CN1254838C - 含有掺杂氧化物阴极的阴极射线电子管和含有阴极载体的氧化物阴极 - Google Patents

Abstract

具有至少一个氧化物阴极的阴极射线电子管包括一个具有阴极金属制阴极基底的阴极载体和一个具有氧化物颗粒放电物质的阴极涂层，上述氧化物颗粒包括一种碱土氧化物，它从钙、锶和钡氧化物形成的群体中选取，掺有从钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的氧化物中选取的数量范围从120到最大500ppm的氧化物添加剂，同时放电物质具有从3×10^-3Ω^-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数。

Description

含有掺杂氧化物阴极的阴极射线电子管 和含有阴极载体的氧化物阴极

技术领域

此发明涉及具有至少一个氧化物阴极的阴极射线电子管，它包括具有阴极金属制阴极基底的阴极载体和具有放电物质的阴极涂层，放电物质含有从钙、锶、钡和稀土金属氧化物形成的群体中选取的碱土氧化物。

背景技术

阴极射线电子管包括4个功能组：在电子枪中电子束生成，利用电子或磁性透镜进行束聚焦，束偏转以生成光栅，以及发光屏或显示屏。

涉及电子束产生的功能组包括放电阴极，它在阴极射线管中生成电子电流并由控制栅格封闭住，例如在前边有一个有孔径光阑的维纳尔圆柱电极。

用于阴极射线管的放电阴极通常是点状的，带有放电的包含氧化物阴极敷层的可加热的氧化物阴极。如果氧化物阴极被加热，电子会从放电涂层散失到周围的真空中。如果维纳尔圆柱电极对阴极有偏压，那么自然产生的电子数量和由此而生的阴极射线电子管的束电流就能够被控制。

能够由阴极涂层发射的电子的数量依赖于放电物质的工作效能。通常用于阴极基底的镍，其本身就具有较高的工作效能。因此，阴极基底的金属通常涂有另一物质，主要用于提高阴极基底的放电性能。在阴极射线电子管中氧化物阴极放电涂层物质的一个特性是它们包括以碱土金属氧化物的形式存在的碱土金属。

为了制作氧化物阴极，形状适宜的镍合金板被涂上例如碱土金属碳酸盐的粘合剂配制品。在抽空和烧制阴极射线电子管时，碳酸盐在温度约1000摄氏度时转化为氧化物。阴极经过这样的烧制后，所述阴极已经提供了显著的但仍不稳定的发射电流。接下来，执行一个活化过程。此活化过程使得碱土金属氧化物原来绝缘的离子晶格被转化成电子半导体，其中原料物质类的杂质被并入了氧化物晶格。这些杂质实质上是由碱土金属元素组成，例如钙、锶或钡等。氧化物阴极的放电基于杂质的机构。上述活化过程用于提供足够大量的过剩的碱土金属元素，使得放电涂层中的氧化物在规定的加热量下提供最大量的放电电流。催化过程的实质作用是在阴极基底的合金成分(“催化剂”)镍的作用下，通过钡氧化物还原为钡金属元素实现的。

对于氧化物阴极的功效和使用寿命来说，关键在于碱土金属元素的不断扩散。其原因是在阴极的使用寿命中，阴极涂层不断的消耗碱土金属。阴极由于高温，部分阴极物质慢慢的散失掉，并部分地在阴极射线电子管中以离子流的方式溅射出去。

然而，通过在阴极金属或者催化剂金属上的碱土氧化物的还原作用，单体的碱土金属最初连续地释放出去。而在此期间，当一层薄而高阻抗的碱土硅或碱土铝界面在阴极基底和放射的氧化物之间形成时，上述散失便停止了。使用寿命还受到此期间阴极基底镍合金中催化剂金属量耗尽的影响。

EP0482704A公开了一种氧化物阴极，其载体本质是由镍组成并涂有一层由碱土金属氧化物、钡和一种稀土金属构成的放电物质。上述放电物质中稀土金属原子的数量与碱土金属原子的数量的比例为10到500ppm，上述稀土金属原子充分均匀地分布于放电物质层的上部。

发明内容

此发明的目的是提供阴极射线电子管，其束电流稳定而且能持续保持长的时间，同时上述的阴极射线电子管可以被再生加工。

根据发明，此目的由一个具有至少一个氧化物阴极的阴极射线电子管实现，氧化物阴极含有一个带有阴极金属制阴极基底和一个氧化物颗粒放电物质阴极涂层，上述氧化物颗粒包括一种从钙、锶和钡氧化物形成的群体中选取的碱土氧化物，掺有数量范围从120到最大500ppm的由钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、珥、铥、镱和镥的氧化物中选取的氧化物添加剂，同时放电物质具有3×10^-3Ω^-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数。

比发明根据的原理是，在含有一个氧化物阴极的阴极射线电子管中，如果阴极涂层的电导系数适合阴极加载的平均直流电的工作点，上述氧化物阴极的使用寿命就会延长。

含有这样一个氧化物阴极的阴极射线电子管长时间拥有一个平稳的束电流，是因为上述受控的阴极涂层电导系数在阴极射线电子管工作期间能防止氧化物阴极过热和过冷。由于它的优点，氧化物阴极中的工作温度是最佳的。结果是元素钡形成的地方的反应速度也是最佳的。

由于钡不断释放，根据现有技术的氧化物阴极可知，避免了放电消耗。可充分获得比较高的束电流密度而不会对阴极使用寿命有负面影响。这也能用于从更小的阴极区域上获取必需的电子束电流。热点的尺寸决定了在显示屏上的束聚焦的质量。整个显示屏的图像清晰度提高。另外，由于阴极衰老更为缓慢，所以在电子管的整个使用寿命期间能保持高水准的图像亮度和图像清晰度。分辨率和CRT的亮度被提高，或在亮度和分辨率保持不变的情况下，阴极的工作温度能够降低。

就本发明而言，添加氧化物的数量最好为240ppm。

与现有技术比较，如果氧化物添加剂由三氧化二钇(Y₂O₃)组成，本发明会取得明显有益的效果。因此，钡在局部且及时地更为平稳地放射。得到的氧化物阴极具有更高的直流电加载能力和更长的使用寿命。

可优选地，氧化物添加剂包含从镧、钕、钐、铈、镨、钆、铽、镝和钬的三氧化二某化合物中选取的三氧化二某化合物。

特别优选地，氧化物添加剂包含从镧、铈、镨和钕的三氧化二某化合物中选取的三氧化二某化合物。在此类阴极中，关键在于对毒性的钝性，特别是对于氧中毒。此类阴极放射稳定并能再生加工。

此发明还涉及氧化物阴极，包括一个具有阴极金属制阴极基底和具有氧化物颗粒放电物质阴极涂层的阴极载体，上述氧化物颗粒包括一种从钙、锶和钡氧化物形成的群体中选取的碱土氧化物，掺有数量范围从120到最大500ppm的由钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、珥、铥、镱和镥的氧化物中选取的氧化物添加剂，同时放电物质具有3×10^-3Ω^-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数。

附图说明

此发明的这些和其它方面可参照下文描述的实施例被说明。

如图：

图1是按照本发明的阴极的实施例的一图示的剖视图。

具体实施方式

阴极射线电子管含有电子束生成系统，通常包括装配一个或更多的氧化物阴极。

据此发明，氧化物阴极包含带有阴极基底和阴极涂层的氧化物载体。阴极载体包括加热器和用于阴极体的基底。对于用到的阴极载体可由现有技术所知的结构和材料实现。

在图1所示发明的实施例中，氧化物阴极包含阴极载体，也就是圆柱管3，其中插入了加热丝2，形成阴极基底的顶盖4，而阴极涂层1代表实际的阴极体。

通常，用于阴极基底的材料是镍合金。镍合金可以包含如有还原作用的催化剂元素成分合金的镍，其催化剂从硅、镁、铝、钨、钼、锰和碳形成的群体中选取。

阴极涂层包含添加的氧化物颗粒。放电物质的主要成分是碱土氧化物，最好是钡氧化物，连同钙氧化物和/或锶氧化物。它们作为一种碱土氧化物的物理混合物或碱土金属氧化物的二元或三元混合晶体使用。最好是使用钡氧化物、锶氧化物和钙氧化物组成的三元碱土混合晶体氧化物或钡氧化物和钙氧化物的二元混合物。

碱土氧化物进一步包含一个从钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、珥、铥、镱和镥的氧化物选取的氧化物添加剂，数量范围从120到500ppm。上述稀土金属的离子在碱土金属氧化物的晶格中占据晶格点或间隙晶格点。

更好地，使用掺有三价离子的钡氧化物，它从三价镧离子、三价钕离子和三价钐离子形成的群体中选取，由于它们的离子半径＞93pm，比得上拥有离子半径135pm的二价钡。这些三价离子可占据钡的晶格点，并且钡氧化物的添加剂晶格产生不需实际晶格的形变。

按照本发明的氧化物阴极的放电涂层的特点在于它的导电率，它在相当于阴极射线管中的通常情况的温度范围中，范围从3×10^-3Ω^-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1之间变动。由于所述被控制的阴极电导率的优点，避免了负面影响使用寿命的过热或过冷。

为了加工用于阴极涂层的天然混合物，以碱土金属钙、锶和钡的碳酸盐为基础并与稀土金属钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、珥、铥、镱和镥的氧化物的初始混合物以适当的比重混合。作为稀土金属氧化物的初始混合物使用，最好由稀土金属的硝酸盐或稀土金属的氢氧化物组成。

碳酸钙∶碳酸锶∶碳酸钡的典型比重为1∶1.25∶6或1∶12∶22或1∶1.5∶2.5或1∶4∶6。

天然混合物可另外与粘合剂配制品混合。上述粘合剂配制品由水，乙醇，乙炔，乙胺或二乙基化合物组成溶剂。

上述用于阴极涂层的天然混合物随后通过刷涂，浸泡涂层，电镀或喷涂提供给载体。这样喷涂的阴极放入阴极射线电子管中。当阴极射线电子管被抽空时，阴极形成。通过加热到大约650至1100摄氏度温度范围，碱土碳酸盐转化成碱土氧化物而释放一氧化碳和二氧化碳，此后上述碱土氧化物形成带孔的烧结体。此转化过程的一个重要因素是混合晶体结构引起结晶形状的变化，它是优质氧化物阴极的先决条件。在阴极“烧制”后，执行一个活化过程，其提供过量的包含在氧化物中的碱土金属元素。上述过量的碱土金属通过碱土金属氧化物的还原而形成。在实际的还原活化过程中，碱土氧化物通过释放一氧化碳或阴极基底的催化剂金属而还原。另外，产生一个电流激化过程，在升高的温度下，通过电解过程生成必需的自由碱土金属。

例1

如图1所示，根据发明的第一实施例，用于阴极射线电子管的阴极包括一个盖状阴极基底，它由比重0.03％的镁，比重0.02％的铝和比重1.0％的钨组成的镍合金构成。阴极基底位于圆柱阴极载体(轴衬)的上底部，在那里装有加热器。

在阴极基底的上边，阴极具有阴极涂层。为形成阴极涂层，阴极基底要首先清洁干净。接着，氧化物不同初始混合物的粉末悬浮于乙醇，丁基化合物和硝化纤维的溶剂中。

氧化物初始混合物粉末的组成为例如，比重1∶125∶6的钡-锶-钙的碳酸盐和240ppm的钇氧化物。

此悬浮液喷涂在阴极基底上。为了在金属基底的阴极金属和金属颗粒之间形成合金并扩散，该层在1000摄氏度时形成。

这样形成的氧化物阴极在使用寿命2000小时和2×10^-9巴的阳极内部压力下，具有6×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数，3.5A/cm²的直流加载能力。

Claims (6)

1.一种具有至少一个氧化物阴极的阴极射线电子管，所述氧化物阴极包括一个具有阴极金属制阴极基底的阴极载体和具有氧化物颗粒放电物质的阴极涂层，上述氧化物颗粒包括一种碱土氧化物，它从钙、锶和钡氧化物形成的群体中选取，掺有从钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的氧化物中选取的氧化物的氧化物添加剂，

其特征在于，所述氧化物添加剂的范围是从120ppm到500ppm，且放电物质具有从3×10^-3Ω^-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数。

2.如权利要求1所述的阴极射线电子管，其特征为添加的氧化物为240ppm。

3.如权利要求1中所述的阴极射线电子管，其特征为氧化物添加剂由三氧化二钇组成。

4.如权利要求1中所述的阴极射线电子管，其特征为氧化物添加剂含有从镧、钕、钐、铈、镨、钆、铽、镝和钬的三氧化二某化合物中选取的三氧化二某化合物。

5.如权利要求1中所述的阴极射线电子管，其特征为氧化物添加剂含有从镧、铈、镨和钕的三氧化二某化合物中选取的三氧化二某化合物。

6.一种氧化物阴极，包括一个具有阴极金属制阴极基底的阴极载体和一个具有氧化物颗粒放电物质的阴极涂层，上述氧化物颗粒包括一种碱土氧化物，它从钙、锶和钡氧化物形成的群体中选取，掺有从钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的氧化物中选取的氧化物的氧化物添加剂，

其特征在于，所述氧化物添加剂的范围是从120ppm到500ppm，且放电物质具有从3×10^-3Ω-1cm^-1到12.5×10^-3Ω^-1cm^-1的电导系数。