电子发射材料层，16为加热器，17为用碱土金属氧化物制成的第一层，18为用含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物，例如诸如钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的稀土金属的复合氧化物制成的第二层，19为用碱土金属氧化物制成的第三层。
圆筒形阴极套筒13和帽状阴极母材14分别由含有作为主要成分、混有低浓度象硅(Si)或镁(Mg)之类还原性金属的高熔点金属，例如镍(Ni)的材料制成。帽状阴极母材14装配在圆筒形阴极套筒13上，封闭着阴极套筒13的一端，加热器16装在圆筒形阴极套筒13中从而形成直热式阴极。电子发射材料层15淀积在帽状阴极母材14的顶部表面，呈三层结构：第一层17由碱土金属氧化物制成，第二层18由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物例如钪酸钡(Ba2Sc2O5)制成，第三19层由碱土金属氧化物制成。在此情况下，第一层17淀积在电子发射层15的帽状阴极母材14侧，第二层18在第一层17上形成，第三19层在电子发射层15的电子发射侧形成。
在本实施例的电子发射材料层15中，第一层17和第三层19分别由从含Ba、Sr和Ca碳酸盐、[(Ba，Sr，Ca)CO3)]等之类的三重碳酸盐转化成的碱土金属氧化物制成，第二层18则由含从Ba/Sr和Ca碳酸盐[(Ba，Sr，Ca)CO3]等或含钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类的三重碳酸盐转化成的稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成。
这里，说明一下由碱土金属氧化物制成的第一层17和第三层19，以及由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层18的各制造过程。
分别形成碱土金属氧化物制成的第一层17和第三层19的第一悬浮液是这样制备的：往含有54％重量的硝酸钡(BaNO3)、39％重量的硝酸锶(SrNO3)和7％重量的硝酸钙(CaNO3)组成的混合溶液中加入碳酸钠(Na2CO3)，使含Ba、Sr和Ca碳酸盐的三重碳酸盐[(Ba，Sr，Ca)CO3]沉淀下来，然后往沉淀生成物(粉状)中加入硝化纤维漆和硝酸丁酯，将它们碾磨混合。
形成由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层18的第二悬浮液是这样制备的：往含有54％重量的硝酸钡(Ba2NO3)、38重量％的硝酸锶(SrNO3)和6％重量的硝酸钙组成的溶质的混合溶液中加入碳酸钠(Na2CO3)，使含Ba、Sr和Ca碳酸盐的三重碳酸盐[(Ba，Sr，Ca)CO3]沉淀下来，将3％重量的钪酸钡(Ba2Sc2O5)与沉淀生成物(粉状)混合，再往混合物中加入硝化纤维漆和硝酸丁酯，将它们碾磨混合。
接着往主要成分为镍(Ni)的帽状阴极母材14顶部表面上喷涂第一悬浮液，形成厚约10微米的第一层17。将第二悬浮液喷涂到第一层17的表面上，形成厚约50微米的第二层18。将第一悬浮液喷涂到第二层18的表面上，形成厚约5微米的第三层19。这样便形成三层构造的电子发射材料层15。
接着，在电子管的抽真空过程中用加热器16加热电子发射材料层15，使电子发射材料层15中的钡、锶和钙的碳酸盐[(Ba，Sr，Ca)CO3]分解成钡、锶和钙的氧化物[(Ba，Sr，Ca)O]，从而形成由碱土金属氧化物制成的第一层17和第三层19以及由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层18。这之后，在常压下将电子发射材料层15从900℃加热到1100℃进行活化，于是就制成所要求的阴极。
在具有上述结构的电子发射材料层15的阴极中，含诸如钪酸钡(Ba2Sc2O5)之类稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层18借助于稀土金属氧化物限制游离钡的作用，使电子发射材料层15中的游离钡(Ba)始终保持高浓度。此外，碱土金属氧化物制成的第三层18不含有任何无助于电子发射的物质，就是说象稀土金属氧化物之类对电子发射有害的任何物质，因而可从电子发射材料层15获得的电子量基本上与现有技术的阴极相同。这样，可以得出电子发射材料层15电流密度高电流大、工作性能优异的阴极。
本实施例中碱土金属氧化层18中包含的稀土金属氧化物采用的是钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物，即钪酸钡(Ba2Sc2O5)，但本发明并不局限于此。例如，碱土金属氧化物层18中包含的稀土金属氧化物同样可以采用钡(Ba)和钇(Y)的复合氧化物或钡(Ba)和铯(Ce)的复合氧化物。
此外，在本实施例中，第二层18中包含的稀土金属氧化物，例如钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物，即钪酸钡(Ba2Sc2O5)，其份量为3％重量，但它也可以在0.01至15％重量的范围。更具体地说，当第二层18中包含的稀土金属氧化物，例如钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物，即钪酸钡(Ba2Sc2O5)的含量少于0.01％重量时，含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成的第二层18起不了其应有的作用。另一方面，当该含量于15％重量时，所述因加入稀土金属氧化物而引起的作用有些逊色。在本实施例的阴极中，第二层18中包含的稀土金属氧化物，例如钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物，即(Ba2Sc2O5)的含量最好在0.05至3％重量的范围。
第一层17的厚度可以在5至25微米的范围，最好是15微米。当厚度大于25微米时，对钡(Ba)的限定作用有所下降。第二层18的厚度可以在30至70微米的范围，最好是45微米。第三层19的厚度可以在5至20微米的范围，最好10微米。第一、第二和第三层的总厚度最好为70微米以利于发射电子。
综上所述，本发明淀积在阴极母材顶部表面上的电子发射材料层取三层结构，第一层由碱土金属氧化物制成，在阴极母材的表面形成，第二层由含稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成，在第一层的表面上形成，第三层由碱土金属氧化物制成，在第二层的表面上形成。在这种电子发射材料层中，第二层起了将游离钡(Ba)限定在电子发射材料层中的作用，而且第三层有助于正常的电子发射，因而可从电子发射材料层获得的电子量基本上与现有技术的氧化物阴极相同。因此可以制取电流密度高电流大、工作性能优异的电子管。

Claims (7)

1.一种阴极母材表面上形成有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述电子发射材料层由下列三层组成：
第一层由起码含钡(Ba)的碱土金属氧化物制成，在所述阴极母材的所述表面上形成；
第二层由含有稀土金属氧化物的碱土金属氧化物制成，在所述第一层的表面上形成；
第三层由碱土金属氧化物制成，在所述第二层的表面上形成。
2.如权利要求1所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第二层包含的所述稀土金属氧化物为钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物。
3.如权利要求1所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第二层中包含的所述稀土金属氧化物为钡(Ba)和钇(Y)的复合氧化物或钡(Ba)和铯(Ce)的复合氧化物。
4.如权利要求1所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第二层包含的所述稀土金属氧化物的含量在0.01至15％重量的范围。
5.如权利要求2所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第二层中包含的所述稀土金属氧化物含量在0.01至15％重量的范围。
6.如权利要求3所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第二层中包含的所述稀土金属氧化物的含量在0.01至15％重量的范围。
7.如权利要求1所述的阴极有电子发射材料层的电子管，其特征在于，所述第一层的厚度在5至25微米的范围，所述第二层的厚度在30至70微米的范围，所述第三层的厚度在5至20微米的范围，所述第二层含0.05至3％重量的钡(Ba)和钪(Sc)的复合氧化物。
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