CN1221202A - 用于阴极射线管的荫罩及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于阴极射线管的荫罩,包括:表面硬化层;和形成于表面硬化层下的固溶和沉淀硬化层。根据本发明,荫罩的抗拉强度和延展性得到改善,从而改进荫罩的工作性能。

Description

用于阴极射线管的荫罩 及其制造方法
本申请分别基于1997年12月1日和1998年1月22日在韩国工业产权局提交的申请号为97-65103和98-1855的申请，其内容引证于其中。
本发明涉及用于阴极射线管(CRT)的荫罩及其制造方法，特别涉及制造具有改善的抗拉强度和延展率的CRT荫罩的制造方法。
CRT荫罩通过遮蔽荧光屏选择区域的电子束来选择对应于红、绿和蓝的适当颜色。
通常，用下列工艺制备这种荫罩。首先在薄金属板上涂敷光刻胶。接着，使该板曝光，然后显影并腐蚀，在其上形成多个孔。此后，在氢气氛中于高温下通过热处理对形成有孔的板退火。退火步骤用于去除板中的内应力同时使其具有延展性。通过加压使该板成形为预定的荫罩形状并去除油脂以从其上清除油或杂质材料。最后，为防止氧化或热吸收的目的，用黑化步骤处理去油的板。所形成的荫罩板被安装在CRT屏盘内，用作选色荫罩。
荫罩用作当电子束从一个位置移向下一个位置时对电子束进行物理阻挡，并且使激活错误的荧光体所产生的干扰色最少。可是，当来自外部的振动或碰撞或来自内部扬声器的声波施加在荫罩上时，容易因其结构缺陷产生严重振颤，以致穿过的电子束着屏在错误的荧光体上，使色纯度劣化。
图1和图2都表示屏盘组件(panel assembly)，其中示意地图示了上述现象。如图1所示，屏盘组件包括屏盘1、屏盘1的内表面上形成的荧光屏2和直接装在荧光屏2后面并设有多个电子束导向孔8的荫罩6。用荫罩框架5支撑荫罩6。荫罩框架5通过插入其之间的弹簧4与从屏盘1的边壁凸出的柱销3耦合。
当外部的振动和碰撞施加在荫罩6上时，荫罩6被振动，以致它从其初始位置移动到新的位置7。随着荫罩6的移动，电子束导向孔8也从其初始位置移动到新的位置9。因此，从电子枪11发射的电子束10产生错误行程，以致其着屏位置从P1改变为P2，导致错误荧光体的激励。
此外，在把物理强振动施加在CRT上的情况下，荫罩6容易局部变形。图2中用参考序号12表示这种变形部分。随着电子束10穿过变形部分12并着屏在荧光屏2上，会产生干扰颜色。
上述缺点主要来自荫罩的不好的应力强度。由于荫罩通常由薄金属板制成，因而在制造工艺过程期间要经过几个轧制步骤，以提供适当的结构硬度。为此，在要求目标材料的某一延伸度的形成步骤之前，用退火步骤得到金属板的这种特征。如图5所示，当不进行该退火步骤时，金属板具有高抗拉强度和低的延展率，因而实际不可能形成罩形的金属板。相反，如图6所示，当进行退火步骤时，金属板具有高延展率和低的抗拉强度，因而获得的荫罩具有上述易振动或在外力冲击或冲撞下变形的缺点。
为了解决该问题，日本专利申请公开昭62-223950公开了通过在其上形成镀层提高荫罩抗拉强度的技术。可是，该技术牵涉对束引导孔尺寸的减少。并且，日本专利公开昭56-121257和平1-276542都披露了通过对荫罩进行气体热处理改善荫罩抗拉强度的技术。可是，按照该技术，经过冲压成形步骤的荫罩要在高温下进行长时间的热处理，因而可能会热变形。
本发明的目的是提供一种具有改善的抗拉强度(tension strength)和延展率(elongation)的CRT荫罩。
本发明的另一个目的是提供一种具有改善的弹性系数的CRT荫罩。
本发明的再一个目的是提供制造这种CRT荫罩的方法。
为了实现这些目的和其它目的，CRT荫罩包括表面硬化层，和形成于表面硬化层下的固溶和沉淀硬化层。
制造CRT荫罩的方法包括下列步骤：热处理带有多个小孔且与碳氮气体接触的金属板；和成形金属板，使其具有预定的罩形状。
参照下列结合附图所作的详细说明，将更好地理解和明了对本发明的更全面的评价和许多附带的优点。其中：
图1是局部剖面图，表示因外部冲击引起的荫罩振动使电子轨迹改变的现象；
图2是局部剖面图，表示因强烈冲击引起的阴极射线管荫罩的局部变形；
图3是展示按照本发明一实施例的经过碳氮热处理制备的荫罩的强度与延展率之间的关系曲线；
图4是展示按照本发明另一实施例的经过碳氮热处理制备的荫罩的强度与延展率之间的关系曲线；
图5是展示不进行退火的常规荫罩的强度与延展率之间的关系曲线；
图6是展示通过退火制备的常规荫罩的强度与延展率之间的关系曲线。
按照本发明最佳实施例的CRT荫罩包括带有氮化物的表面硬化层和带有碳化合物的内部硬化层。
制造这种荫罩的方法使用碳氮处理工艺代替常规退火步骤。
在碳氮处理工艺中，在高温下于包含吸热RX气体、丙烷(propane)和氨的气体气氛中对用于形成荫罩的金属板进行热处理。气氛中的气体被分解成碳和氮原子。碳和氮原子扩散入金属板中，与基板金属成份反应形成碳氮化合物，例如Fe-Ni-C型化合物、Fe-Ni-N型化合物、Fe3C、Fe2N、Fe4N或FeN。碳化合物被固化，主要沉淀于金属板的内部，从而形成内部硬化层。相反，氮化合物主要产生于金属板的表面部分，因而形成表面硬化层。此时，包含于金属板中的碳化合物量为0.01至2.0wt％，而氮化物量为0.01至2.5wt％。
具有这种内部硬化层和表面硬化层的荫罩的抗拉强度Mpa比由退火步骤处理的荫罩的抗拉强度大一百倍。并且，当用于形成荫罩的金属板在高温下进行热处理时，被轧制的金属板结构均匀地再结晶，具有均匀的晶粒。从而，这样的金属板具有足以经受罩成形步骤的延展率。此外，由于碳氮处理，荫罩的弹性系数增加，从而可减小其振动。
下面详细地描述荫罩的制造方法。
由低热膨胀材料例如殷钢(invar)或脱铝(AK)钢制备并经过束引导孔腐蚀步骤的金属板首先堆积并装载于托盘中。当预热炉温度达到100至200℃时，将托盘放入预热炉内。
同时，当反应炉温度达到至少约150℃时，将包括RX气体、丙烷和氨的碳氮气体注入反应炉内。RX气体包含40％的H2,40％的N2和20％的CO。碳氮气体注入量如下：RX气体为5-25l/min，丙烷为1-10l/min和氨为1-15l/min。
当在适当的气氛下反应炉的温度维持在400至1200℃时，将预热炉内的金属板运送入反应炉内。此时，RX气体、丙烷和氨分解成碳和氮原子。这些碳和氮原子渗透并扩散进金属板中，与其中的金属成份反应。当反应炉的温度低于400℃时，不发生碳和氮原子的分解。相反，当反应炉的温度高于1200℃时，不产生附加的好处。
为了充分地进行碳氮处理工艺，允许金属板置于反应炉中0.1至5小时。当该工艺时间短于0.1小时时，碳和氮原子不能充分地与金属板中的金属成份反应。相反，当该工艺时间超过5小时时，不产生附加的好处。
同时，可以将金属板直接放入反应炉中，不进行预热步骤。在这种情况下，当碳和氮原子分别在不同的温度下从碳氮气体分解出来时，它们也分别与金属板中的金属成份反应。结果，与包括其中碳化和氮化反应同时发生的预热步骤的碳氮工艺的情况相反，碳氮效果不够令人满意。
如上所述，经碳氮处理的荫罩具有预定的抗拉强度和延展率。该足够的抗拉强度可防止在外部冲击或冲撞时荫罩的振动或变形。
并且，当在成形步骤之前进行碳氮处理时，所获得的荫罩没有因热处理产生的缺陷。
下面参照本发明范围内的下述实例更详细地说明本发明。
实例1
由殷钢制备并经过束引导孔腐蚀步骤的金属板首先堆积并装载于托盘中。当预热炉温度达到150℃时，将托盘放入预热炉内。
同时，当反应炉温度达到至少约150℃时，将包括RX气体、丙烷和氨的碳氮气体注入反应炉内。碳氮气体注入量如下：RX气体为15l/min,丙烷为3l/min和氨为5l/min。
当在适当的气压下反应炉的温度维持在850℃时，将预热炉内的金属板运送入反应炉内。
为了充分地进行碳氮处理工艺，允许金属板置于反应炉中1小时。
当完成碳氮处理时，反应炉的温度降低到150℃，并且停止气体注入，同时维持反应炉的气氛。在将金属板从反应炉内取出之后，进行加压成形步骤，形成荫罩。
测定由实例1制备的荫罩中所含的碳氮成份的含量。由实施1制备的荫罩包括基于荫罩的0.3wt％的碳成份，和基于荫罩的0.5wt％的氮成份。
测定由上述方法制备的荫罩的延展率和强度，其结果示于图3中。
实例2
由殷钢制备并经过束引导孔腐蚀步骤的金属板首先堆积并装载于托盘中。并预热炉温度达到150℃时，将托盘放入预热炉内。
同时，当反应炉温度达到至少约150℃，将包括RX气体、丙烷和氨的碳氮气体注入反应炉内。碳氮气体注入量如下：RX气体为15l/min，丙烷为3l/min和氨为5l/min。
当在适当的气压下反应炉的温度维持在850℃时，将预热炉内的金属板运送入反应炉内。
为了充分地进行碳氮处理工艺，允许金属板置于反应炉中3小时。当完成碳氮处理时，反应炉的温度降低到150℃，并停止气体注入，同时维持反应炉的气氛。在将罩从反应炉内取之后，进行加压成形步骤，形成荫罩。
测定由实例2制备的荫罩中所含的碳氮成份的含量。由实例1制备的荫罩包括基于荫罩的0.5wt％的碳成份，和基于荫罩的0.7wt％的氮成份。
测定由实例2制备的荫罩的延展率和强度，其结果示于图4中。
如图3和4所示，由实例1和2制备的荫罩具有预定的抗拉强度和延展率。
分别测定不进行退火和进行退火的荫罩的延展率和强度，其结果示出图5和6中。
与常规的通过退火制备的荫罩相比，本发明方法制备的荫罩具有提高40-60％的抗拉强度。
尽管参照优选实施例已详细地说明了本发明，但本领域的技术人员可以进行各种修改和替换，而不会脱离如所附权利要求书限定的本发明的精神和实质。

Claims (11)

1．一种用于阴极射线管的荫罩，包括：
表面硬化层；和
形成于表面硬化层下的固溶和沉淀硬化层。
2．如权利要求1所述的荫罩，其中，表面硬化层包括氮，固溶和沉淀硬化层包括碳。
3．如权利要求2所述的荫罩，其中，硬化层包括基于荫罩的0.01-2.5wt％的氮，而固溶和沉淀硬化层包括基于荫罩的0.01-2.0wt％的碳。
4．如权利要求1所述的荫罩，其中，荫罩由低热膨胀材料制备。
5．如权利要求1所述的荫罩，其中，荫罩由脱铝钢或殷钢制备。
6．一种制备荫罩的方法，包括下列步骤：
热处理带有多个小孔且与碳氮气体接触的金属板；和
成形金属板，使其具有预定的罩形状。
7．如权利要求6所述的方法，其中，荫罩由低热膨胀材料制备。
8．如权利要求6所述的方法，其中，荫罩由脱铝钢或殷钢制备。
9．如权利要求6所述的方法，其中，碳氮气体包括RX气体、丙烷和氨。
10．如权利要求6所述的方法，其中，在400-1200℃下进行加热处理步骤。
11．如权利要求6所述的方法，其中，进行0.1-5小时的加热处理步骤。
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