CN1249773C - 电子枪用阴极的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种电子枪用阴极的制造方法，包括以下步骤：(a)形成包括镍且至少含有一种还原性元素的基底金属；(b)对上述基底金属的上表面进行微粒子化和热处理来形成上部金属层；(c)在该上部金属层的上表面形成电子发射物质层，该电子发射物质层包含至少含有钡的碱土金属氧化物；上述步骤(b)包括以下步骤：通过研磨上述基底金属的上表面，在氢气介质里，700～1200℃范围内进行热处理，来形成上述上部金属层。

Description

电子枪用阴极的制造方法
本发明是涉及一种电子枪用阴极的制造方法，该电子枪用阴极用于阴极射线管，特别是涉及通过确保有助于游离钡原子生成的还原性元素的扩散路径，并防止游离钡原子的损失，而能实现在高电流密度下长寿命的电子枪用阴极的。
阴极射线管是一种装置，它是使电子枪射出的电子经高电压加速，使其落在屏幕的荧光体上，通过激励荧光体发光来具体实现图象。
这种用于阴极射线管射出电子的电子枪用阴极的一般构造，如图5所示。在图中套管2的内部设置了电热丝4，它的上部设置了以镍(Ni)为主成分并含有微量硅(Si)和镁(Mg)等还原性元素的帽状基底金属6，在其表面形成了以至少含有钡的碱土金属氧化物为主成分的电子发射物质层8。
这样形成的氧化物阴极，将电热丝发出的热作为能源使金属氧化物和还原性元素进行反应，同时利用生成的游离钡原子，使其射出热电子。上述电子枪用阴极的电子发射能力是由存在于金属氧化物中的游离钡原子的供给量来决定的。
但是最近，阴极射线管呈高辉度化和长寿命化趋势，从而有必要开发能够在高电流密度下长期提供游离钡原子的阴极。
在韩国公开公报第96-15634号中展示了一种阴极，在含有碱土金属氧化物的电子发射物质层里同时含有La化合物和Mg化合物，或进一步含有La-Mg复合化合物来抑制游离钡原子的蒸发消耗。
但是，上述从前的阴极，如图6详细所示，在基底金属6和电子发射物质层8的界面生成了反应生成物的中间层10，对于2～3A/cm2的高电流密度，导致寿命的缩短。中间层10是通过从碳酸钡热分解出的氧化钡和作为还原剂的Si与Mg之间的反应而生成的。上述碳酸钡是一种为了有助于电子发射的游离钡原子的生成而使用的金属氧化物。
[反应式1]
            
[反应式2]
            
通过反应式1和反应式2生成的游离钡原子，有助于电子发射，同时生成了MgO和BA2SiO4等反应物生成，在基底金属6和电子发射物质层的界面形成中间层10。
这样形成的中间层10成为阻挡层，妨碍了基底金属6中所含还原剂的扩散，给需要还原剂的游离钡原子的生成反应造成困难，使阴极寿命缩短。而且，上述中间层10具有高电阻，妨碍电子发射电流的流动，可能射出的电流密度受到限制，还会发生电流截止等问题。
另外，日本公开特许公报平3-257735号中展示了一种电子枪用阴极，它也是在基底金属与电子发射物质层之间形成金属层，该金属层的主要成分同于硅和镁，或者是具有低还原性的钨，上述电子发射物质层中含有稀土金属氧化物，通过该稀土金属氧化物来分解反应生成物，使上述金属层的还原性元素有助于游离钡原子的生成。
但是，上述阴极在生成游离钡原子的同时又形成了附加反应生成物，在使用初期显示出稳定的特性，而随着时间的推移会出现寿命急剧下降的问题。
为了解决已有技术问题，本发明提供一种电子枪用阴极的制造方法，其目的在于确保基底金属中所含有的还原剂的持续扩散路径，分散中间层的形成，顺利地实现游离钡原子的生成，以在高电流密度下实现延长寿命。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
本发明的一种电子枪用阴极的制造方法，包括以下步骤：
(a)形成包括镍且至少含有一种还原性元素的基底金属；
(b)对上述基底金属的上表面进行微粒子化和热处理来形成上部金属层；
(c)在该上部金属层的上表面形成电子发射物质层，该电子发射物质层包含至少含有钡的碱土金属氧化物；
上述步骤(b)包括以下步骤：通过研磨上述基底金属的上表面，在氢气介质里，700～1200℃范围内进行热处理，来形成上述上部金属层。
所记载的电子枪用阴极的制造方法，其特征在于：上述热处理步骤包括在不同温度下进行至少一次热处理的步骤。
所记载的电子枪用阴极的制造方法，其特征在于：上述电子发射物质层中还含有La化合物和Mg化合物，或含有La-Mg复合化合物。
作为实现上述目的的手段，本发明的电子枪用阴极是以镍为主成分，形成至少含有一种还原性元素的基底金属，对其上部表面进行微粒化处理和热处理形成上部金属层，在上部金属层上部形成含有碱土金属氧化物的电子发射物质层，该碱土金属氧化物中至少含有钡。
前记上部金属层是通过以下方式获得，对构成电子发射物质层的金属氧化物的粉末进行加速使其撞击基底金属的上部表面，或使Ni原子转移，或者在研磨其表面后在氢气介质中进行热处理，并且是由比基底金属的平均粒子直径更小的微粒形成的。
进一步，本发明能够形成电子发射物质层，该电子发射物质层在至少含有钡的碱土金属氧化物中同时含有La化合物和Mg化合物或者含有La-Mg复合化合物。
具有以上构成的本发明，以比基底金属的平均粒子直径更小的微粒形成上部金属层能够有效地分散反应生成物的中间层，由于确保还原性元素的扩散路径而防止具有高电阻的中间层的形成，持续地维持需要还原性元素的游离钡原子生成反应，能够在2～3A/cm2的高电流密度负荷下实现长寿命。
本发明的效果在于实质性地解决了已有技术中的问题。
即，本发明通过在含有还原性元素的基底金属和由碳酸盐构成的电子发射物质层之间形成由微粒子构成的上部金属层，将生成游离钡原子时生成的反应生成物分散，确保还原性元素的扩散路径，从而能够实现游离钡原子的持续发射。
并且，本发明在电子发射物质层里同时含有La化合物和Mg化合物，或进一步含有La-Mg复合化合物，所以能够抑制游离钡原子的蒸发消耗。
进一步，通过本发明上部金属层及电子发射物质层的相互作用，使游离钡原子持续射出，使蒸发消耗被抑制，所以即使在2～3A/cm2的高电流密度下，也能够得到提高寿命特性，降低电流截止率的效果。
而且，本发明的氧化物阴极在高电流密度下能够维持长寿命，并且具有取代制造困难价格高的浸渍型阴极的实用性。
以下参照附图，详细说明本发明的实施例。
图1是本发明电子枪用阴极的断面图。
图2是本发明电子枪用阴极主要部分的扩大断面图。
图3是本发明电子枪用阴极的寿命特性示意图。
图4是本发明电流截止的示意图。
图5是已有公知的电子枪用阴极的断面图。
图6是已有公知的电子枪用阴极主要部分的扩大断面图。
以下对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1.
图1中本发明的一个实施例的电子枪用阴极设置在套管2的上侧开口部，该套管2内部设有电热丝4，它包括以Ni为主成分并含有微量的Si、Mg的还原性元素的帽状基底金属60。
本实施例中的电子枪用阴极，其结构是还包括：上部金属层62和在其上部形成的电子发射物质层80。上述电子发射物质层是至少含有钡的碱土金属氧化物的三元碳酸盐(Ba·Sr·Ca)CO3或者二元碳酸盐(Ba·Sr)CO3的。
特别是，本实施例中的电子枪用阴极，分散了在游离钡原子生成时，累积在基底金属60和电子发射物质层80间的界面上的BaO和Si及Mg等反应生成物，作为确保基底金属60中含有的还原性元素的扩散路径的方案，在基底金属60的上部表面形成了由微粒子构成上部金属层62。
如图2中的扩大图解所示，通过以上方式形成上部金属层62是在基底金属60的上部表面形成的，具有比基底金属60的平均粒子直径更小的粒子直径。由于基底金属60中所含的还原性元素扩散路径本身被分散，BaO和Si、Mg的反应在微粒子中的许多地方发生，该反应生成物的中间层10被分散，抑制了累积，所以能够使还原性元素Si、Mg的扩散顺利地进行，有助于游离钡原子的生成。
本实施例中的上部金属层62，是在存在残留应力的状态下对基底金属60的上部表面进行处理后，通过热处理再结晶而形成的。
作为更具体的方法，上部金属层62是以以下方式形成的。对构成电子发射物质层80的金属氧化物三元碳酸盐或二元碳酸盐的粉末进行加速，使其撞击基底金属60的上部表面，并在其表面与残留应力的结合，将其放入氢气介质中，在700～1200℃的范围内进行热处理，通过再结晶形成微粒子。
另一方面，上部金属层62可以通过转移基底金属60的表层主成分Ni原子的方法，或者通过研磨基底金属60的上部表面的方法来生成残留应力。
这时，表面层即上部金属层62的热处理方法，如果在互不相同的温度下分两个阶段进行，能够得到更好的微粒子化效果。这时，第一阶段的温度比第二阶段的温度要低。
在以上述方法形成的上部金属层62的上部，通过通常的喷雾法(スプレ一)来形成厚度为20～100μm的三元碳酸盐或二元碳酸盐层。本实施例的阴极整体厚度不超过300μm。
实施例2.
下面按照图1说明在本实施例中，对实施例1的电子枪用阴极里含有La化合物和Mg化合物的电子发射物质层进行应用的构造。
如图所示，本实施例的电子枪用阴极设置在套管2的上侧开口部，该套管2内部设有电热丝4，它包括以Ni为主成分并含有微量的Si和Mg等还原性元素的帽形基底金属60和构成其表面层的上部金属层62。并且在其上部形成电子发射物质层80。上述电子发射物质层是由至少含有钡的碱土金属氧化物三元碳酸盐(Ba·Sr·Ca)CO3或者二元碳酸盐(Ba·Sr)CO3中，同时含有La化合物和Mg化合物或者含有La-Mg复合化合物。
这里，La化合物和Mg化合物或者含有La-Mg复合化合能够持续地提供游离钡原子，并抑制其蒸发，以占碳酸盐重量的0.01～1％为最佳。如果含量在0.01％以下，驱动时的游离钡原子蒸发抑制效果很微弱；如果含量在1％以上，会降低初期驱动时的电子发射特性。
因此，本实施例在通过上部金属层62对中间层10的有效分解的同时，通过电子发射物质层80抑制了BaO和Si及Mg的反应所产生的游离钡原子的蒸发，所以能够防止金属氧化物的烧结。
用以上说明的本实施例1和实施例2中的电子枪用阴极来组成阴极射线管，对寿命特性进行检查的结果如图3所示。图中的A是形成上部金属层62和电子发射物质层80的实施例2的阴极，该电子发射物质层80是在碳酸盐中含有0.5％重量的La-Mg化合物的；图中的B是形成上部金属层62和由碳酸盐构成的电子发射物质层80的实施例1的阴极。并且图中的C是仅使用了由碳酸盐构成的电子发射物质层80的过去的氧化物阴极。
寿命检查是用于测定在10000小时连续驱动状态下，对电子发射电流的减少量的，其是阴极在2000～3000μA的电流下实施的，其结果可以看出，本发明的实施例1和实施例2的电子枪用阴极与过去的氧化物阴极C相比，高电流下的寿命特性得到飞跃性的改善。具体地说可以看出本发明在高电流密度的驱动下，经过10000小时后仍保持初始电流值的80～85％。
图4所示是本发明电子枪用阴极的电流截止特性。图中的D是形成上部金属层62和在碳酸盐中含有0.5％重量的La-Mg化合物的电子发射物质层80的实施例2的阴极，图中的E是形成上部金属层62和由碳酸盐构成的电子发射物质层80的实施例1的阴极；图中的C是仅使用由碳酸盐构成的电子发射物质层80的过去的氧化物阴极。
特性检查是在10000小时连续驱动状态下测定电流截止的变化量，从结果可以看出，本发明的电子枪用阴极与过去的阴极C相比减少了25％。

Claims (3)

1、一种电子枪用阴极的制造方法，包括以下步骤：
(a)形成包括镍且至少含有一种还原性元素的基底金属；
(b)对上述基底金属的上表面进行微粒子化和热处理来形成上部金属层；
(c)在该上部金属层的上表面形成电子发射物质层，该电子发射物质层包含至少含有钡的碱土金属氧化物；
上述步骤(b)包括以下步骤：通过研磨上述基底金属的上表面，在氢气介质里，700～1200℃范围内进行热处理，来形成上述上部金属层。
2、如权利要求1所记载的电子枪用阴极的制造方法，其特征在于：上述热处理步骤包括在不同温度下进行至少一次热处理的步骤。
3、如权利要求1所记载的电子枪用阴极的制造方法，其特征在于：上述电子发射物质层中还含有La化合物和Mg化合物，或含有La-Mg复合化合物。
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