CN87108075A

CN87108075A - 显象管阴极热子

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Publication number: CN87108075A
Application number: CN198787108075A
Authority: CN
Inventors: 荒户利昭; 中村浩介
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1988-06-15
Also published as: KR880008372A

Abstract

一种显象管阴极热子包括螺旋盘绕的金属螺旋线、在螺旋线上的金属膜、以及覆盖在膜上的氧化铝绝缘层。构成金属膜的元素是构成螺旋线的主要元素之外的金属元素，它阻止了氧化铝绝缘层中意外杂质的扩散，并且，即便它本身扩散到螺旋线中也不会降低螺旋线的抗拉强度。利用了上述显象管阴极热子的显象管阴极以及利用上述阴极的显象管能防止阴极热子的金属螺旋线的脆裂，并且有着较长的寿命。

Description

本发明涉及一种显象管热子、使用这种热子的显象管阴极以及使用这种显象管阴极的显象管。更具体地说，本发明涉及一种显象管阴极热子，它能防止热子的金属螺旋线在工作过程中发生脆变，从而保持了较长的寿命;一种使用这种热子的显象管阴极;以及使用这种显象管阴极的显象管。

如图1所示，普通的显象管热子由钨（W）螺旋线1构成，螺旋线1再朝它的弯折返回端方向盘绕，以构成双螺旋状并在螺旋线表面覆有氧化铝（Al₂O₃）层4。这个热子加热钨螺旋线1周围的阴极套筒2，以使在阴极套筒2顶端的阴极饼3发射热电子。钨螺旋线1表面上的氧化铝绝缘层4由Al₂O₃颗粒组成，该氧化层4确保了阴极套筒2和钨螺旋线1之间的绝缘〔日本专利申请公开№.57-95037;美国专利№.3，500，454〕。在氧化铝绝缘薄层上还可有一暗色层，以实现快速导热〔日本专利申请公开№.59-132537〕。

然而，作为阴极套筒成分的镍（Ni）或铬（Cr）离子会在阴极热子加热过程中发射出来，并且扩散到钨螺旋线中。此外，氧化铝绝缘层中的痕量成分（比如MgO等意外的杂质）在阴极热子加热过程中蒸发，而诸如镁等杂质元素扩散到钨螺旋线中，这导致了钨螺旋线的发脆并且缩短了热子的寿命。

氧化铝绝缘薄层是用电泳、喷涂或渍涂方式形成的。因为以电泳等方式形成的氧化铝层的强度不高（因所得的薄层是多孔体和有着易于开裂的倾向），阻止杂质元素扩散到钨螺旋线中是十分困难的。

在现有技术中，迄今还未曾考虑过因阴极套筒发射的离子的扩散以及自氧化铝绝缘层蒸发的元素而造成的钨螺旋线的发脆，但在阴极热子加热过程中钨螺旋线发脆的问题是已经存在的。

本发明的一个目的是要提供一种以阴极热子加热过程中较少发脆的钨螺旋线构成的显象管阴极热子。

本发明的另一个目的是提供一种有着上述显象管热子的寿命较长的显象管阴极。

本发明的又一个目的是提供一种有着上述显象管阴极的寿命较长的显象管。

本发明的第一个目的能以这样一种显象管阴极热子来达到，这种热子包括用来加热电子发射阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线、在金属螺旋线上的一层金属膜以及覆盖在此金属膜表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，所述的金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度之下不会升华或熔化，它阻止了在它之上的氧化铝绝缘层中的意外杂质的扩散，并且，即便金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

本发明的第二个目的能够以这样一种显象管阴极来达到，这种阴极包括阴极套筒、在阴极套筒顶端的阴极饼、以及在阴极套筒中的阴极热子，此阴极热子包括用来加热电子发射阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线、在金属螺旋线上的一层金属膜以及覆盖在此金属膜表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，该金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度之下不会升华或熔化，它阻止了在它之上的氧化铝绝缘层中的意外杂质的扩散，并且，即便金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

本发明的第三个目的能够以这样一种显象管来达到，这种显象管包括荧光屏、在与荧光屏相对一端有着栅极和阴极的电子枪，上述阴极包括阴极套筒、在阴极套筒顶端的阴极饼以及在阴极套筒中的阴极热子，此阴极热子包括用来加热电子发射阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线、在金属螺旋线上的一层金属膜以及覆盖在此金属膜表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，所述金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度之下不会升华或熔化，它阻止了在它之上的氧化铝绝缘层中的意外杂质的扩散，并且，即便这种金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

构成上述金属膜的金属元素是选自钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、钽（Ta）、铼（Re）、锇（Os）、铱（I_r）和铂（P_t）中的至少一种金属元素，其纯度至少为99.9%（按重量比）。

制备阴极热子通常按以下方式进行。

把作为金属丝的钨丝或含有高达3%（重量比）的铼（Re）的钨丝绕在钼（M_o）芯杆上以形成一个一次螺旋线;随后，将此一次螺旋线在800到1，300℃的温度下退火处理;然后直接在一次螺旋线上，或在使一次螺旋线作进一步的盘绕和成形而成为所希望的双螺旋形式之后，电泳上氧化铝并进行烧结，以在钨螺旋线上形成氧化铝绝缘层;如果需要，可在烧结的氧化铝绝缘层上形成一层例如由氧化铝粉和钨粉组成的暗色层，并加以烧结，也可以在未进行烧结的氧化铝层上构成此暗色层并把氧化铝层和此暗色层两者一起烧结;然后再浸入酸中把钼芯杆从螺旋中去除，并水洗和烘干之〔日本专利申请公开№.59-132537〕。

在本发明中，金属膜是用任何一种形成薄膜的方法，如蒸发沉积、离子溅射、化学汽相沉积（CWD）、物理汽相沉积（PVD）等，在氧化铝绝缘层形成之前把上述金属元素的金属薄膜沉积在金属螺旋线的表面上而形成的。

防止离子和元素扩散以及防止金属螺旋线脆变的这层金属膜可以形成在盘绕成螺旋前的金属丝、在钼芯杆上绕成的一次螺旋、退过火的一次金属螺旋线、或进一步按所希望的形式制成的退过火的金属螺旋线上。

只要这层金属膜的厚度为0.1到1微米，它就是有效的。

本发明的阴极热子的金属螺旋线由钨组成，或由最多含3%（重量比）铼（R_e）的钨所组成，以增强螺旋线的强度。

图1是显象管阴极的结构示意图。

图2是用离子溅射方式在金属螺旋线上沉积金属膜的装置的结构示意图。

图3表明了根据本发明和现有技术所得到的钨螺旋线上的氧化铝绝缘层的烧结温度和钨螺旋线的断裂强度之间的关系。

图4表明了根据本发明和现有技术所得到的钨螺旋线上的氧化铝绝缘层的烧结温度和钨螺旋线中Mg浓度的相对值之间的关系。

图5表明了对本发明的阴极热子和现有技术中的阴极热子的寿命测试结果。

图6是使用了本发明的显象管阴极的显象管结构简图。

下面将参考实例和附图详细描述本发明，所有这些实例和附图均不应构成对本发明的限制。

实例

在钼芯杆（直径100微米）上绕以钨丝（97%重量比的钨和3%重量比的铼;直径60微米），以形成一次螺旋，把螺旋加热到800-1，300℃以使一次螺旋退火。随后，利用在图2中示意表明的装置，以离子溅射法在螺旋线上形成厚度约为0.5微米的均匀的铼（Re）膜。

在图2所表明的装置中，铼板（按重量比的纯度＞99.95%）201被联接到真空室204中的一个电极（在直流的情况下为正电极）上，在真空室中，50个一次螺旋以圆形安置方式固定在另一个电极（在直流的情况下是负电极）的夹具203上。与一次螺旋固定在一起的夹具203水平地旋转。

然后，用真空泵205使真空室204的压强降低，向室中引入氩气（Ar），并且使真空室保持在10^-3-10^-4乇的压强下。

当200-500伏下的直流或交流电流通过两电极之间时，经过20-30分钟，在一次螺旋线的表面上形成了厚度约为0.5微米的铼膜。一次螺旋线被离子溅射自然地加热到200-400℃。

铼膜的晶格结构中包含一些氩原子，随后使铼膜在氢气气氛中加热，在1，000℃下保持30分钟并冷却，从而从铼膜中去除了氩原子。

随后，用电泳法在含Al₂O₃颗粒的电泳悬浮液（Al₂O₃）占99.8%重量比或更多;MgO占0.2%重量百分比或更少）和Mg（NO₃）₂电解质中使铼膜表面上形成厚度约为70微米的多孔状氧化铝绝缘层。在纯氢气的气氛中烧结所形成的氧化铝绝缘层，加热速率约为400℃/小时，并在1，600℃、1，650℃或1，800℃下保持3分钟。随后，在酸中从相应的螺旋线中溶去钼芯杆，把螺旋线用水洗并干燥，这样就完成了阴极热子的制备。测量了按此法制备的钨螺旋线的断裂强度，所测数值的平均值以图3中的31来示出，图中，横座标表示烧结温度（℃），而纵座标表示钨螺旋线的断裂强度（g）。

同样，在与上述相同的条件下处理相同的钨丝来制备阴极热子，所不同的只是在钨螺旋线上未形成铼膜，并且也测量钨螺旋线的断裂强度。所得结果的平均值以图3中的32表示出。

图3中的33表明了没有铼膜和氧化铝绝缘膜，但仍经受与上述相同的烧结条件处理的钨螺旋线的断裂强度。

图3中的31和32所表明的阴极热子分别是用电泳方式把氧化铝绝缘层间接（以铼膜作为中间层）或直接（无铼膜作中间层）沉积在钨螺旋线表面上的热子。在电泳悬浮液中使用的、起着使Al₂O₃颗粒沉积在钨螺旋线表面上作用的电解质成分，比如Mg（NO₃）₂等会把Mg（OH）₂等留在氧化铝层的氧化铝颗粒之间。由于在烧结过程中这些电解质成分的蒸发和向钨螺旋线中扩散而造成了钨螺旋线的脆裂。不管电解质成分是什么，它们在烧结过程中的蒸发和向钨螺旋线的扩散总是要发生的。

由图3明显看出，当氧化铝层在1，800℃下烧结时，普通的钨螺旋线32的断裂强度显著降低，而在本发明的钨螺旋线31中，当氧化铝层也在1，800℃下烧结时断裂强度降低得并不那么多。

在33的情况下，钨螺旋线的断裂强度之所以会随温度增高而降低的一个理由是因为增高了烧结温度所形成的较粗大晶粒的影响。在1，600℃和1，650℃下烧结时，普通热子32的钨螺旋线的断裂强度之所以会比33的强度要高的一个理由似乎是由于氧化铝层的被覆和烧结而在钨螺旋线表面上造成因氧化铝层的烧结收缩而产生的应力所引起的。在1，800℃下烧结时，普通热子32的断裂强度低于在33的断裂强度。

图4示出了在横座标上以（℃）表明的氧化铝层烧结温度与纵座标表示的烧结后钨螺旋线中镁（Mg）浓度的相对数值关系，其中，曲线41和42分别相应于图3中的31和32，而以纵座标表明基于在1，800℃下烧结的普通热子的钨螺旋线中的Mg浓度的相对值。

由图3明显看出，本发明的阴极热子由于铼膜而获得表面3改进和硬化的效果。由图4也可明显看出，由于使用了铼膜，即便在1，800℃下烧结，Mg元素向钨螺旋线的扩散也能受到抑制，而且能防止钨螺旋线的脆裂。

图5表明了这些阴极热子的寿命测试结果，图中表明了寿命测试持续时间和热子电流间的关系，横座标以（×10³小时）表示寿命测试持续时间，而纵座标以安培表示热子电流，曲线51和52分别相应于图3的31和32。

按以下条件进行寿命测试。只把包括本发明的这些阴极热子的显象管管颈部分真空密封来制成试验样管。在试验管的阴极热子上加有比额定电压（6.3V）高出20%的加热电压（7.6V），而且阴极热子要承受通电5分钟、断开15分钟的强迫冷热循环。图5的横座标上的寿命测试持续时间表明了通、断间隔的积累值，而纵座标上的加热电流表明了在6.3V加热电压下的电测值。图5中的51表明了对本发明的阴极热子的测试结果。

以同样方法制造了普通阴极热子的试验样管，并且在与上述相同的条件下进行测试。图5中的52表明了普通阴极热子的测试结果。

对阴极热子是否令人满意的判断按下面的标准进行。

当通过一个试验管中三个阴极热子的平均热子电流比初始热子电流被小了达5%或更多时，就认为这些阴极热子是不令人满意的。当百分比不令人满意，即不令人满意的试验管的数目与被测试验管的总数的百分比在2，000小时的测试持续时间中小于0.1%，在5，000小时测试持续时间中小于1.0时，就认为这些阴极热子是可供商业应用的较长寿命的阴极热子。下表表明了在各相应的寿命测试持续时间之下，本发明的阴极热子51和普通阴极热子52的不令人满意热子的百分比。

由上表明显看出，对于本发明的阴极热子51，经5，000小时后不令人满意的百分比为0.6%，而对于普通阴极热子52，经1，000小时后不令人满意的百分比为0.2%，经5，000小时后为1.4%。可以看出，本发明的阴极热子51有着较长的寿命，并且是可供商业应用的较长寿命的阴极热子。除Re之外的其它元素，即Ru、Rh、Pd、T_a、O_s、I_r、P_t，可以单独地或以它们的混合物形成（包括它们与Re的混合物）在与上述相同的条件下形成金属膜。

用离子束溅射或磁控溅射来代替离子溅射，能以较高的速率、较高的纯度形成金属膜。

在前面的实施方案中，未曾给出在氧化铝绝缘层上还形成有一层暗色层的例子，但是，如果实际需要，可以在烧结氧化铝绝缘层后，在含有氧化铝颗粒和钨颗粒的暗色悬浮液中，用浸涂或电泳法在氧化铝绝缘层上形成一层暗色层并且烧结这层暗色层，也可以在烧结氧化铝绝缘层之前形成这层暗色层，而根据已知的方法〔例如日本专利申请公开№.59-132537〕一起烧结氧化铝绝缘层和暗色层。因为可在一步中完成烧结，所以后一方法是经济的。

本发明的显象管阴极的制备过程如下：制成在表面上有着一层金属膜的钨螺旋线;在淀积氧化铝绝缘层之前将钨螺旋线绕着钼芯杆、向着热子的弯折返回端盘绕成双螺旋形状，（如图1所示），在其上形成氧化铝绝缘层;如果需要，可按与上述相同的方式在其上形成一层暗色层，随后烧结、除去钼芯杆、冲洗和干燥，从而制成一个阴极热子，如图1所示，把阴极热子设置和固定在阴极套筒中，在阴极套筒的顶端设置和固定一个阴极饼。

在图6所示结构的显象管中，提供按上述方法制备的显象管阴极，在彩色显象管的情况下为三个阴极，其中，显象管为漏斗状玻璃管壳，管壳带有密封在其中的电子枪601，荧光屏602。这个玻璃管壳有锥形部分、细的圆柱形管颈部分、以及在锥形部分底部表面上被覆的、当电子打于其上能够发出荧光的荧光材料。玻璃管壳内维持高真空。

电子枪601包括发射电子的一个或几个本发明的阴极603、加速电子云使之成为达到较高速度的电子束并使电子束会聚在荧光屏上的圆柱形电极（栅极）604。最后一个电极联接到在管颈部分和锥形部分间的桥接部分内表面所被覆的导电膜605上，而导电膜605又联接到覆盖荧光屏602的铝膜606上。607是本发明的阴极热子，609是偏转线圈，而610是阳极接头。

如上所述，根据本发明在钨螺旋线上提供一层金属膜，防止了镁等元素由氧化铝绝缘层扩散到钨螺旋线中而导致钨螺旋线的脆裂，更进而，因为防止了由于从阴极套筒发出的离子的扩散所造成的钨螺旋线的脆裂，使得显象管的阴极热子、使用本发明阴极热子的显象管阴极、使用了上述显象管阴极的显象管能够有着较长的寿命。

Claims

1、一种显象管阴极热子，它包括用来加热发射电子的阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线、在金属螺旋线上的一层金属膜以及覆盖在此金属膜的表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成此金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，所述金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度下不会升华或熔化，所述金属膜阻止了其上的氧化铝绝缘层中的意外杂质的扩散，并且，即便所述金属膜的金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

2、一种如权利要求1所述的显象管阴极热子，其中，所述金属膜的所述金属元素是选自Ru、Rh、Pd、T_a、R_e、O_s、I_r和P_t中的至少一种金属元素，其纯度至少为99.9%（按重量比）。

3、一种如权利要求1所述的显象管阴极热子，其中，所述金属膜的厚度为0.1到1微米。

4、一种如权利要求1所述的显象阴极热子，其中，所述金属螺旋线由钨组成，或由最多含3%（重量比）铼的钨所组成。

5、一种如权利要求1所述的显象管阴极热子，其中，在所述氧化铝绝缘层上还设置有一暗色层。

6、一种显象管阴极，它包括阴极套筒、在阴极套筒顶端的阴极饼，以及在阴极套筒中的阴极热子，此阴极热子包括用来加热发射电子的阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线，在金属螺旋线上的一层金属膜以及覆盖在此金属膜的表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成此金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，所述金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度下不会升华或熔化，它阻止了其上的氧化铝绝缘层中意外杂质的扩散，并且，即便所述金属膜的所述金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

7、一种如权利要求6所述的显象管阴极，其中，所说金属膜的所述金属元素是选自Ru、Rh、Pd、Ta、Re、O_s、I_r和P_t中的至少一种金属元素，其纯度至少为99.9%（按重量比）。

8、一种如权利要求6所述的显象管阴极，其中，所述金属膜的厚度为0.1到1微米。

9、一种如权利要求6所述的显象管阴极，其中，所述金属螺旋线由钨组成，或由最多含3%（重量比）铼的钨所组成。

10、一种如权利要求6所述的显象管阴极，其中，在所述氧化铝绝缘层上还有一暗色层。

11、一种显象管，它包括荧光屏和在与荧光屏相对一端并有着栅极和阴极的电子枪，上述阴极包括阴极套筒、在阴极套筒顶端的阴极饼以及在阴极套筒中的阴极热子，此阴极热子包括用来加热发射电子的阴极饼的成螺旋状盘绕的金属螺旋线、在金属螺旋线上的一层金属膜以及淀积在此金属膜的表面上的氧化铝绝缘层，构成这层金属膜的元素是构成金属螺旋线的主要元素之外的金属元素，所述金属元素在高达1，500℃的温度和高达10^-7到10^-8乇的真空度下不会升华或熔化，所述金属膜阻止了其上的氧化铝绝缘层中的意外杂质的扩散，并且，即便所述金属膜的所述金属元素本身扩散到金属螺旋线中也不会降低金属螺旋线的抗拉强度。

12、一种如权利要求11所述的显象管，其中，所述金属膜的金属元素是选自Ru、Rh、P_d、T_a、R_e、O_s、I_r和P_t中的至少一种金属元素，其纯度至少为99.9%（按重量比）。

13、一种如权利要求11所述的显象管，其中所述金属膜的厚度为0.1到1微米。

14、一种如权利要求11所述的显象管，其中，所述金属螺旋线由钨组成，或由最多含3%（重量比）铼的钨所组成。

15、一种如权利要求11所述的显象管，其中，在所述氧化铝绝缘层上还有一暗色层。