CN1244128C

CN1244128C - 复合梯度合金板及其制造方法,以及彩色阴极射线管

Info

Publication number: CN1244128C
Application number: CNB021227837A
Authority: CN
Inventors: 松馆法治; 细谷信彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: US6797406B2; JP2003064451A; CN1391248A; KR20020095108A; US20030006685A1

Abstract

本发明涉及配备压力型荫罩的彩色阴极射线管。作为构成荫罩(6)的材料，利用复合梯度合金板构成的单块板体，复合梯度合金板是由(6A，6B，6C)三层或多层构成，其中合金元素的浓度梯度是从一个表面连续变化到另一个表面。通过自动校正诸如拱凸等现象的热形变，本发明可以实现有大曲率半径的压力型荫罩。

Description

复合梯度合金板及其制造方法，以及彩色阴极射线管

技术领域

本发明涉及复合梯度合金板，它的制造方法，和高可靠性的彩色阴极射线管，可以增强构成彩色选择电极的荫罩材料强度(刚度)，可以改进蚀刻特性和可成形性，并可以减小热形变。

背景技术

关于彩色阴极射线管，近年来用作信息设备的监测装置或彩色图片接收器的显示装置，平面技术得到快速的发展，平面技术使构成图像显示表面的屏面(前屏面)为平坦屏面。特别是，当采用压力成形型的荫罩(压力型荫罩)时，压力型荫罩在水平方向和垂直方向上有弯曲的孔径表面，有平坦面的彩色阴极射线管(平面管)的屏面有大致平整的外表面和曲率远远大于外表面曲率的内表面。

不仅是彩色阴极射线管的荫罩，而且是大量的板材料，其中包括车辆，飞机以及其他结构和部件的板材料，都需要满足高硬度的要求。作为上述的荫罩或板材料，通常使用单块板材料或所谓复合板形成的高硬度板材料，复合板是利用机械方法叠合多个有不同物理特性的金属板(主要是由铁或铁合金制成的金属板)形成。然而，这种板材料本身没有能力保持内应力以对付温度的变化，当板材料很薄时，要使这种板材料可靠地确保形状保持能力是很困难的。

在选择板体的材料时，往往出现这样一种情况，由于材料的特性使选择受到限制，例如，产品的强度，板厚度，可成形性，加应力装置，等等。特别是，作为设计上述平面管时需要解决的一个技术问题是荫罩的强度问题。虽然此处的解释是利用荫罩作为例子，但是相同的解释适合于上述其他产品的板材料。虽然制成的荫罩曲率与屏面内表面的曲率大致相同，但是与有弯曲内表面和外表面的圆面管比较，平面管的屏面有小曲率的内表面，因此，只有使平面管的荫罩曲率也是小曲率而没有其他的方法。

所以，保持足够的强度以对付荫罩孔径区域的部分热形变或工作时电子束撞击后荫罩温度升高产生的整个荫罩热形变是很困难的，即，对付所谓拱凸现象的强度。此外，使荫罩保持其物理强度以对付下落，冲击等现象也是很困难的。

作为确保这种类型荫罩强度的材料，一直以来使用掺钴的因瓦镍铁合金材料，它是在普通的因瓦镍铁合金材料中掺钴制成的。虽然过去使用铝镇静钢材料作为荫罩材料(基底材料)，但是一直以来使用因瓦镍铁合金材料以及努力提高图像的分辨率并使屏幕有更平坦的表面。

掺钴的因瓦镍铁合金材料用于增强荫罩的强度，与常用的因瓦镍铁合金材料比较，掺钴的因瓦镍铁合金材料增大约20％的强度，并可以抑制荫罩的上述形变。然而，因瓦镍铁合金材料中掺钴制成的荫罩有几个缺点，包括：(1)由于钴是昂贵的，使成本上升，(2)由于钴的抗腐蚀性能是较好的，使蚀刻效率降低，(3)可加工性减小，和(4)磁特性下降。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种有荫罩的平面型彩色阴极射线管，它可以减少诸如常规荫罩具有的缺点。

实现上述目的的本发明典型要点是，用于彩色阴极射线管的荫罩材料是由铁材料制成的，它是由三层或多层铁合金的板体构成，各层的合金元素浓度是不同的，且板体中包含的合金元素含量有浓度梯度，在板体的各层边界部分和在边界附近浓度是连续变化的。以下描述本发明结构中的一些典型结构。

首先，关于复合梯度合金板和本发明制造该合金板的方法，考虑以下的结构。

(1)一种包括多层的合金板，其中该合金板为在铁中包含合金元素镍的复合梯度铁合金板，该复合梯度铁合金板具有多个结构层，在铁合金板的厚度方向，铁合金板中的合金元素镍的浓度在所述各结构层之间交替地连续变大和变小；使内应力残留在复合梯度合金板中，使得在该多个结构层的过渡区域，沿复合梯度合金板平面方向残留的拉伸应力和压缩应力指向相反的方向。

(2)关于结构(1)，多个结构层是由三层构成，包括：一个表面层，另一个表面层和一个中间层，中间层迭制在一个表面层与另一个表面层之间。

(3)关于结构(2)，拉伸应力残留在一个表面层和另一个表面层，而压缩应力残留在一个中间层。

(4)关于结构(2)，压缩应力残留在一个表面层和另一个表面层，而拉伸应力残留在一个中间层。

(5)关于结构(2)或(3)，多个结构层在平面方向上的合金元素浓度分布是各不相同的。

(6)关于以上结构(1)至(5)中任何一种结构，一个表面层在平面方向上的合金元素浓度分布大致等于另一个表面层在平面方向上的合金元素浓度分布。

(7)关于以上结构(1)至(5)中任何一种结构，合金元素是镍。

(8)一种制造具有多个结构层的、在铁中包含合金元素镍的复合梯度铁合金板的方法，在沿着铁合金板的厚度方向连续改变铁合金板中合金元素镍的浓度的同时迭制该多个结构层，使得所述浓度在所述厚度方向上在所述多个结构层之间交替地连续变大和变小，该方法包括以下步骤：

熔合步骤，其中利用热轧方法熔合多种熔融材料，这些熔融材料具有各不相同的合金元素含量浓度，由此制成具有多个结构层的复合梯度合金板的基底材料，由于合金元素浓度的连续变化，该多个结构层具有不同的热膨胀；

加热步骤，其中将复合梯度合金板的基底材料的温度从正常温度提高到这样一个温度，在此温度下，多个结构层中高热膨胀的结构层发生位移，其位移量等于或大于低热膨胀结构层的弹性极限，由此减轻低热膨胀结构层的内应力；和

降温步骤，其中在完成加热步骤之后，使复合梯度合金板基底材料的温度回到正常温度，从而使低热膨胀的结构层产生压缩应力，且基于低热膨胀结构层中产生的压缩应力，还使高热膨胀的结构层产生拉伸应力，

从而使内应力残留在复合梯度合金板的基底材料中。

(9)关于结构(8)，多个结构层是由三层构成，包括：一个表面层，另一个表面层和一个中间层，中间层迭制在一个表面层与另一个表面层之间。

(10)关于结构(9)，一个表面层和另一个表面层是由高膨胀层构成，而一个中间层是由低膨胀层构成。

(11)关于结构(9)，一个表面层和另一个表面层是由低膨胀层构成，而一个中间层是由高膨胀层构成。

(12)关于以上结构(8)至(11)中任何一种结构，多个结构层在平面方向上的热膨胀系数是各不相同的。

(13)关于以上结构(8)至(12)中任何一种结构，一个表面层在平面方向上的热膨胀系数大致等于另一个表面层在平面方向上的热膨胀系数。

(14)关于以上结构(8)至(13)中任何一种结构，合金元素是镍。

其次，关于彩色阴极射线管，考虑以下的结构。

(15)一种包含真空密封外壳的彩色阴极射线管，包括：具有多种颜色荧光粉材料的屏面，荧光粉材料加到其内表面上；管颈，它内藏电子枪；和连接屏面和管颈的射线管玻壳锥体，彩色阴极射线管还包括：荫罩，它放置在屏面内表面上所加的荧光粉材料附近，并有大量彩色选择开孔，其中：

荫罩由铁合金板构成，铁合金板包含作为主要成分的铁和合金元素镍，并有多个结构层；

在铁合金板的厚度方向上，合金元素的浓度在所述结构层之间交替地连续变大和变小；和

在铁合金板的板厚度方向上，铁合金板在中间部分的热膨胀值低于各个表面部分的热膨胀值。

(16)在有真空密封外壳的彩色阴极射线管中，包括：屏面，在其内表面上涂敷多种颜色的荧光粉；管颈，它内藏电子枪；和射线管玻壳锥体，它连接屏面和管颈，和荫罩，它安装在屏面内表面上涂敷的荧光粉附近，并有大量彩色选择孔径，其中：

荫罩是由铁合金板构成，铁合金板包含作为主要成分的铁，还包含合金元素，在铁合金板的平面方向上，合金元素的浓度是连续变化的。

鉴于上述的各种结构，可以获得以下的有益效果。

(a)可以减小作为荫罩材料的昂贵合金元素量，例如，钴，镍等，或可以使这种合金元素不是荫罩材料所必需的，因此，与常规的因瓦镍铁合金材料比较，可以实现成本的下降。(b)可以提高形成彩色选择孔径的蚀刻特性。(c)与全部使用因瓦镍铁合金材料制成荫罩的情况比较，可以大大增强荫罩材料的强度(5至10倍)。

此外，(d)由于磁特性的增强，增强了磁屏蔽效应。(e)由于合金元素的复合梯度结构是三层或多层物理结构，可以减小部分的拱凸现象。(f)提高了环境温度的容差。

此外，通过调整由三层或多层形成的多层式结构中各层的厚度，可以抑制孔径区域的部分热形变，或边缘部分的热形变补偿整个荫罩热膨胀产生的拱凸现象，因此，可以提高荫罩结构主体的设计容差，荫罩结构主体包括与屏面内壁啮合的悬挂机构。

此外，作为构成上述荫罩材料的铁合金中合金元素，除了镍以外，还可以使用铬或镍铬等元素。

无须多说，本发明不限于上述的各种结构和以下结合各个实施例描述的各种结构，在不偏离本发明技术概念的条件下，可以设想各种改动。

附图说明

图1是荫罩关键部分的横截面示意图，用于解释本发明第一个实施例的彩色阴极射线管。

图2是在本发明第一个实施例彩色阴极射线管中安装的荫罩结构主体的透视图。

图3是制造复合梯度合金板方法例子的说明图，该合金板构成本发明彩色阴极射线管中使用的荫罩材料。

图4A是本发明第一个实施例的复合梯度合金板中镍浓度与板厚度之间关系的曲线图，而图4B表示复合梯度合金板中镍的分布图。

图5A是本发明第二个实施例的复合梯度合金板中镍浓度与板厚度之间关系的曲线图，而图5B表示复合梯度合金板中镍的分布图。

图6A是本发明第三个实施例的复合梯度合金板中镍浓度与板厚度之间关系的曲线图，而图6B表示复合梯度合金板中镍的分布图。

图7A是按照本发明彩色阴极射线管的荫罩中电子束孔径部分的横截面图，而图7B表示图7A所示复合梯度合金板中镍的分布图。

图8是压力成形之前荫罩的平面示意图，用于解释本发明第四个实施例的彩色阴极射线管。

图9表示构成荫罩的板材料中合金含量浓度的分布图。

图10A-10F是解释制造图1中所示复合梯度合金方法的步骤示意图。

图11是解释静态负荷试验结果的曲线图，用于比较利用添加内应力的本发明复合梯度合金板制成的荫罩强度与使用因瓦镍铁合金材料制成的普通荫罩强度。

图12A-12C是用于解释一种添加内应力到荫罩的方法示意图。

图13A-13C是用于解释另一种添加内应力到荫罩的方法示意图。

图14A是比较例子中使用因瓦镍铁合金材料制成的压力型荫罩孔径部分的示意图，图14B是屏面的图像显示屏幕示意图，和图14C是图14A所示荫罩与图14B所示屏面组合时在前屏面上观察到的图像示意图。

图15A是圆柱面形状荫罩的孔径部分示意图，图15B是仅在水平方向有曲率的平坦前屏面的示意图，和图15C是图15A所示荫罩与图15B所示屏面组合时在前屏面上实际观察到的图像示意图。

图16A是本发明一个实施例中荫罩材料制成的荫罩孔径部分的示意图，图16B是有小曲率内表面和平坦外表面的前屏面的示意图，和图16C是图16A所示荫罩与图16B所示屏面组合时在前屏面上实际观察到的图像示意图。

图17是用于解释本发明一个例子中彩色阴极射线管整体结构的横截面示意图。

图18是用于解释本发明另一个例子中彩色阴极射线管整体结构的横截面示意图。

具体实施方式

以下，关于本发明的几个优选实施例，首先，结合展示各个实施例的附图详细地解释彩色阴极射线管。

图1是荫罩关键部分的横截面示意图，用于解释本发明第一个实施例的彩色阴极射线管，而图2是本发明第一个实施例的彩色阴极射线管中安装的荫罩结构主体的透视图。

关于图2所示的荫罩6，构成荫罩6主要部分的孔径区域AR形成弯曲表面，弯曲表面对应于以下解释的前屏面内表面的曲率，而利用熔接方法使大致沿射线管轴方向弯曲的边缘部分(周围部分)61牢固地固定到荫罩框架7，因此构成荫罩结构主体。荫罩框架7上有悬挂弹簧8，悬挂弹簧8与前屏面周围部分内壁上安装的销钉按照凸凹方式啮合。(以下结合附图17解释这种结构。)

按照本发明的荫罩是由三层或多层铁合金的复合梯度合金板构成，这些合金层中相邻各层的合金元素浓度是不同的，沿着三层或多层的各层边界部分的厚度方向和在边界部分附近，合金元素的浓度是连续变化的。

在这个实施例中，构成荫罩6的荫罩材料基本上是由铁材料或包含铁作为主要成分的铁合金材料，且由包括三层不同结构的单块板体构成，包括：第一结构部分6A，它在荧光屏侧有最小的合金元素含量，构成图1中Z轴(管轴：箭头Z)侧的一个表面；第三结构部分6C，它在电子枪侧有最小的合金元素含量，构成与上述一个表面相对的另一个表面；和第二结构部分6B，它介于第一结构部分6A与第三结构部分6C之间，并有最大的合金元素含量。

从第一结构部分6A到第二结构部分6B，合金元素的含量(以下也称之为浓度)连续地增大；而从第二结构部分6B到第三结构部分6C，合金元素的含量连续地减小。

合金元素的含量在第二结构部分6B的中心部分变成最大。在图1中，虽然设定各层6A，6B，6C的厚度是相等的，但考虑到轮廓尺寸，荫罩的整体厚度，荫罩弯曲表面的平坦度，荫罩悬挂机构的结构等因素，各层的厚度是可以改变的。

此外，关于在第一结构部分6A和第三结构部分6C中包含其他合金元素的荫罩6，该合金元素不同于第二结构部分6B中包含的合金元素，其他合金元素的含量在第一结构部分6A和第三结构部分6C的各自表面部分附近变成最大，而在第二结构部分6B与第一结构部分6A之间边界部分附近以及在第二结构部分6B与第三结构部分6C之间的边界部分附近变成最小。

不管上述各个结构部分中包含的合金元素是否相同或不同，这些各个结构部分在一个方面有相同的构成，它们在沿板体的厚度方向都有浓度梯度。有多层结构的单块板体构成的板体，且其中合金元素的浓度从一个表面侧到另一个表面侧是连续变化的，以下把这种板体也称之为“复合梯度合金板”。此外，第一结构部分6A，第二结构部分6B和第三结构部分6C有不同的合金元素含量比率，可以用相同的方式表示这样的一种板体。

图1表示利用镍元素作为复合梯度合金板中合金元素的情况，镍元素的示意图标识为“x”。此外，沿着复合梯度合金板横截面的两侧部分(荧光屏侧和电子枪侧)与中间部分之间镍含量之差别是用x的密度表示，其中复合梯度合金板构成荫罩6。

换句话说，复合梯度合金板可以是作为有合金区的单块板体，其中合金元素含量是在有第一结构部分6A的第一金属板与有第二结构部分6B的第二金属板之间的中间区域连续变化，以及在有第二结构部分6B的第二金属板与有第三结构部分6C的第三金属板之间的中间区域连续变化。

然而，这种复合梯度合金板不同于常规的所谓复合板材料，复合板材料是由多个不同种类的金属板(或元素含量不同的合金板或不同种类元素的合金板)叠层制成的。复合板材料没有含量梯度，即，图1中所示的所谓合金元素浓度。

此处，第一结构部分6A和第三结构部分6C可以是由纯铁制成，而第二结构部分6B可以是由铁镍合金制成。或者，第二结构部分6B可以是由包含大量镍的金属制成，而第一结构部分6A和第三结构部分6C可以是由包含少量镍的金属制成。

更具体地说，第二结构部分6B可以是由因瓦镍铁合金材料(包含约36％重量镍的镍铁合金)制成，而第一结构部分6A和第三结构部分6C可以是由包含约16％重量镍的不锈钢制成；或者，第二结构部分6B可以是由包含约17％重量镍的不锈钢制成，而第一结构部分6A和第三结构部分6C可以是由包含约16％重量镍的不锈钢制成。

此外，第二结构部分6B可以是由坡莫合金(包含约43％重量镍的镍铁合金)制成。此处，考虑到材料的磁特性或成本，最好是，限制镍含量不超过45％重量比。

这个实施例中的荫罩6是这样制成的，利用蚀刻技术，在这种复合梯度合金板中形成电子束孔径60，电子束孔径60构成彩色选择孔径。此处，虽然在附图中没有画出，形成这些电子束孔径60区域的外部周围(孔径区域)在管轴Z方向上经受弯曲成形操作，因此形成边缘部分。

这些电子束孔径60有圆点形状，它确定荧光屏侧的大直径和电子枪侧的小直径。通过压力成形操作，形成电子束孔径60的荫罩模压成给定的荫罩形状，然后，将其边缘部分熔接到图2所示的荫罩框架，将悬挂弹簧8到荫罩框架制成荫罩结构主体。

在图1所示的实施例中，电子束孔径60的形状是有大致圆形的圆点形状。然而，本发明不限于这种结构。就是说，也可以在以下的情况实现本发明，形成的电子束孔径形状为大致长缝隙形状，缝隙的长轴是在一个方向(一般是垂直偏转方向)，或形成的电子束孔径形状在一个方向(一般是垂直偏转方向)为连续的缝隙形状(点隙形状)。

采用这个实施例中的荫罩，它利用复合梯度合金板作为荫罩材料，并利用这种荫罩组装彩色阴极射线管，可以获得常规技术不可能得到的以下卓越优点。

由于复合梯度合金板不包含诸如钴的昂贵金属元素，或者，由于不包含镍的材料(或有少量镍的材料)可以用在第一结构部分和第三结构部分中，与完全使用因瓦镍铁合金材料制成的常规荫罩比较，从材料成本的观点考虑，可以制造低成本的复合梯度合金板。由于复合梯度合金板不包含钴，可以提高形成电子束孔径时的蚀刻速度，因此可以降低荫罩的制造成本，而常规的梯度合金板中包含钴是为了增强有益的抗腐蚀性能。

由于存在合金元素的浓度比率，例如，复合梯度合金板中包含的镍，因此，第一结构部分，第二结构部分和第三结构部分中的镍有梯度分布，彩色选择孔径(电子束孔径)可以蚀刻成所需的形状。此外，关于这个实施例中的荫罩，与完全使用因瓦镍铁合金材料制成的常规荫罩比较，可以形成有基本均匀横截面形状的电子束孔径。利用有这种结构的荫罩制造彩色阴极射线管，可以抑制荧光屏上的斑点不规则性(斑点)，这种斑点是由于荫罩中形成的电子束孔径形状不规则性造成的。

由于压力成形复合梯度合金板时产生的应力分布是在该合金板内部逐渐变化的，不会有急剧的负荷加到合金板上。因此，与常规的因瓦镍铁合金材料比较，可以增大复合梯度合金板的材料强度(例如，5至10倍)。

由于可以减少总的镍含量，因此就增大磁导率和减小矫顽力，从而可以增强磁特性和增强地磁屏蔽效应。

由于制成薄板的荫罩材料可以大大地增加其强度，就可以减小电子束撞击到荫罩孔径区域产生的部分或整个荫罩的热形变，即，可以减小所谓的拱凸现象。

通过调整各层相互之间的厚度，按照阴极射线管的技术说明，例如，轮廓尺寸，荫罩的罩面平坦度，等等，可以正确地设计部分或整个荫罩热形变导致的拱凸特性。

图3是制造复合梯度合金板方法例子的说明图，该合金板构成这个实施例中彩色阴极射线管中使用的荫罩材料。此处，解释这样一种情况，其中第二结构部分6B是由因瓦镍铁合金材料(包含约36％重量镍的镍铁合金)制成，而第一结构部分6A和第三结构部分6C是由包含约16％重量镍的不锈钢制成。

在图3中，数字6AA和6CA表示包含约16％重量镍的不锈钢熔融材料，该材料构成第一结构物和第三结构物，而数字6BA表示因瓦镍铁合金材料的熔融材料，该材料包含约36％重量镍的镍铁合金并构成第二结构物。作为热薄板条的滚轧辊PR1，PR2和PR3牵引这些结构物，并利用滚轧辊PR4在几个阶段中进行热滚轧，使这些结构物熔合成一个整体。

在这个热滚轧步骤中，合金层分别形成在第一结构物6A和第三结构物6C形成的两层与第二结构物6B形成的一层之间，从而可以制成有浓度梯度的复合梯度合金板，其中从单块板体的一个表面到单块板体的另一个表面的镍含量是逐渐增大或减小的。此后，在几个阶段中利用滚轧辊PR5，使复合梯度合金板经受冷滚轧，以便得到有所需厚度的板材料作为荫罩材料。

图4A和4B表示镍的浓度分布，用于解释图3所示制造步骤中得到的复合梯度合金板的结构，其中图4A表示镍浓度的分布曲线，而图4B表示用于解释图4A中复合梯度合金板的横截面示意图。这些附图表示这样一种状态，其中镍含量是逐渐和连续变化的，在类似于图1中的横截面上，镍含量从一个表面侧到另一个表面侧是逐渐地增大，随后逐渐地减小。此处，按照与图1中所示状态的相同方式，镍元素的浓度表示为图4B中的“x”密度。

如图4A和4B所示，复合梯度合金板中一个表面A侧和另一个表面C侧的镍含量是16％重量比，它正好是包含约16％重量镍的不锈钢中镍含量，而复合梯度合金板中一个表面A侧与另一个表面C侧之间B部分的镍含量是36％重量比，它正好是因瓦镍铁合金材料中的镍含量。

此外，从表面A侧到中心B部分和从另一个表面C侧到中心B部分，镍含量分别是从16％重量比逐渐增大到36％重量比。图4A中所示镍浓度的分布曲线形状是变化的，它取决于进行热滚轧或冷滚轧时处理材料的厚度，温度，滚轧速度，和其他条件。

按照这个实施例，它利用有这种结构的复合梯度合金板制成荫罩，提高了制造荫罩时的蚀刻特性。此外，与全部使用因瓦镍铁合金材料制成的荫罩比较，可以大大提高荫罩的强度。此外，由于磁特性的增强，可以增强磁屏蔽效应。此外，由于物理结构是三层的合金板，可以减小部分或整个荫罩热形变产生的拱凸现象，所以，可以提高设计荫罩的环境温度容差。

图5A和5B表示镍的浓度分布，用于解释本发明第二个实施例的复合梯度合金板的结构，其中图5A表示镍浓度的分布曲线，而图5B表示用于解释图5A的复合梯度合金板的横截面示意图。利用类似于图3中所示的步骤，也可以制造这种复合梯度合金板。

在这个实施例中，如图5A所示，复合梯度合金板中一个表面A侧和另一个表面C侧的镍含量是36％重量比，它正好是因瓦镍铁合金材料中的镍含量；而复合梯度合金板中一个表面A侧一层与另一个表面C侧一层之间B部分的镍含量约为0％重量比。

此外，从一个表面A侧一层到中心B部分一层和从另一个表面C侧一层到中心B部分一层，镍含量分别是从36％重量比逐渐减小到约0％重量比。通过改变进行热滚轧或冷滚轧时处理材料的厚度，温度，滚轧速度，和其他条件，可以调整图5A所示镍浓度的分布曲线形状。

此外，在这个实施例中，中心B部分一层包含不是镍元素的其他金属或合金元素。当包含钛或钛合金元素作为这个不同种类的元素时，由于该元素在重量上相对地较轻，并具有高强度和卓越的抗腐蚀性能，这种元素作为荫罩材料是较好的。

这个实施例也具有与第一个实施例相同的有益效果。

图6A和6B表示镍的浓度分布，用于解释本发明第三个实施例的复合梯度合金板的结构，其中图6A表示镍浓度的分布曲线，而图6B表示用于解释图6A的复合梯度合金板的横截面示意图。利用类似于图3中所示的步骤，也可以制造这种复合梯度合金板。这个实施例提供有四层结构的复合梯度合金板，这四层结构有不同的合金元素含量。

如图6B所示，从一个表面A侧经中心部分B到另一个表面C侧，复合梯度合金板包括：镍浓度是逐渐增大的部分6A，镍浓度是逐渐减小的部分6B，镍浓度是逐渐增大的部分6C，和镍浓度是逐渐减小的部分6D。在部分6A和部分6C中，镍浓度是从16％重量比增大到36％重量比；而在部分6B和部分6D中，镍浓度是从36％重量比减小到16％重量比。作为另一个例子，复合梯度合金板可以配置成这样，在部分6A和部分6C中，镍浓度是减小的；而在部分6B和部分6D中，镍浓度是增大的。

这个实施例也具有与第一个实施例相同的有益效果。

作为原材料(基底材料)的上述三层复合梯度合金材料的特征是，复合梯度合金材料有高强度，在利用压力成形操作把该材料制成弯曲形状用于荫罩时，就产生内应力。因此，可以给出超过荫罩基底材料强度的强度。利用本发明的荫罩基底材料，可以实现球面或非球面的荫罩前弯曲表面，该弯曲表面在荫罩孔径区域的X方向和Y方向有很大的曲率半径。所以，可以设计和制造光学平坦的理想平面管，其中通常把这种理想的平面管考虑成这样一个范围，所谓的张力荫罩型彩色阴极射线管是不能实现的，它是在加张力到荫罩上时安装这个荫罩。

图7A和7B表示按照本发明彩色阴极射线管的荫罩横截面结构的示意图，其中图7A是放大的电子束孔径部分的横截面图。在这个附图中，部分6A和6C表示低镍浓度部分，而部分6B表示高镍浓度部分。部分6A和部分6C具有高的热膨胀特性，而部分6C具有低的热膨胀特性。具有最大镍浓度的部分是在板材料厚度方向的中心部分(P-P表示板材料的中心线)。

这些电子束孔径60是利用湿法蚀刻制成的，其中每个电子束孔径60在箭头Z指出的荧光屏侧有大直径的开孔60A，和在电子枪侧有小直径的开孔60B。在此附图中，在大直径开孔60A末端边缘与孔口之间确定的区域A1和区域A2，在厚度方向上出现相对于低浓度镍层体积平衡的非对称性。另一方面，在没有形成电子束孔径60的区域B1和区域B2，这些区域获得低浓度镍层的体积平衡。

按照这种方式，在板的厚度方向(附图中的上部分和下部分)，在荫罩6两侧部分有大致相同的热膨胀特性并获得体积平衡的各层部分中，不产生热应力导致的形变。然而，在诸如电子束孔径60部分的各个部分中，其中各层的体积平衡是非对称的，产生热应力导致的形变。从整个荫罩考虑，在孔径区域形成不少于300,000个电子束孔径。

所以，对应于输入到荫罩的热能，荫罩出现有选择的部分位移。此外，位移量对应于集合每个电子束孔径在输入热能的范围内产生的热应力能量。由于以上的情况，从横截面形状效应和荫罩电子束孔径应力集合效应得到的热应力位移机构称之为“群集效应”。

此处，从群集效应得到的拱凸校正机构是这样一种机构，它能够进行窗口显示图形的拱凸现象校正。在常规的技术中，没有办法校正诸如窗口显示图形的部分拱凸现象。

此处，结合图7解释从群集效应得到的拱凸现象校正机构。在不形成电子束孔径60的区域B1和区域B2，有高热膨胀特性的部分6A和6C在荫罩6的板厚度方向上与板厚度方向上中心处安排的低热膨胀特性的部分6B平衡。所以，因荫罩6温度升高的热膨胀方向安排在荫罩6的平面方向。

另一方面，在形成电子束孔径60的区域A1和区域A2，具有高热膨胀特性的部分6A和部分6C在荫罩6的板厚度方向上并不平衡。就是说，部分6A的体积小于部分6C的体积。所以，关于这些区域A1和区域A2，如图7B所示，这些区域相当于双金属结构，其中，从整体上看，大直径60A侧(荧光屏侧)具有展示低热膨胀特性的部分6B，而小直径60B侧(电子枪侧)具有展示高热膨胀特性的部分6C。

主要考虑这个双金属相当模型中的热行为，荫罩6的情况是，当温度升高时，荫罩6在离开荧光屏的方向上发生位移。这个位移方向是抵消因常规荫罩温度升高导致热膨胀朝向荧光屏的方向，即，抑制拱凸现象的方向。特别是，在0摄氏度至400摄氏度的环境下，若假设上述部分6B的热膨胀系数不大于部分6A和部分6C热膨胀系数的50％，则可以有效地抑制拱凸现象。

此外，由于这种机构利用荫罩横截面结构(电子束孔径形状)产生的应力，该机构还可以有效地对付窗口图形显示时可能发生的局部拱凸现象。

在形成电子束孔径60之前的制造荫罩步骤中，由于按照这个实施例的复合梯度合金板仅由不形成电子束孔径60的区域B1和B2构成，不可能发生诸如上述双金属相当模型的热行为。所以，在加热步骤，例如，形成荫罩薄膜图形的步骤和蚀刻步骤，不可能发生合金板扭曲形变的情况。

按照这种方式，利用这样结构的复合梯度合金板，其中心部分在板厚度方向上有第一热膨胀特性，在把中心部分夹在中间时，两侧部分在板厚度方向上有第二热膨胀特性，使形成电子束孔径的蚀刻特性保持稳定，因此，可以容易地制造荫罩原始板。特别是，在0摄氏度至400摄氏度的环境下，当有第二热膨胀特性的两侧部分中的一个部分与另一个部分之间的热膨胀系数差不大于20％时，可以提高荫罩原始板的制造效率因子。

按照这个实施例，当荫罩温度上升时，在校正(补偿)部分或整体热形变造成拱凸现象的方向上，形成电子束孔径60的部分发生形变，因此，可以抑制彩色模糊现象的产生。

于是，当这个实施例的复合梯度合金板用作荫罩材料时，可以容易地制成有小曲率半径的荫罩，因此，可以制成这样的荫罩，它有对应于前屏面内表面曲率的小曲率，它更接近于平坦的荫罩。

关于上述合金元素制成的单块板体的区域，合金元素的浓度梯度是从单块板体的一个表面指向另一个表面，最好是，在整个荫罩上形成这样的区域。然而，对应于彩色阴极射线管的使用，可以部分地形成这个区域。例如，对应于抵抗外力的荫罩机械特性和抵抗电子束撞击的荫罩热特性，从包括孔径区域AR，周围部分61(边缘部分)和围绕孔径区域AR的外边缘部分(非孔径部分)的一组中选择荫罩6，可以制成上述合金元素的浓度梯度区。

图8表示压力成形之前荫罩的平面示意图，用于解释本发明第四个实施例的彩色阴极射线管。此外，图9表示构成荫罩的板材料中合金含量的浓度分布图。荫罩6包括形成电子束孔径60的孔径区域AR之外的边缘部分61.在此附图中，x表示水平方向，y表示垂直方向，而r表示对角线方向。

在这个实施例中，我们假设利用三层的复合梯度合金板，其制成方法与以上结合图1所解释的复合梯度合金板制成方法基本相同，至少在图8中x方向，y方向和r方向中的一个方向上，孔径区域AR和边缘部分61中的镍浓度设置成具有图9中所示的分布特性“a”或“b”。

关于成形之后的荫罩，在安装或拆卸时的制造过程中加到屏面的部分机械形变，由于窗口显示图形造成的部分热形变，和在彩色阴极射线管工作期间整个屏幕显示造成的总热形变是各不相同的，取决于荫罩弯曲表面的平坦度。采用有层结构的复合梯度合金板，它类似于图9中所示镍含量分布特性“a”和“b”，因此，合金板在该合金板的平面方向上有浓度梯度，利用边缘部分61的热形变，就可以补偿孔径区域AR的部分或整个热形变导致的拱凸现象。

荫罩6基底材料的轮廓和压力成形之后荫罩6的轮廓基本上与常规荫罩的轮廓相同。这意味着常规荫罩的制造设备可以直接使用而无需重新改装。在这种方式下，按照本发明，可以完成彩色阴极射线管的设计，它能够获得常规技术因荫罩强度不可能获得的区域平坦性。

以下，解释按照本发明制造复合梯度合金的方法和利用复合梯度合金制成彩色阴极射线管荫罩的方法。

图10是解释图1所示复合梯度合金的制造方法的步骤示意图，其中展示使内应力残留在复合梯度合金基底材料中的机构。在图10中，(a)至(f)表示步骤的顺序。

复合梯度合金的基底材料包括多个结构层，沿着铁合金板的厚度方向，在连续改变铁中包含合金元素的铁合金板中合金元素浓度的同时制成结构层薄板。此处，考虑有三个结构层的复合梯度合金作为例子，并解释使内应力残留在三个层结构的复合梯度合金基底材料中的方法，这三层结构中的一个表面层和另一个表面层有大致相同的高热膨胀系数，而中间层有低的热膨胀系数。此处，在考虑荫罩时，这个附图中的参考数字与图1中的参考数字相同。

步骤a

利用热滚轧方法使合金元素含量浓度各不相同的三种熔融材料熔合，以便制成复合梯度合金板(对应于荫罩的原始板)的基底材料6，它包括有不同热膨胀系数的多个结构层，这是通过连续改变合金元素的浓度得到的。此处，一个表面层6A和另一个表面层6C形成有大致相同合金浓度和高热膨胀系数的结构层，而中间层6B包含的合金元素浓度高于上述两层的合金元素浓度，且具有低的热膨胀系数。在深度方向(6A ←→6B，6C←→6B)上，各个结构层边界区域中的合金浓度是连续变化的。此处，镍Ni用作合金元素。复合梯度合金板的基底材料经受图3所示的冷滚轧处理，此后，冷却到或放置在正常的温度下。

步骤b

加热复合梯度合金板的基底材料6，使温度从正常温度升高到约600摄氏度(或更高)。在图10(b)中，箭头A表示一个表面层6A和另一个表面层6C的热膨胀方向，箭头B表示中间层6B的热膨胀方向，每个箭头的幅度表示因热膨胀产生的位移量。如这个附图所示，一个表面层6A和另一个表面层6C的位移量大于中间层6B的位移量。

步骤c

在上述多个结构层中，高热膨胀结构层6A，6C的温度升高到这样的温度，在此温度下，结构层6A，6C的位移量等于或大于低热膨胀结构层6B的弹性极限。在这个附图中，箭头C表示这样的状态，在这个状态下，结构层6B被高热膨胀结构层6A，6C所牵引，其位移量超过弹性极限。由于高热膨胀结构层6A，6C与低热膨胀结构层6B之间形成的边界区域是由合金相构成的，各个边界不会出现机械分离的情况。

步骤d

在保持升高的温度到峰值温度的同时，衰减低热膨胀结构层6B的内应力。就是说，在这个加热的峰值温度下，图10(d)所示热膨胀的位移量超过弹性极限的结构层6B展示的热膨胀相当于此后单个金属层的热膨胀。箭头D表示热膨胀引起的位移。

步骤e

温度从峰值温度回到正常温度。在此过程中，高热膨胀的结构层6A，6C收缩，如附图中的箭头E所示。此处，低热膨胀的结构层6B作为单个金属也收缩以响应其热膨胀系数。箭头F表示低热膨胀结构层6B的位移。

步骤f

此后，复合梯度合金板的基底材料6冷却到或放置在正常温度下。因此，图10(f)中箭头G所示的拉伸应力残留在高热膨胀的结构层6A，6C中，而在低热膨胀结构层6B中产生箭头H表示的压缩应力。这些应力作为内应力残留在复合梯度合金板的基底材料6中，因此，产生有高强度的板材料(添加内应力的复合梯度合金板)。

此处，板材料可以这样配置，其中一个表面层和另一个表面层是由低膨胀层构成，而中间层是由高膨胀层构成。按照与上述板材料相同的方式，可以解释使内应力残留在板材料中的机构。

此外，在复合梯度合金板基底材料6的平面方向上，使多个结构层的热膨胀系数各不相同，或者，使一个表面层的平面方向上热膨胀系数基本上等于另一个表面层的平面方向上热膨胀系数，也可以在复合梯度合金板基底材料6的内部产生内应力。

图11是解释静态负荷试验结果的曲线图，这个试验是对按照本发明利用添加内应力的复合梯度合金板模压制成的荫罩强度与常规因瓦镍铁合金材料的强度进行比较。在这个附图中，曲线A表示按照本发明利用添加内应力的复合梯度合金板制成的荫罩特性，而曲线B表示利用常规因瓦镍铁合金材料制成的荫罩特性。

在静态负荷试验中，荫罩的四边保持水平，在荫罩中心部分加上垂直负荷时测量产生的位移量。根据测量结果，我们发现，与使用因瓦镍铁合金材料制成的常规荫罩比较，按照本发明利用添加内应力的复合梯度合金板制成的荫罩大致减10％的位移量。当利用复合梯度合金板制成荫罩时，作为使内应力残留在荫罩内部的方法，我们考虑以下的方法。

图12是用于解释添加内应力到荫罩中的一种方法示意图。按照如下的步骤完成这种方法。(a)首先，结合图10解释的热处理操作加到制作荫罩的复合梯度合金板的基底材料6，以便使内应力残留在复合梯度合金板的基底材料6中。利用光刻方法，在复合梯度合金板的基底材料6中形成圆点状，缝隙状或点隙状的电子束孔径。利用压力加工方法制成压力型荫罩。(b)然后，复合梯度合金板的基底材料6，即，荫罩6，固定到给定的框架7上，因此制成荫罩结构主体5。(c)此后，荫罩结构主体5转移到随后的彩色阴极射线管制造过程。

图13是用于解释添加内应力到荫罩中的另一种方法的示意图。按照如下的步骤完成这种方法。(a)首先，不加结合图10解释的热处理操作到制作荫罩的复合梯度合金板的基底材料6，准备没有内应力的合梯度合金板的基底材料6。利用光刻方法，在复合梯度合金板的基底材料6中形成圆点状，缝隙状或点隙状的电子束孔径。利用压力加工方法制成压力型荫罩。(b)然后，复合梯度合金板的基底材料6，即，荫罩6，固定到给定的框架7上，因此制成荫罩结构主体5。(c)此后，荫罩结构主体5转移到随后的彩色阴极射线管制造过程。这种随后的彩色阴极射线管制造过程包括各种类型的加热步骤。在这些加热步骤中，有一个从正常温度升高到600摄氏度或更高温度的步骤。在这个加热步骤中，添加结合图10所解释的内应力。

不管采用哪种方法，提高了荫罩的强度，荫罩是构成彩色阴极射线管成品的一部分，因此，可以抑制由于外部冲击或工作时热环境可能产生的拱凸现象等。

本发明的彩色选择电极结构比现有技术的彩色选择电极结构轻。特别是，本发明可以减轻张力型彩色选择电极结构的框架重量。

现在解释使用各种平坦荫罩的彩色阴极射线管的显示特性。

图14A至图14C是作为本发明比较例子使用因瓦镍铁合金材料制成荫罩的图像示意图，这是当荫罩组装到有大曲率内表面的平坦前屏面时在平坦前屏面上实际观察到的图像。就是说，图14A是作为本发明比较例子使用因瓦镍铁合金材料制成荫罩的示意图，图14B是有大曲率内表面的平坦前屏面的示意图，和图14C是当荫罩组装到前屏面时在前屏面上实际观察到荫罩的图像示意图。

关于所谓张力型荫罩制成的彩色阴极射线管，使荫罩(有点线状电子束孔径和缝隙状电子束孔径的彩色选择电极)在加张力方向上有曲率是很困难的，因此，屏面内表面的曲率半径在加张力方向上变成无限大。

以下，说明一个具体数值的例子。图14A表示压力成形制成的荫罩孔径区域，其形状是，在水平(沿长轴)方向上的曲率半径Rx为1600mm，而在垂直(沿短轴)方向上的曲率半径Ry为1300mm。图14B表示前屏面的有效屏幕区，它有大致平坦的外表面和大曲率的内表面。关于这个有效屏幕区，管轴方向上对角部分的厚度Tr设置成远远大于管轴方向上中心部分的厚度Tc(Tr＞＞Tc)。

在此情况下，假设屏面有效屏幕的角(对角线方向的末端)与中心之间的壁厚度差(Tr-Tc)为对角楔量Wr，楔量Wr与前屏面中心处的壁厚度Tc之比率Wr/Tc设置成不小于1.2。关于压力成形的荫罩，如图14C所示，荫罩似乎是这样的，当荫罩上的位置从屏面中心向屏面周围移动时，屏幕的凹进就越大。于是，相对于观察方向，屏幕的中心是凸出的，因此，观察到有一些平坦感觉的图像。

图15A至图15C是荫罩的图像示意图，这是当圆柱状的荫罩组装到仅在水平方向上有曲率的前屏面时在前屏面上实际观察到的荫罩图像。就是说，图15A是形成圆柱面状的荫罩示意图，图15B是仅在屏面内表面的水平方向上有曲率的平坦前屏面的示意图，和图15C是当荫罩组装到前屏面时在前屏面上实际观察到荫罩的图像示意图。

以下，说明一个具体数值的例子。图15A表示荫罩的孔径区域(所谓的点线状彩色选择电极)，其形状是，在水平(沿长轴)方向上的平均曲率半径Rx为2000mm，而在垂直(沿短轴)方向上的曲率半径Ry为无限大(∞)。图15B表示有大致平坦外表面和仅在水平方向有曲率的前屏面有效屏幕区。关于这个有效屏幕区，管轴方向上对角部分的厚度Tr设置成远远大于管轴方向上中心部分的厚度Tc(Tr＞＞Tc)。在此情况下，对角线方向上的楔量Wr与前屏面中心处的壁厚度Tc之比率Wr/Tc设置成不小于1.0。

圆柱面状的荫罩构成所谓的张力型荫罩，如图15A所示，张力是沿垂直方向加上的。使荫罩在加张力方向上有曲率是很困难的。因此，相对于荫罩的加张力方向，前屏面的内表面有近似无限大的曲率半径。就是说，前屏面的内表面在垂直方向基本上是直线。所以，由于构成前屏面的玻璃材料折射，如图15C所示，观察到的前屏面的中心部分在垂直方向上呈凹形曲面。

图16A至图16C是本发明这个实施例中荫罩材料制成荫罩的图像示意图，这是当荫罩组装到有小曲率内表面的平坦前屏面时在前屏面上实际观察到的图像。就是说，图16A是这个实施例中荫罩材料制成的荫罩示意图，图16B是有小曲率内表面的平坦前屏面的示意图，和图16C是当荫罩组装到前屏面时在前屏面上实际观察到荫罩的图像示意图。

以下，说明一个具体数值的例子。图16A表示压力成形的荫罩孔径区域，其形状是，在水平(沿长轴)方向上的平均曲率半径Rx为5000mm，而在垂直(沿短轴)方向上的平均曲率半径Ry为4000mm。图16B表示有大致平坦外表面和曲率小于图14B所示曲率的内表面的前屏面有效屏幕区。关于这个有效屏幕区，管轴方向上对角部分的厚度Tr设置成略微大于管轴方向上中心部分的厚度Tc(Tr＞Tc)。

利用这个实施例中的结构，第一次可以实现设计满足使荫罩外观是光学平坦的阴极射线管。就是说，这个实施例的荫罩展示大的物理强度，且荫罩材料有双金属作用，因此，荫罩本身具有拱凸校正功能。所以，利用压力，可以使荫罩制成基本平坦的形状，其中水平(沿长轴)方向上的平均曲率半径Rx和垂直(沿短轴)方向上的平均曲率半径Ry分别设置成不小于3000mm。

所以，可以减小图16B所示前屏面的对角部分厚度Tr与中心部分厚度Tc之差值(角楔量Wr)，因此，对角部分厚度Tr的光学距离LrTr和中心部分厚度Tc的光学距离LrTc变成基本相等。所以，如图16C所示，观察到的图像也变成基本平坦。在此情况下，角楔量Wr与屏面中心部分壁厚度Tc之比率Wr/Tc设置成不大于0.8。

此外，由于可以减小前屏面周围部分的厚度，图像可以容易地获得高亮度，因此，可以提高整个屏幕亮度的均匀性。此外，当这个实施例的荫罩材料应用于图15A所示的张力型荫罩时，可以形成这样的弯曲表面，水平方向上的曲率半径增大，因此，水平方向上前屏面内表面的曲率半径也可以增大。所以，按照与图16B所示结构的相同方式，可以减小前屏面周围部分的厚度，因此，可以提高显示屏幕的亮度特性。

此外，关于图15A所示的张力型荫罩，由于彩色选择孔径形成沿一个方向连续延伸的点线状，可能出现这样一种情况，连接点线状彩色选择孔径的点线状栅格因撞击等原因而振动。所以，为了避免这种振动，在张力型荫罩弯曲表面的外部沿长轴(X轴)方向安装细线。然而，按照本发明的复合梯度合金材料应用于张力型荫罩，由于复合梯度合金材料的材料强度远远超过常规因瓦镍铁合金材料的强度，就不需要特别安装细线以防止振动。

如上所述，可以使压力型荫罩变成基本平坦，因此，可以进行使前屏面内表面也是基本平坦的合适设计。所以，可以减小图14B所示屏面中心部分与周围部分之间壁厚度差引起来自屏面内表面的反射光，而不需要诸如内表面过滤薄膜等的防反射装置。此外，由于使屏面的内表面基本平坦，因此前屏面的周围部分可以做得很薄，就可以使屏面的重量很轻，并可以减小彩色阴极射线管的制造成本。

此外，也是关于利用所谓张力型荫罩的彩色阴极射线管，其中张力是沿一个方向(一般是垂直方向)加到荫罩上，可以增大与应用本发明的前屏面一个方向垂直的方向(一般是水平方向)上的内表面曲率半径，因此，该屏面周围部分的壁厚度可以做得很薄，从而可以抑制来自屏面内表面的反射光，就可以使屏面的重量很轻，并可以减小彩色阴极射线管的制造成本。

此外，通过设置图16A中所示这个实施例中压力型荫罩沿短轴(Y轴)的平均半径Ry不小于10000mm，代替张力型荫罩，这个实施例的压力型荫罩可应用于这样的前屏面，该前屏面有图15B所示圆柱表面形状的内表面，并增大其内表面沿长轴(X轴)的曲率半径。

此外，这个实施例的荫罩材料是由复合梯度合金板制成的。通过调整诸如热膨胀系数，硬度，荫罩一侧和另一侧的弹性模量，就能进行这样的设计，它可以适当校正荫罩弯曲表面的部分拱凸，例如，由于窗口图形显示引起的局部热形变。

利用荫罩上安装的悬挂弹簧，常规荫罩结构主体已完成由于电子束撞击引起荫罩弯曲表面拱凸和环境温度升高引起荫罩框架热膨胀的校正。在这个实施例中，由于荫罩的边缘部分也采用三层或多层的多层式结构，荫罩结构主体本身可以完成上述热形变等的校正。

所以，只要相对于荫罩框架热膨胀的校正具体设计悬挂弹簧就足够了，因此，可以提高整个荫罩结构主体的设计容差。所以，可以提供这样一种有高亮度和高分辨率的彩色阴极射线管，它还可以工作在常规方法不可能进行拱凸校正的高电流区。

虽然这个实施例的解释是相对于这样一种情况，其中利用铁作为基底材料和包含镍作为合金元素的镍铁合金材料用于复合梯度合金板，但是复合梯度合金板不限于这种合金材料。就是说，利用包含铬或镍和铬的铁合金材料，例如，各种不锈钢，包含硅或其他合金元素的铁合金，按照相同的方式可以完成这个实施例。

此外，在上述实施例中，相同合金元素(例如，镍)的含量是随各层而变化。然而，本发明不限于这种结构。就是说，复合梯度合金板可以是这样的结构，在各层中使用不同的合金元素，其中各层合金元素的含量可以是从板体的一个表面到板体的另一个表面逐渐地减小，或者，各层合金元素的含量是从板体的一个表面到板体的另一个表面逐渐地增大。

图17是用于解释本发明一个例子中彩色阴极射线管整体结构的横截面示意图。这个彩色阴极射线管包含真空密封外壳，包括：屏面(前屏面)1，在其内表面上涂敷多种颜色的荧光粉；管颈2，它内藏电子枪11；和射线管玻壳锥体3，它有近似的漏斗形状并连接屏面1和管颈2。

三色荧光粉4涂敷到屏面1的内表面上，有大量彩色选择孔径的荫罩6安装在荧光粉4的附近。数字5表示荫罩结构主体。构成荫罩结构主体的荫罩6包含大量电子束孔径，这些电子束孔径是通过蚀刻复合梯度合金板形成的，并利用熔接方法使荫罩6牢固地固定到荫罩框架7。

荫罩6是在水平方向上和在垂直方向上有大曲率半径的曲面。我们假设一个轴是Z轴(管轴)，它垂直于荫罩6的近似矩形孔径区域的短轴(Y轴：此附图中的箭头Y方向)，并穿过孔径区域的中心Om，在荫罩6孔径区域中一个任意点(x，y)处，孔径区域的中心Om沿Z轴方向的下落量是Zm，则可以利用以下的公式大致定义荫罩6曲面形状。

Zm＝A1x²+A2x⁴+A3y²+A4y⁴+A5x²y²+A6x²y⁴+A7x⁴y²+A8x⁴y⁴

(A1至A8是系数)

然后，通过确定该公式中的系数A1至A8，可以得到所需的曲面形状。虽然考虑荫罩6作为一个例子定义上述的曲面形状，但是也可以按照相同的方式确定屏面1的有效屏幕区的曲面形状。

在许多情况下，上述定义公式表示的曲面形状是一个非球面形状，因此，其曲率半径随曲面上的任意位置而不同。所以，我们假设这个曲率是图16中描述的平均曲率半径，则利用以下的公式可以定义荫罩的曲率(曲率半径)。

Ry＝(Zv²+V²)/2Zv

其中Ry表示沿孔径区域短轴(Y轴)的平均曲率半径(mm)，V表示在垂直于Z轴方向上从孔径区域的中心Om到沿Y轴的末端部分的距离(mm)，和Zv表示在Z轴方向上孔径区域的中心Om与沿Y轴的末端部分之间的下落量(mm)。作为一个例子。虽然上述的平均曲率半径是沿荫罩孔径区域的短轴(Y轴)方向定义的，但是平均曲率半径可以按照相同的方法沿长轴(X轴)或沿对角线轴的方向定义。此外，关于屏面1的有效屏幕区，可以按照相同的方法定义平均曲率半径。

磁屏蔽10是牢固地固定到荫罩框架7的电子枪侧，而荫罩6是悬挂的并利用销钉9夹住，销钉9借助于悬挂弹簧8按照凸凹方式安装到屏面1的边缘部分内壁上。偏转线圈13是从外部安装到射线管玻壳锥体3的管颈侧，并在水平方向和垂直方向(此附图中的箭头Y方向)上偏转电子枪11射出的三个电子束B，以便形成图像到荧光屏4上。在此附图中，数字12表示用于纯度校正，聚焦校正等的磁校正装置，而数字14表示防爆带。

利用有这种结构的彩色阴极射线管，可以得到高亮度和高分辨率的彩色图像显示，它可以抑制荫罩弯曲表面拱凸现象造成的彩色模糊。

图18是用于解释本发明另一个实施例中彩色阴极射线管整体结构的横截面示意图。在此附图中，与图17中所用数字相同的数字对应于相同的功能部件。这个彩色阴极射线管包含真空密封外壳，包括：有内表面的屏面1，在其上面涂敷多种颜色的荧光粉；管颈2，它内藏电子枪11；和射线管玻壳锥体3，它有近似的漏斗形状并连接屏面1和管颈2。然而，在这个实施例中，屏面1的内表面在水平方向上有大的曲率半径，而在垂直方向上(此附图中的箭头Y方向)有无限大的曲率半径。

荫罩6构成彩色阴极射线管中安装的彩色选择电极，它在水平方向上有很大的曲率半径，而在垂直方向上有远远大于水平方向上曲率半径的曲率半径，即，无限大的曲率半径。在受到张力的同时，荫罩6牢固地固定到荫罩框架7。然而，荫罩6可以在这样的状态下牢固地固定到荫罩框架7，荫罩6在不受张力的情况下保持其原来的形状。

即使荫罩6是在不受张力的情况下保持其原来形状的状态下牢固地固定到荫罩框架7，利用荫罩的热形变补偿功能，可以校正部分或整个热形变导致的拱凸现象，并可以减小彩色模糊等现象，从而可以获得高亮度和高分辨率的彩色图像显示。

此外，按照本发明残留内应力的复合梯度合金板的应用不限于上述彩色阴极射线管的荫罩。就是说，按照本发明的复合梯度合金板可以应用于通过压力加工制成的其他电子设备中各种类型部件。特别是，按照本发明的复合梯度合金板应用于经过压力加工制成的部件，这些部件就可以具有抗形变和抗热形变的优良性能。此外，按照本发明复合梯度合金板的应用不限于上述的电子部件。就是说，这种复合梯度合金板可以应用于有强度要求的结构中，例如，包括汽车和电气火车的各种车辆，船舶甲板，桥梁，包括各种隧道内部的结构等，以便使这些结构具有抗形变和抗热形变的优良性能。

如以上所解释的，按照本发明的典型结构，构成彩色选择电极的荫罩材料不包含昂贵的金属元素，例如，钴等元素，或者，其含量设置成最少的量。此外，在一个表面侧可以采用不包含镍的材料。所以，与常规的因瓦镍铁合金材料比较，可以降低材料成本，可以提高形成电子束孔径的蚀刻性质，和由于复合梯度合金板中合金区的比率，电子束孔径可以蚀刻成正确的形状，因此，可以制成有均匀横截面形状的电子束孔径。

此外，由于可以减少总体的镍含量，增强了磁特性，增强了地磁的屏蔽效应，大大增强了荫罩材料制成薄板的强度，所以，可以减少部分或整体热形变造成拱凸现象的发生，从而在有薄前屏面的同时，可以提供高亮度和高分辨率的彩色阴极射线管。

此外，按照本发明的复合梯度合金板应用于有强度要求的结构，例如，电子部件，包括汽车和电气火车的各种车辆，船舶甲板，桥梁，包括各种隧道内部的结构等，可以提供能够抑制形变和热形变的金属板材料。

Claims

1.一种包括多层的合金板，其中

该合金板为在铁中包含合金元素镍的复合梯度铁合金板，

该复合梯度铁合金板具有多个结构层，在铁合金板的厚度方向，铁合金板中的合金元素镍的浓度在所述各结构层之间交替地连续变大和变小；

使内应力残留在复合梯度合金板中，使得在该多个结构层的过渡区域，沿复合梯度合金板平面方向残留的拉伸应力和压缩应力指向相反的方向。

2.按照权利要求1的合金板，其中多个结构层是由三层构成，包括：一个表面层，另一个表面层和一个中间层，中间层位于所述一个表面层与另一个表面层之间。

3.按照权利要求2的合金板，其中拉伸应力残留在所述一个表面层和另一个表面层，而压缩应力残留在一个中间层。

4.按照权利要求2的合金板，其中压缩应力残留在所述一个表面层和另一个表面层，而拉伸应力残留在所述一个中间层。

5.一种制造具有多个结构层的、在铁中包含合金元素镍的复合梯度铁合金板的方法，在沿着铁合金板的厚度方向连续改变铁合金板中合金元素镍的浓度的同时迭制该多个结构层，使得所述浓度在所述厚度方向上在所述多个结构层之间交替地连续变大和变小，该方法包括以下步骤：

从而使内应力残留在复合梯度合金板的基底材料中。

6.一种包含真空密封外壳的彩色阴极射线管，包括：具有多种颜色荧光粉材料的屏面，荧光粉材料加到其内表面上；管颈，它内藏电子枪；和连接屏面和管颈的射线管玻壳锥体，彩色阴极射线管还包括：荫罩，它放置在屏面内表面上所加的荧光粉材料附近，并有大量彩色选择开孔，其中：

7.按照权利要求6的彩色阴极射线管，其中铁合金板是由三层构成。

8.按照权利要求6的彩色阴极射线管，其中平面方向上的浓度从荫罩的开孔区域的中心向着周围边缘部分连续变大。