CN1267953C - 显像管用氧化物阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显像管用氧化物阴极，它包括基底金属和与其压配组合的套筒，套筒有一个或内外两个之分，在基底金属下方即套筒内装有加热元件，在基底金属上方喷涂有电子发射层。基底金属上方依次喷涂含有不同成分的两层电子发射层，第一层电子发射层是在主成分碱土金属氧化物基础上掺入两类金属粉，该两类金属粉的其中一种为无还原能力的Ni粉，另一种为有还原能力的W粉。第二层电子发射层位于第一层电子发射层的上方，其主要成分为碱土金属氧化物。本发明的显像管用氧化物阴极含有两类金属粉，将喷涂于基底金属上的电子发射层分为不同的两层，在第一层电子发射层内掺入两类金属粉，与传统氧化物阴极相比，具有可以在大电流密度下长期稳定工作的优良性能。
Description
技术领域
本发明涉及显像管，特别涉及一种显像管用的含两类金属粉的氧化物阴极。
背景技术
传统显像管的氧化物阴极如图1所示，首先将基底金属2和套筒3压配组合，套筒3有一个或内外两个之分，然后在基底金属2上方喷涂电子发射浆1，电子发射浆1是一种由碳酸盐、粘结剂、有机溶剂混合配制而成的浆状悬浮液，在基底金属2下方即套筒3内装有加热元件4。一般基底金属2的主要成分为Ni，其中含有少量具有还原性的激活剂Mg和Si，一般电子发射层1中的碳酸盐是有一定比例的(Ba、Sr、Ca)CO3。在显像管总装后通过基底金属2下方的加热元件4于真空中加热，使其分解为碱土氧化物，如下反应式(1)。
BaO、SrO、CaO碱土氧化物在显像管内部真空及在基底金属附近1000℃高温环境下，与基底金属中的激活剂Mg和Si反应，形成对氧化物阴极具有良好发射性能的关键物质“自由Ba”，如上述反应式(2)、(3)。
主要缺陷在于，传统阴极在反应式(3)中的生成物SiO2会与电子发射层中的分解产物BaO、SrO、CaO发生反应，生成Ba2SiO4等盐，相关反应式为：
Ba2SiO4生成物在基底金属与电子发射层的界面处形成中间阻挡层，减缓基底金属中的激活剂Mg和Si向上扩散的速率，降低“自由Ba”的生成速率，而且该中间层的电阻率较高，长时间支取大电流时，产生的焦耳热使BaO和Ba在电子发射层表面严重蒸发。因此，上述传统的氧化物阴极只能在小电流密度下使用，基本适用于0.5～1A/cm2的电流密度。
发明内容
本发明的任务是提供一种改进的显像管用氧化物阴极，它解决了传统显像管氧化物阴极只能在小电流密度下使用的问题。
本发明的技术方案如下：
一种显像管用氧化物阴极，它包括基底金属和与其压配组合的套筒，套筒有一个或内外两个之分，在基底金属下方即套筒内装有加热元件，在基底金属上方喷涂有电子发射层，所述基底金属上方依次喷涂含有不同成分的两层电子发射层，第一层电子发射层是在主成分碱土金属氧化物基础上掺入两类金属粉，该两类金属粉的其中一种为无还原能力的Ni粉，另一种为有还原能力的W粉；第二层电子发射层位于第一层电子发射层的上方，其主要成分为碱土金属氧化物。
本发明的显像管用氧化物阴极含有两类金属粉，将喷涂于基底金属上的电子发射层分为不同的两层，在第一层电子发射层内掺入两类金属粉，与传统氧化物阴极相比，具有可以在大电流密度下长期稳定工作的优良性能。
本发明的主要优点如下：
1、第一层电子发射层中含有两类金属粉，其中无还原能力的Ni粉，在电子发射层中起到补充增加导电性能的作用。在阴极工作过程的一系列反应中，除生成电子发射源“自由Ba”为纯金属外，其它生成物为MgO、SiO2等氧化物，其导电性能相对较差，而扩散在整个电子发射层中的Ni粉不会发生氧化还原反应，加上Ni金属本身具有高的电导率，因此以金属态存在的Ni粉在电子发射层中起到增加导电性能的作用。
2、第一层电子发射层中还掺入了具有还原能力的W粉，虽然W的还原能力不如基底金属中所含的激活剂Mg和Si大，但其在阴极寿命后期能起到一定的还原补充作用。反应式如下：
4/3BaO+1/3W＝1/3BaWO4+Ba
3、第一层电子发射层中含有两类金属粉：Ni和W粉。两者在显像管总装时阴极活性化制作过程中的1200℃高温环境下，W、Ni粉相互反应同时向基底方向扩散，与基底Ni材料接触，反应生成大量的Ni4W细晶结构。该细晶结构层分散了Ba2SiO4在界面层的分布，不会形成连续的中间阻挡层，增加激活剂Mg和Si的扩散途径，在长期工作过程中不影响激活剂向上扩散的速率，保证“自由Ba”的生成速率。
4、阴极的寿命主要取决于工作温度下“自由Ba”的生成速率和因蒸发引起的“自由Ba”的损耗速率。上述Ni4W细晶结构不会形成连续的中间阻挡层，该中间层电阻率较高，长时间支取大电流时，避免产生的焦耳热使BaO和Ba在电子发射层表面严重蒸发。另外，以金属态存在的Ni粉在电子发射层中也增加了导电性能，相对降低了电流焦耳热，使阴极处于较稳定的温度下工作。因此，本发明的掺两类金属粉的氧化物阴极能使系统处于正常的动态平衡状态，保证在大电流密度下长期稳定工作。
5、本发明的制作方法与传统氧化物阴极的制作工艺方法相同，仅需在第一层电子发射粉添加一定比例的Ni、W混合粉即可，不需要增加溅射、烧结等工艺。相对于日本三菱(Mitsubishi)公司提出的有W膜涂层的氧化物阴极(简称“W膜阴极”)而言，具有制作简单、成本低廉、适合大批量生产的优点。另外，W膜阴极还有因膜层与电子发射层或基底金属间热膨胀系数的差异而造成剥离和截止电压改变的缺陷。
6、本发明中掺入两类金属粉中的Ni粉与基底金属物质相同，电子发射层与基底的结合力较好，保证阴极能长时间使用。
附图说明
图1是传统显像管氧化物阴极的解剖示意图。
图2是本发明的显像管用掺杂式双层氧化物阴极的解剖示意图。
图3是本发明的双层氧化物阴极在显像管总装后解剖并洗去阴极粉后的基底俄歇能谱分析图。
图4是本发明氧化物阴极与传统氧化物阴极的寿命对比试验发射电流下降曲线图。
具体实施方式
参看图2，本发明的一种显像管用氧化物阴极包括基底金属2和套筒3，套筒3与基底金属2压配组合，基底金属2为含有少量激活剂Mg和Si的Ni材料，套筒3有一个或内外两个之分。
在基底金属2下方即套筒3内装有加热元件4。在基底金属2上方喷涂有电子发射层1。在第一层电子发射层1上还有第二层电子发射层5，也就是在基底金属2上方依次喷涂含有不同成分的两层电子发射层1和5。
第一层电子发射层1是在主成分碱土金属氧化物基础上掺入两类金属粉，该两类金属粉的其中一种为无还原能力的Ni粉，另一种为有还原能力的W粉。第一层电子发射层1中的碱土金属氧化物包含BaO、SrO、CaO。
第二层电子发射层5位于第一层电子发射层1的上方，其主要成分为碱土金属氧化物。第二层电子发射层5中的碱土金属氧化物包含BaO、SrO、CaO，还添加有0.01％～3％重量的稀土金属氧化物Sc2O3。
两类金属粉中的Ni原子数是W的1～4倍。两类金属粉在第一层电子发射层1中的重量比为1％～20％。两类金属粉的W粉和Ni粉是各自预先经过900℃～1100℃左右的烧氢处理。第一层电子发射层1的厚度为10～35μm，两层电子发射层的厚度合计为70～80μm。
参看图3，本发明的含两类金属粉的氧化物阴极在显像管总装后解剖，洗去阴极粉后进行俄歇能谱剥层分析，Ni、W两元素在不同剥层时间的原子百分比，显示了生成的Ni4W细晶结构的成分分布情况。由此说明，基底金属表面Ni、W相互渗透较好，在剥层0～1500秒内原子数比例接近4∶1，为Ni4W的两元素比例。
参看图4，本发明显像管用的含两类金属粉的氧化物阴极与传统氧化物阴极进行的寿命对比试验，在同一显像管中支取相同的电流密度2.1A/cm2，寿命试验3000h。试验结果如图所示，其中曲线11对应传统氧化物阴极，曲线12对应本发明显像管用氧化物阴极。结果表明：
1、传统的氧化物阴极，寿命过程中随时间下降较快，至3000h时，发射电流下降到初始值的80％左右，即下降了20％。
2、本发明的氧化物阴极在1500h前发射电流随时间基本保持不变，1500h后开始缓慢下降，至3000h才下降到97％，说明本发明的氧化物阴极满足长期支取大电流密度的要求。
Claims (5)
1.一种显像管用氧化物阴极，它包括基底金属和与其压配组合的套筒，套筒有一个或内外两个之分，在基底金属下方即套筒内装有加热元件，在基底金属上方喷涂有电子发射层，所述基底金属上方依次喷涂含有不同成分的两层电子发射层，第一层电子发射层是在主成分碱土金属氧化物基础上掺入两类金属粉，该两类金属粉的其中一种为无还原能力的Ni粉，另一种为有还原能力的W粉；第二层电子发射层位于第一层电子发射层的上方，其主要成分为碱土金属氧化物；
其特征在于，所述两类金属粉中的Ni原子数是W的1～4倍。
2.根据权利要求1所述的显像管用氧化物阴极，其特征在于，所述两类金属粉在第一层电子发射层中的重量比为1％～20％。
3.根据权利要求1所述的显像管用氧化物阴极，其特征在于，所述两类金属粉的W粉和Ni粉是各自预先经过900℃～1100℃的烧氢处理。
4.根据权利要求1所述的显像管用氧化物阴极，其特征在于，所述第一层电子发射层中的碱土金属氧化物包含BaO、SrO、CaO。
5.根据权利要求1所述的显像管用氧化物阴极，其特征在于，所述第二层电子发射层中的碱土金属氧化物包含BaO、SrO、CaO，还添加有0.01％～3％重量的稀土金属氧化物Sc2O3。
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