CN1157468A

CN1157468A - 电子管用阴极

Info

Publication number: CN1157468A
Application number: CN96118574A
Authority: CN
Inventors: 佐野金冶郎; 新庄孝; 近藤利一; 齐藤正人; 大平卓也; 寺本浩行
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: US6091189A; NL1004830C2; KR970051689A; KR100257779B1; NL1004830A1; CN1090802C; TW375753B

Abstract

长时间工作中基体金属1产生变形，电子束管的截止特性偏离初始设定值而变化，因此，不能期望在长时间内维持色彩稳定和不发生亮度变化的高品质图象。本发明在电子管用阴极里配备有：主要成分由镍构成，内含至少一种还原剂的基体金属1；比该基体金属1含有的还原剂中至少一种还原剂的还原性更小或相等，且比镍还原性大的金属作主要成分，在基体金属1的表面上形成的金属层50；和在这个金属层50上涂覆含钡的硷土金属氧化物形成的电子发射物质层20，其特征在于，金属层50是涂覆在基体金属表面的一部分形成的，而电子发射物质层20是在金属层及基体金属任一表面涂覆形成的。

Description

电子管用阴极

发明所属的技术领域

本发明涉及电子束管等使用的电子管用阴极，尤其是涉及抑制电子束管在长时间运行时截止电压变化的技术。

现有技术

图17给出了日本特開平3-257735号公报公布的电视机用显象管历来用的阴极例子。图中1是含有微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素并以镍(Ni)作主要成分、一端封住的帽状基体金属，其侧壁部分被焊接固定在略呈圆筒状的套管4的一端上。2是电子发射物质层，这个电子发射物质层2是由在至少含有钡(Ba)、其次含有锶(Sr)和钙(Ca)的三元硷土金属氧化物21内分散着氧化钪等稀土金属氧化物22而构成的。3是配置在上述套管4内的热子，依靠这个热子3的加热，使基体金属1加热，热电子从电子发射物质层放出。5是在基体金属1上形成的、由比基体金属内含有的还原性元素的还原性小而且比作为基体金属1的主要成分镍(Ni)的还原性大的金属构成的金属层。在此金属层5的上面涂覆形成电子发射物质层2。

以下就如此构成的电子管用阴极的制造方法给予说明。首先，在基体金属1的表面形成作为金属层5的钨(W)，厚度为0.2～2微米。其次涂覆形成电子发射物质层2。其涂覆的次序为：首先、把氧化钪与钡、锶、钙三元碳酸盐用硝化纤维粘结剂和醋酸丁酯构成的有机溶剂共同混合制成悬浊液，接着把这种悬浊液用喷涂法等涂布在基体金属1的顶部形成的金属层5上形成。在涂布了电子发射物质层后，把此阴极装入电子枪内，其次，在显象管排气过程中，依靠热子3加热。在此期间，三元碳酸盐热分解变化为硷土类金属氧化物21。排气工序之后，接着进行高温加热激活。在此期间，由于硷土类金属氧化物21的一部分还原，电子发射物质层2激活，具有半导体性质，在基体金属1上由硷土类金属氧化物21和稀土类金属氧化物22的混合物构成电子发射物质层2。

在此激活工序中，硷土类金属氧化物21的一部分进行如下反应。即：基体金属中含有的硅、镁等还原性元素通过扩散，迁移到金属层5和电子发射物质层2之间的界面上，与硷土类金属氧化物21反应。例如，作为硷土金属氧化物21以氧化钡(BaO)为例，进行下式1、2一类的反应： …(1)

…(2)

这个反应的结果，在金属层5上涂覆形成的硷土金属氧化物21即氧化钡(BaO)的一部分被还原，形成氧欠缺型半导体，电子发射容易。

同时，硷土金属氧化物21与金属层5的成分钨进行式3所示的反应，同样形成氧欠缺型半导体。

…(3)

一般，在氧化物阴极的场合，由于上述反应时生成的付生成物中称为中间层的硅酸钡(Ba₂SiO₄)、氧化镁(MgO)以及钨酸钡(Ba₃WO₆)集中在金属层5和电子发射物质层2的界面上形成，因此，由于这个中间层的影响，抑制了镁、硅和钨的扩散速度，其结果，引起过剩钡(Ba)的供给不足，限制了高密度电流的运行。另一方面，在电子发射物质层2内含有稀土类金属氧化物22的场合，以氧化钪的场合为例，阴极工作时在金属层5和电子发射物质层2的界面上，在基体金属1和金属层5内扩散迁移的还原剂的一部分与氧化钪反应，如下式4所示，生成少量金属状钪，这个金属状钪存在于上述界面。

…(4)

因为这个金属状钪对于金属层5上形成的中间层，例Ba₂SiO₄，有分解作用，如下式5所示，因而改善了过剩钡(Ba)的供给，认为与不含稀土类金属氧化物22的场合相比，可能运行在更高电流密度下。这样一来，其优点是：在基体金属1上形成金属层的电子管用阴极，由于游离钡生成丰富，有可能在高电流密度下运行。

…(5)

此外，图18给出了在电视用显象管和摄象管等中使用现有的(例2)电子管用阴极。

在图中，1是含微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素、主成分由镍构成的圆盘状基体金属(简称基体)，4是由镍铬合金等构成的阴极套管，3是安置在阴极套管2内的热子，5是具有与基体金属1同量级直径，在基体金属1的与热子3相对面的全部表面上形成的圆形金属层，主要成分是比基体内含有的还原性元素的至少一种的还原性相同或更小，但比镍的还原性大的还原性元素(例如，钨(W)等)。

此外，2是在金属层5上涂覆形成的电子发射物质层，它以至少含有钡，此外，含有锶(Sr)或/和钙(Ca)的硷土类金属氧化物作为主要成分，并含有重量百分率0.1～20％的氧化钪(Sc₂O₃)等稀土类金属氧化物。

电子发射物质层2借助设置在阴极套管4内的热子3的加热，发射热电子。

对在如此构成的电子管阴极中，往基体金属1上形成金属层的方法以及往金属层5的表面上涂覆电子发射物质层2的方法予以说明。

首先，把具有钨(W)一类还原性的金属通过真空蒸发等方法在基体1对着控制极的面上(即热子3的对面侧)全面涂覆厚度1微米量级的涂层，通过在非氧化气氛中的热处理，进行金属层的烧结、再结晶和向基体内扩散。

其次，把由钡、锶、钙的三元碳酸盐和一定量的氧化钪与粘结剂和溶剂一起混合而成的悬浊液，用喷涂法在金属层5上涂覆约100微米的厚度，形成电子发射物质层2。

下面就该电子管用阴极组装入电子束管内，一直到可能产生电子发射的工序予以说明。

首先，电子管用阴极与阴极加热用的热子3一起组装入电子枪内，接着，在装配到电子束管后，在真空排气工序中，通过热子3的加热，三元硷土类金属碳酸盐分解为其氧化物。

然后，在激活工序中，电子发射物质层2内的硷土类金属氧化物被基体1中的还原剂部分还原，成为氧欠缺型半导体，因而成为能发射热电子的状态。

使用这种电子管用阴极的电子束管，与在电子发射物质层2内不含氧化钪的电子管阴极或没有形成金属层5的电子管用阴极相比，能在高电流密度工作，平均可以长时间支取3.0A/CM²。

顺便指出，用电子发射物质层2内不含氧化钪，且不形金属层5的电子管阴极只能在0.5A/CM²电流密度下工作，而在电子发射物质层2内含有氧化钪但未形成金属层5的电子管阴极能在2.0A/CM²电流密度下工作。

以下对一般电子束管的电子枪进行说明。

图19是给出了一般电子束管电子枪的大致结构的概略图。在图中，7是控制极，8是加速极，9是聚焦极，10是高压电极，它与涂布产生红色、绿色和兰色的荧光体的显示用屏构成一体，11是由基体1、阴极套管4、热子3、金属层5，电子发射物质层2等构成的如图18所示的电子管用阴极。

此外，在各电极上都提供有与红色、绿色和蓝色用各电子束相应的电子束通过孔，在使用安装了这种电子枪的显象管的普通电视机装置中，控制极7，加速极8，聚焦极9和高压电极上所加电压是固定的，通过调制加在阴极本身的电压来控制从阴极11流出的电流。

例如，如果考虑以控制电极7的电压作基准的情况，阴极11上加0到截止电压，而加速极8上加正数百伏电压，通过调制阴极11的电压直到与控制极7的电压相近，则来自加速极8的电场穿过控制极7的电子束通过孔浸透，因而使电子发射。

这里，所谓截止电压定义为：在除阴极11以外的其它各电极所加电压为一定的状态下，从阴极11出发的电子发射电流(也称为电子束)开始流出时的阴极电压。

而聚焦极9及高压极10是为了聚焦、加速从阴极11发射的电子发射电流而配置的。

可是，决定电子束管特性的因素之一是截止电压。此截止电压一般由阴极11，控制极7和加速极8三因素决定，取决于各电极之间的间距，电极厚度以及电子束通过孔之形状，根据电子枪的种类，设定在一合适的截止电压范围内。

不过，在应用已形成上述金属层5的电子管阴极的场合，在电子束管长时间使用过程，基体金属1逐渐变形，由于金属层5上形成的电子发射物质层2与控制极7之间的距离变化，因此，不能维持在一开始设定的合适的截止状态。

以下就基体金属1变形的原因予以说明。如上所述，由于金属层5接合形成在基体金属1上，因此，在长时间运行过程，构成基体金属1的金属与金属层5中的金属相互扩散，在接合部界面生成合金层。

因此，生成的合金层，其热膨胀系数与基体金属1的金属不同，所以由于应力松驰引起基体金属1的变形。

一般说来，当两种不同金属接合，并经1000℃量级的高温热处理时，相互接触的金属之间彼此扩散，以接触面为中心形成合金层。

此外，一般生成的合金与原来的金属的结晶形状不同，以钨和镍的合金为例，由于膨胀(体积增加)，所以，如图20所示，由于与基体镍的作用，整个基体金属1向金属层5一侧弯曲成凸状。

在生成的合金层的面积越大，这种现象越明显。因此，如图18所示，在整个基体金属1的面上涂覆金属层等，则其变形量会增加。

可以设想：由于这种合金层膨胀产生基体金属和金属层变形，结果是喷涂于基体金属1上的金属层5上的电子发射物质层2和控制极7之间的距离变小了。

因此，接受来自通过控制极7的电子束通过孔已渗透的加速极8的电场变得更加容易，在电子束管工作初期阶段设定的阴极电压下已不能成为截止状态。

从而，即使阴极应当处在截止状态时，电流仍能从阴极11流出，而有荧光屏能发光的情况。

发明解决的课题

按上述方式构成的传统型(例1)的电子管用阴极中，在由镍构成的基体金属上形成的由钨构成的金属层5，在运行期间，会逐渐从基体金属1的表面向内部扩散，形成镍和钨的金属间化合物。从而，从表面开始顺次构成纯钨层，镍和钨的金属间化合物层，镍金属层的三层结构。尤其在基体金属1表面附近形成的镍和钨的金属间化合物层与其它层相比，密度小，可以判断：由于局部集中的热应力会引起基体金属1变形。因此，在长时间运行过程出现如下问题，即第一栅极(即控制极7)与阴极表面的间距发生变化，引起截止电压改变，从而使画面亮度逐渐变化或在彩色显像管的场合产生色调改变等。

另外，在采用由以往的例2结构的能在高电流密度下工作的电子管用阴极的电子束管内，在长时间运行过程中，也会引起基体金属1的变形，截止电压与开始状态大大不同。

因此，不能得到对红色、绿色、蓝色电子束的预定的合适截止特性，引起不稳定发光或亮度变化，在长时间运行时，不能维持高品质画象。

本发明正是为了解决上述问题，本发明的目的是通过防止长时间运行时由于基体金属1的热应力产生的变形，抑制截止电压的变化，从而获得适用于高亮度、高质量电子束管的电子管用阴极。

为解决上述课题采取的措施

与本发明有关的电子管用阴极包括以镍作为主要成分、至少含有一种还原剂的基体金属、由在该基体金属的表面及背面形成的比基体金属内含有的至少一种还原剂的还原性小或相同，且比镍的还原性大的金属构成的金属构件，和在上述基体金属表面形成的金属构件上涂覆而成，并包括至少含有钡的硷土类金属氧化物和稀土类金属氧化物的电子发射物质层。

此外，把在基体金属的表面及背面上形成的金属构件一起制成金属层。

此外，把在基体金属的表面及背面上形成的金属构件一起制成金属粉末层。

此外，把在基体金属的表面形成的金属构件制成金属层，而把在背面形成的金属构件制成金属粉末层。

此外，把在基体金属的表面形成的金属构件制成金属粉末层，而把背面形成的金属构件制金属层。

而且，金属层或金属粉末层是由钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)或钽(Ta)等金属构成。

此外，与本发明有关的电子管用阴极包括：

主要成分是镍，至少含有一种还原剂的基体金属；比该基体金属内含的还原剂中至少一种还原剂的还原性更小或相同，且比镍的还原性大的金属作为主要成分，在基体金属表面形成的金属层；和在这个金属层上涂覆含钡的硷土金属氧化物形成的电子发射物质层；在配置以上各个构件的电子管用阴极内，形成金属层使其覆盖基体金属的一部分，同时形成上述电子发射物质层使其覆盖上述金属层及基体金属表面，两者中的任一个。

此外，与本发明有关的电子管用阴极的金属层是在基体金属的大略中央部分上形成的。

此外，与本发明有关的电子管用阴极的金属层是在基体金属上多个分散形成的。

此外，与本发明有关的电子管用阴极的金属层是使用比基体金属内含有的还原剂中至少一种还原剂的还原性相同或更小，且比镍的还原性大的金属作为主要成分的粉末状金属。

此外，与本发明有关的电子管用阴极的金属层在基体金属上形成后，在800℃到1200℃的温度范围内进行热处理。

附图的简单说明

图1：表示本发明实施形式1的电子管阴极的放大断面图。

图2：表示在本发明实施形式1的电子管阴极在寿命试验中截止电压变化率图。

图3：表示本发明实施形式2的电子管阴极的放大断面图。

图4：表示在本发明实施形式2的电子管用阴极，在寿命试验中的截止电压变化率图。

图5：表示本发明实施形式3的电子管用阴极的放大断面图。

图6：表示本发明实施形式3的电子管用阴极在寿命试验中截止电压的变化率。

图7：表示本发明实施形式4的电子管用阴极的构造。

图8：表示本发明实施形式4的电子管用阴极在寿命试验中截止电压的变化。

图9：表示本发明实施形式4的电子管用阴极在寿命试验后阴极的截面图。

图10：表示本发明实施形式5的电子管用阴极的构造图。

图11：表示本发明实施形式5的电子管用阴极在寿命试验中截止电压变化图。

图12：表示本发明实施形式5的电子管用阴极在寿命试验后阴极的断面图。

图13：表示本发明实施形式6的电子管用阴极的构造图。

图14：表示本发明实施形式6的电子管用阴极在寿命试验中截止电压的变化图。

图15：表示本发明的实施形式6的电子管用阴极在寿命试验后阴极的断面图。

图16：本发明实施形式7在寿命试验后的截止电压随热处理温度的变化。

图17：表示传统型(例1)的电子管用阴极放大的断面图。

图18：表示传统型(例2)的电子管用阴极的构造图。

图19：表示为说明电子束管电子枪用的概念图。

图20：表示传统型(例2)的电子管用阴极在寿命试验后阴极的断面图。

符号说明：

1：基体金属，2、20、25、26：电子发射物质层，3：热子，4：套管，5、5a、5b、50、51：金属层，6，6a、6b，60：金属粉末层，21：硷土类金属氧化物，22：稀土类金属氧化物。

发明实施形式

以下，对本发明实施形式用图来说明。此外，在图中，采用与历来相同的符号来表示与历来相同的意义或相当的意义。

图1表示本发明实施形式的电子管用阴极的放大断面图。在图中，1是含有微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素，以镍作为主要成分的其一端封住的帽状金属基体，包住固定在略呈圆筒状的套管4的一端。2是电子发射物质层，这个电子发射物质层2由至少含钡(Ba)，此外将氧化钪等稀土类金属氧化物22分散到含锶(Sr)及钙(Ca)两种或其中之一种的硷土类金属氧化物21中来构成。5a是在基体金属1和电子发射物质层之间涂覆形成的、由钨构成的金属层，5b是在基体金属1的另一侧的单面上涂覆形成的、由钨构成的金属层。

以下，就这样构成的电子管用阴极制造法的一个例子，予以说明。首先，把基体金属1洗净后，在真空中，在基体金属1的表面上采用蒸发或溅射等方法形成由钨构成的厚1微米的金属层。其次，在基体金属1的背面，同样采用蒸发或溅射等方法形成由钨构成厚度1微米的金属层5b。接着，在镍铬铁合金制的套管4上进行焊接后，在氢气内进行1000℃左右的热处理。随后，把稀土类金属的氧化钪，按重量比约3％分散在硷土金属氧化物内所得到的电子发射物质层2采用喷涂法涂布在基体金属1的外侧上形成的金属层5a上，涂布厚度约为80微米。

在涂布电子发射物质层2之后，把该阴极组装入电子枪内，接着在电子束管排气工序中，用热子3(图示省略)进行加热。这时，电子发射物质层2中的三元碳酸盐通过热分解变化为硷土类金属氧化物21。排气工序后，接着进行高温加热激活。这时，硷土类金属氧化物21的一部分还原，结果，电子发射物质层2具有半导体性质，在金属层5a上形成由硷土类金属氧化物21和稀土类金属氧化物22的混合物构成的电子发射物质层2。

在激活工序中，硷土类金属氧化物21的一部分参与如下的反应。即：基体金属1内含有的硅、镁等还原性元素，通过扩散迁移到金属层5a和电子发射物质层2的界面上，与硷土类金属氧化物21反应。例如，以氧化钡(BaO)作为硷土类金属氧化物21的例子，其反应如下式1、2所示：

…(1)

…(2)

这个反应的结果，在金属层5a上涂覆形成的硷土类金属氧化物21的氧化钡(BaO)的一部分还原，形成氧欠缺型半导体，电子发射容易。

此外，硷土类金属氧化物21与作为金属层5a的成分的钨如下式3那样进行反应，同样形成缺氧型半导体。

…(3)

一般，在氧化物阴极的场合，在上述反应时生成的付生成物中，称作中间层的硅酸钡(Ba₂SiO₄)，氧化镁(MgO)，钨酸钡(Ba₃WO₆)，集中形成于金属层5a和电子发射物质层2的界面上，因此，由于这个中间层的影响，抑制了镁、硅及钨的扩散速度，其结果，引起过剩钡的供给不足，制约了高电流密度工作。另一方面，在电子发射物质层2内含有稀土类金属氧化物22时，以氧化钪为例，阴极工作时，在金属层5a和电子发射物质层2的界面上，基体金属1中及能扩散迁移金属层5a的还原剂的一部分与氧化钪如下式4所示那样进行反应，生成少量金属状钪，金属状钪存在于上述界面上。

…(4)

可以认为：这个金属状的钪有使在金属层5a上形成的中间层例如Ba₂SiO₄如下式5所示那样的进行分解作用，因此，改善了过剩钡的供给，也比不含稀土类金属氧化物22时，能在更高的电流密度下工作。

…(5)

在本实施形式中的电子管用阴极，在镍构成的基体金属1的两面形成的钨金属层5a、5b，在工作中逐渐从金属基体1的表面及背面向内部扩散，形成镍和钨的金属间化合物。从而，按照从表面及背面开始的顺序，构成依次为纯钨层、镍和钨的金属间化合物层和镍金属层的三层结构。尤其在基体金属1的表面(背面)附近形成的镍和钨的金属间化合物层，比其它层的密度小，对于历来采用的只在单面形成金属层5的结构，由于热应力集中于单面，而有容易引起基体金属1变形的问题。而在本实施的形式中，由于在基体金属1的两面形成金属层5a及5b，金属间化合物在基体金属1的两面形成，在基体金属1的两面均等地承受热应力，从而防止了基体金属1的变形。

图2是把上述结构的电子管阴极装入显象管用的电子枪内，而第一控制栅的孔径为0.4mm的14英寸显示用电子束管进行寿命试验结果的图示。寿命试验的条件为：热子电压定为额定值6.3伏、在2.5小时点着、0.5小时关断的间歇运行条件下，从阴极取出电流密度定为2A/CM²。图2中，横坐标为寿命试验时间，纵坐标为以截止电压的初始值为100表示的相对截止电压。由图2可以看出：本实施形式的电子管用阴极与历来所用结构比较，截止电压的变化小，显著改进了截止电压的变化。

这样，假若采用本实施的形式，由于在含稀土类金属氧化物的电子发射物质层2和基体金属1之间形成金属层5a，促进了过剩钡的生成，高电流密度工作成为可能，同时，由于在基体金属1的背面也形成金属层5b，因此，在长时间工作过程中，在基体金属的两面承受均等的热应力，防止了热应力引起的基体金属1的变形，从而，可以抑制截止电压的变化。因此，可以防止长时间工作时，画面亮度的变动，或在彩色电子束管的场合，可以防止色调的变化，可以获得适用于高亮度、高品质电子束管的电子管用阴极。

实施形式2

图3是给出实施形式2的电子管用阴极的放大断面图。在图中，6a是在基体金属1上涂覆形成的金属粉末层，6b是在基体金属1的另一单面上涂覆形成的金属粉末层。此外，在图中同一或相当部分，附有相同的符号，说明省略。

以下，就这样构成的电子管用阴极制造法的一个例子说明之。首先，把基体金属1焊接在套管4上之后，进行清洗，接着在基体金属1的表面上喷涂粒径0.5微米到1.0微米的钨粉，形成厚度1微米到3微米的金属粉末层6a。其涂覆形成的顺序为：首先使钨粉与粘接剂硝棉和有机溶剂醋酸丁酯溶液混合，用球磨机进行24小时研磨。接着，用一般喷涂法在基体金属1上涂布约2微米的厚度。对于基体金属1的背面，同样，用钨粉形成约2微米厚的金属粉末层6b。这时也可以用喷涂法，或者，把由一定量的钨粉和溶剂构成的浆糊注入到套管4内，涂覆形成。接着，放入氢气氛中，进行约1000℃的热处理。

其次，稀土类金属氧化物的氧化钪，以重量比约3％，分散在硷土金属氧化物内形成的电子发射物质层2，通过喷涂法涂布在基体金属1的外侧形成的金属粉末层6a上，厚度约为80微米。在涂布电子发射物质层2之后，该阴极装入电子枪内，接着，在电子束管排气工序中，通过热子3(图示省略)加热。这时，电子发射物质层2中的三元碳酸盐因热分解变化为硷土类金属氧化物21。在排气工序之后，接着，进行高温加热激活。这时，硷土类金属氧化物21的一部分还原，电子发射物质层2开始具有半导体性质，在金属粉末层6a上形成由硷土类金属氧化物21和稀土类金属氧化物22的混合物构成的电子发射物质层2。

在激活工序过程中，在本实施形式所示的电子管用阴极也进行上述实施形式1所示的式1到式5所示的反应。

在本实施形式的电子管用阴极中，由钨构成的金属粉末层6a、6b，在工作过程中，逐渐从由镍构成的金属基体1的表面和背面向内部扩散而形成的镍和钨的金属间化合物，由于在基体金属1的两面形成，因此，在长时间工作过程中，基体金属1的两面承受均等的热应力，从而防止了基体金属1的变形。

图4给出了把这样构成的电子管用阴极组装入电子束管用电子枪内，在其第一栅孔径0.4毫米的14英寸电视用显象管中进行寿命试验的结果。寿命试验的条件为：在热子电压定为额定值6.3伏，2.5小时导通，0.5小时断开的间歇条件下，由阴极支取电流密度定为2A/CM²。在图4中，横坐标表示寿命试验时间，纵坐标表示以截止电压的初始值为100的截止电压的相对值。如图4所示，在本实施形式的电子管用阴极中，与实施形式1一样，比历来的阴极的截止电压变化小，截止电压的变化得以显著改善。

这样一来，假若采用本实施形式，则因为在含稀土类金属氧化物的电子发射物质层2和基体金属1之间形成金属粉末层6a，因此，促进了过剩钡的生成，高电流密度工作成为可能，同时，由于在基体金属1的背面也形成金属粉末层6b，在长时间工作过程中，基体金属1的两面承受均等的热应力，从而防止了由热应力产生的基体金属1的变形，可以抑制截止电压的变化。因此，可以防止长时间工作时画面亮度的变化，或在彩色显象管情况下色调的变化，从而可以获得适用于高亮度、高品质电子束管的电子管用阴极。

实施形式3

图5给出了表示本发明实施形式3的电子管用阴极的放大了的断面图。在图中，5是在基体金属1和电子发射物质层2之间涂覆形成的金属层。6是在基体金属另一侧单面涂覆形成的金属粉末层。此外，在图中，同一部分或相当部分采用同一符号，说明省略。

以下，就这样构成的电子管用阴极制造法的一例说明之。首先，将基体金属1焊接在套管4上之后，进行清洗，其次，在真空中，用蒸发法或溅射法，在基体金属1的表面形成厚度1微米的金属层5。接着，在基体金属1的背面，用喷涂法把粒径0.5微米到1微米的钨粉涂覆形成厚度1微米到3微米的金属粉末层6。该涂层形成的次序为：首先，用粘结剂硝棉和有机溶剂的醋酸丁酯溶液与钨粉混合，进行24小时球磨。其次，采用通常的喷涂法在基体金属1的背面涂布约2微米厚。除喷涂法之外，这种涂布也可以采用例如把一定量的钨粉和溶剂构成的浆糊注入到套管4的内部涂覆形成而实现。接着，在氢气氛中进行1000℃热处理。其后，与实施形式1和2同样地，把电子发射物质层2用喷涂法涂布在基体金属1的外侧形成的金属层5上，随后装入电子枪内。接着，在电子束管的排气工序中，由热子3(图示省略)加热进行高温加热激活。在这个激活工序中，在本实施形式所示电子管用阴极中，也如前述实施形式1所示的式1到式5那样，进行反应。

在采用本实施形式的电子管用阴极中，由钨构成的金属层5及金属粉末层6在工作中从由镍构成的基体金属1的表面及背面逐渐向内部扩散形成镍钨金属间化合物，由于它在基体金属的两面形成，在长时间工作中，在基体金属1的两面承受均等的热应力，防止了基体金属1的变形。

图6给出了把这样构成的电子管用阴极组装入电子束管用电子枪内的，在第一栅孔径为0.4毫米的14英寸电视用显象管中进行寿命试验的结果图。寿命试验的条件为：热子电压定为额定值6.3伏，2.5小时导通，0.5小时断开的间歇工作，由阴极支取电流密度定为2A/CM²。在图6中，横坐标为寿命试验时间，纵坐标为以截止电压初始值为100的相对截止电压值。由图6可以看出：在本实施形式的电子管用阴极中也与实施形式1及2一样，与历来的阴极相比，截止电压变化小，显著改进了截止电压的变化。

这样一来，假若采用本实施形式，则在含稀土类金属氧化物的电子发射物质层2和基体金属1之间形成金属层5，因此，促进了过剩钡的生成，高电流密度工作是可能的，同时，因为在基体金属1的背面也形成金属粉末层6，所以在长时间工作时，基体金属1的两面承受均等的热应力，防止了由热应力引起的基体金属1的变形，可以抑制截止电压的变化。因此防止了长时间工作时画面亮度的变化或在彩显像管的情况下防止色调的变化，可以获得适用于高亮度、高品质显象管的电子管用阴极。

顺便指出，在本实施形式中，虽然是在电子发射物质层2和基体金属1之间形成金属层5，而在基体金属1的背面形成金属粉末层6，但在电子发射物质层2与基体金属1之间形成金属粉末层，而在基体金属1的背面形成金属层的组合，也可以获得同样的效果。

此外，在实施形式1～3中，在主成分为镍的基体金属中采用含微量镁(Mg)及硅(Si)还原性金属的基体金属，但即使只含硅或镁中至少一种也可以获得同样的效果。其次，作为比基体金属中的还原剂的还原性更小或相同且比基体金属镍的还原性大的金属层或金属粉末层，以钨为例，给出了结果，但不限于钨，用钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)等金属也获得相同的效果。

实施形式4

图7给出了本发明实施形式4的电子管阴极的大致结构图。

在图中，1是含微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素，而主要成分为镍的圆盘状基体金属，4是由略呈圆筒状的镍铬合金等构成的，其一端固定设置有基体金属1的阴极套管(也简称为套管)，3是安置在套管4内的热子。

此外，50是在圆盘状基体金属1的远离热子3的另一侧的表面的中心部分，形成具有直径比基体金属1的直径小的圆盘状的金属层，这个金属层50是以比基体金属1含有的还原性元素的至少一种的还原性相同或更小，且比镍的还原性大的还原性元素(例如：钨等)作为主要成分。

而20是覆盖着处于金属层50的表面及其外周部分的基体金属1的全部表面那样涂覆形成的电子发射物质层，它是以至少含有钡，此外还含锶(Sr)或/和钙(Ca)的硷土类金属氧化物作为主要成分，同时含有重量百分比为0.1～20的氧化钪(Sc₂O₃)等稀土类金属氧化物。

电子发射物质层20，由配置在套管4内的热子加热，而放出热电子。

以下，对这样构成的电子管用阴极的制造方法的一例进行说明。首先，把由圆盘状金属构成的基体金属1焊接固定到镍铬合金制的阴极套管4的一端，然后洗净，接着，在真空中，在该基体金属1的表面上，通过蒸发以钨等还原性元素为主要成分的金属到与基体金属1同心、且直径更小的圆盘形表面上，形成金属层50。

其次，在氢气氛中，(例如)温度约为1000℃，进行热处理。

此外，作为一例，可以列举：基体金属1的直径定为1.5毫米，金属层50的直径与控制极7上的电子束通过孔相同，定为0.5毫米，金属层50的蒸涂厚度定为1微米。

然后，把稀土类金属氧化物的氧化钪按照重量比约3％混合到含钡、锶、钙的硷土类金属的碳酸盐内，制成与由硝棉、醋酸丁酯构成的溶剂混合的悬浊液，用喷涂法喷涂到上述金属层50的表面及金属层50的四周的整个基体金属1的表面，形成涂层厚度约为100微米量级的电子发射物质层20。

以下，就电子枪的构成及其制造法，予以说明。

首先，把加热用的热子3置入前述的电子管用阴极的阴极套管4内，用绝缘材料保持控制极7、加速极8、聚焦极9和高压极10之间绝缘性，制成组装一体的电子枪。

这里，控制7的电子束通过孔的直径定为0.5毫米。

随后，把电子枪封装入电子束管内，在排气工序，通过热子3的加热，在电子发射物质层20内的硷土类金属碳酸盐进行分解，变成硷土类金属氧化物。

接着，依靠在激活工序中基体金属1的金属及金属层50的还原性元素，使硷土类金属氧化物一部分还原，成为硷土类金属，从而形成电子发射源。

图8给出了应用本实施形式的电子管用阴极制成的电子束管寿命试验的结果。寿命试验的条件为：热子电压定为额定值6.3伏，热子通电2.5小时，0.5小时不通电，处于间歇通电状态。而从阴极支取的电流密度定为2A/CM²。

在图8上，横坐标为寿命试验时间，纵坐标表示以截止电压的初始值为100的相对截止电压值。

假若截止电压的变化在20％量级以内(即以初始值为100时，处在80以上)，则实用上无妨碍。由图8可以看出：应用本实施形式4的电子管用阴极的电子束管，长期工作时的截止电压的经时变化比传统的结构，得到非常大的改善。

顺便指出，传统的阴极与本实施形式结构上基本是相同的，基体金属1上形成的金属层5的直径与基体金属直径相等，为1.5毫米。

以下说明采用本实施形式获得改善效果的理由。如前所述，一般使异种金属相互接合，经1000℃量级的高温热处理，接合的金属间相互扩散，以接触面为中心形成合金层。

一般，生成的合金体积，由于与原有的金属的结晶形状不同，作为金属层50的主要成分的钨等还原性元素的金属与作为基体金属1的主要成分镍构成合金发生膨胀(体积增加)，因此，在衬底镍的作用下，整个基体金属1呈凸状弯向金属层一侧。

本实施形式与传统的形式一样，在基体金属1的金属和金属层50的界面形成合金层，但因为金属层50只在基体金属1的中央部分的一部分上形成，所以与传统结构相比，合金层形成的面积小，因而，如图9所示基体金属1的变形量也比传统的场合小。

于是，在金属层50上形成的电子发射物质层20与控制极7之间隔比传统结构更难于变化，结果是：实现截止电压经时变化小的电子管用阴极成为可能。

实施形式5

图10给出了采用本发明实施形式5的电子管用阴极的结构图。基本结构及制造工序与前述实施形态1大体相同。

在图10中，1是含微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素，而主要成分为镍的圆盘状基体金属，4是由略呈圆筒状的镍铬合金等构成，在其一端固定设置有基体金属1的阴极套管，3是设置在阴极套管4内的热子。

此外，51是表示在圆盘状基体金属1远离热子的另一侧的面上，在用网进行遮蔽的基体金属1的整个表面上，通过真空蒸发沉积，分散形成的多个金属层。这个金属层51是以比基体金属1含有的还原性元素的至少一种的还原性相同或更小，且比镍的还原性大的还原性元素(例如钨等)作为主要成分。

这里，通过蒸发沉积形成的金属层51的蒸着厚度约为1微米，而为遮蔽用的网，使用100网眼的。

此外，25是覆盖着上述网目的金属层51和未形成金属层51的基体金属1的整个表面那样涂覆形成的电子发射物质层，电子发射物质层25以至少含有钡(Ba)，此外还含有锶(Sr)和/或钙(Ca)的硷土类金属氧化物作为主要成分，并含有重量百分率0.1～2.0的氧化钪(Sc₂O₃)等稀土类金属氧化物。

电子发射物质层25依靠安置在阴极套管4内的热子3的加热，发射热电子。

图11给出用本实施形式5的电子管用阴极制造的电子束管的寿命试验结果。

寿命试验条件为：热子电压定为额定值6.3伏，热子通电2.5小时，停电0.5小时，在间歇条件下工作。此外，由阴极支取的电流密度定为2A/CM²。

与图8一样，在图11中，横坐标表示寿命试验时间，纵坐标表示以截止电压初始值为100的截止电压相对值。

如图11所示，采用本实施形式5的电子管用阴极的电子束管，长时间工作时截止电压的经时变化与传统的结构相比，获得非常大的改善。

顺便指出：传统的阴极与本实施形式结构基本上相同，在基体金属1上形成的金属层5的直径与基体金属1相等，定为1.5毫米。

以下，说明应用本实施形式5的电子管用阴极的电子束管截止电压的经时变化比传统型小的原因。

图12给出了寿命试验后的基体金属1及金属层51断面的概略图，而并非象传统型那样，在基体金属1的整个面上形成金属层，由于金属层51呈多个分散形式，与实施形式4的场合同样，金属层51的主要成分钨等还原性金属与基体金属1的主要成分镍的合金化形成的合金层的面积变小，因此抑制了合金化引起的基体金属1弯曲的程度，结果是截止电压变化小。

实施形式6

图13表示本发明的实施形式6的电子管用阴极的结构图。基本结构和制造工序与上述实施形式4或5大体相同。

在图13中，1是含微量硅(Si)、镁(Mg)等还原性元素，主要成分为镍的圆盘状基体金属，4是由略呈圆筒状的镍铬合金构成，其一端上固定设置有基体金属1的阴极套管，3是设置在阴极套管4内的热子。

此外，60是圆盘状金属粉末层，它处于远离热子3的另一侧面上的圆盘状基体金属的中心部位，其直径比基体金属1小。这个金属粉末层60以比基体金属1含有的还原性元素的至少一种的还原性相同或更小，且比镍的还原性大的还原性元素(例如钨(W)等)作为主要成分。

顺便指出：这个金属粉末层60用的金属粉末例如为平均粒径约1微米的钨。

此外，金属粉末层60厚度定为2微米左右，它在基体金属1上的中心部位通过喷涂法涂布成直径约0.5毫米的圆状。

本实施形式6的特征为：把前述实施形式4的金属层50的部位换成金属粉末层60。

此外，26是电子发射物质层，它覆盖上述金属粉末层60及基体金属1的整个表面那样涂覆形成，它以至少含有钡(Ba)，此外还含锶(Sr)和/或钙(Ca)的硷土类金属氧化物作为主要成分，并含有重量百分率0.1～20％的氧化钪(Sc₂O₃)等稀土类金属氧化物。

电子发射物质层26，通过配置在阴极套管4内的热子3的加热，发射热电子。

图14给出了采用本实施形式6的电子管用阴极制造的电子束管寿命试验的结果。

寿命试验条件为：热子电压定为额定值6.3伏，热子通电2.5小时，停电0.5小时，处于间歇运行状态。同时，阴极支取电流密度定为2A/CM²。

在这个图14上，与图8或图11一样，横坐标表示寿命试验时间，纵坐标表示以截止电压的初始值为100的相对截止电压值。

如图14所示，采用本实施形式6的电子管用阴极的电子束管，长时间工作时截止电压的经时变化与传统型结构相比，得到非常大的改善。

以下说明采用本实施形式6的电子管用阴极的电子束管与传统型比较其截止电压经时变化小的原因。

图15表示寿命试验后的基体金属1及金属粉末层60的概略的断面图，而不象传统型那样，在整个基体金属表面形成金属层，由于金属粉末层60定为以基体金属1中心为圆心，直径0.5毫米量级的部位，由前述的金属粉末层60的主成分钨和基体金属1的主成分镍的合金化形成的合金层的面积变小，从而抑制了由于合金化产生的基体金属1弯曲的程度，结果是，电子束管长时间工作时截止电压变化减小了。

实施形式7

图16表示改变金属层在基体金属上形成后进行的热处理的温度，电子束管寿命试验后(经过6000小时后)以截止电压初始值为100的截止电压变化的程度。

这里，阴极的结构、工序、以及试验条件与实施形式4相同，但热处理在氢气氛中进行热处理温度分别定为由600℃到1300℃。

根据图16所示结果，可以发现：当热处理温度在800～1200℃的范围内，从实用角度看，截止电压的变化小，不成问题，而在1000～1200℃的范围，截止电压的变动就更小。

同时，可以确认：实施形式5和6也有相同的效果。

以下说明其理由。当不同金属层接合，并将电子束管工作时的热给予该金属层时，在前述的接合面近旁生成合金层，由于晶体结构发生变化，会因膨胀或收缩引起变形。

然而，认为：合金层引起的变形，并非在电子束管工作时，而是在组装入电子枪内之前的阴极阶段由于热处理而发生的，而在把阴极组装到电子束管之后的变形呈稳定化，其变化程度不成问题，因此截止电压的变化也比传统形式的小。

顺便指出：这种稳定化，可以在金属层形成后的热处理时，加高温来实现。当热处理温度一超过1200℃，会引起特性变坏，因为作为基体金属的主要成分使用了镍，它会因温度引起热变形。

发明的效果

如上所述，根据本发明的电子管用阴极，装备有：

以镍作为主要成分，至少含有一种还原剂的基体金属；由在该基体金属的表面及背面形成的，比上述还原剂至少一种的还原性更小或相同，且比镍的还原性大的金属构成的金属构件；和在上述基体金属的表面形成的金属构件上涂覆形成，至少含有钡的硷土类金属氧化物和稀土类金属氧化物的电子发射物质层；因此，促进了过剩钡的生成，使得高电流密度工作成为可能，同时，因为在长时间工作时，基体金属的两面承受均等的热应力，防止了因热应力引起的基体金属的变形，因此，可以抑制截止电压的变化。由此，可以防止长时间工作时画面亮度的变化，或在彩色显像管情况下防止色调的变化，获得适用于高亮度、高品质电子束管的电子管用阴极。

此外，根据本发明的电子管用阴极，装备有：

主要成分为镍，至少含有一种还原剂的基体金属；比该基体金属内含有的还原剂中至少一种的还原性更小或相同，且比镍的还原性大的金属作为主要成分，在基体金属表面上形成的金属层；和在此金属层上涂覆含钡的硷土金属氧化物形成的电子发射物质层；

其特征为：

在上述阴极内，覆盖基体金属表面的一部分那样形成金属层，同时，覆盖金属层和基体金属表面任一方那样形成电子发射物质层，由此，可以抑制因在基体金属及其上部形成的电子发射物质层的经时变形而引起的电子束管等电子管的截止特性改变，其效果是可以提供在长时间工作时不发生色彩不稳定或亮度变化的高品质阴极。

此外，由于本发明的阴极的金属层在基体金属表面形成后，在800～1200℃温度范围进行热处理，因此，在基体金属和金属层的接合部分形成的合金层引起的变形不是在电子管工作时而是在阴极组装到电子枪之前的阴极制造阶段的热处理产生的，所以在其后的电子管长时间工作期间截止电压的变化可改善到更稳定化状态。

Claims

1.一种电子管用阴极，其特征在用它包括：以镍作为主要成分，且至少含有一种还原剂的基体金属；

在这基体金属的表面及背面形成，由比上述还原剂的至少一种的还原性小或相同、但比镍还原性大的金属构成的金属构件；如

在上述基体金属的表面形成的金属构件上喷涂形成，包括至少含有钡的硷土金属氧化物和稀土类金属氧化物的电子发射物质层。

2.权利要求1所述的电子管用阴极，其特征为：在基体金属表面及背面形成的金属构件均是金属层。

3.根据权利要求1所述的电子管用阴极，其特征为：

在基体金属表面及背面形成的金属构件均是金属粉末层。

4.根据权利要求1所述的电子管用阴极，其特征为：

基体金属的表面形成的金属构件是金属层、在基体金属的背面形成的金属构件是金属粉末层。

5.根据权利要求1所述的电子管用阴极，其特征为：

基体金属表面形成的金属构件是金属粉末层，基体金属背面形成的金属构件是金属层。

6.根据权利要求1所述的电子管用阴极，其特征为：

金属构件由钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)或钽(Ta)等金属构成。

7.一种电子管用阴极，它备有：

主要成分由镍组成、含有至少一种还原剂构成的基体金属；

比上述基体金属内含有的还原剂中至少一种还原剂的还原性更小或相同，且以比镍的还原性大的金属作为主要成分、在上述基体金属的表面上形成的金属层；

在上述金属层上喷涂含钡的硷土类金属氧化物而形成的电子发射物质层；其特征在于：

上述金属层以覆盖于上述基体金属表面的一部分方式被形成，同时上述电子发射层涂覆于上述金属层及上述基体金属表面任一种上而形成。

8.根据权利要求7所述的电子管用阴极，其特征为：

金属层在基体金属的大体中央部分形成。

9.根据权利要求7所述的电子管用阴极，其特征为：

金属层是在基体金属上多个分散形成的。

10.根据权利要求7所述的电子管用阴极，其特征为：

金属层是以比基体金属内含有的还原剂中至少一种还原剂的还原性更小或相同、但比镍的还原性大的金属作为主要成分的粉末状金属形成的。

11.根据权利要求7所述的电子管用阴极，其特征为：

金属层在基体金属上形成后，在800℃～1200℃温度范围进行热处理。