DE2730354A1

DE2730354A1 - Kathode fuer direkt beheizte kathodenstrahlroehren und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2730354A1
Application number: DE19772730354
Authority: DE
Inventors: Hisashi Ando; Toshio Doi; Tomio Iizuka; Akira Misumi; Testuo Oyama; Hiroshi Sakamoto; Ko Soeno
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS5752686B2; FI772098A; JPS536560A; GB1562362A; US4129801A

Description

Beschreibung t

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren mit sehr kleiner thermischer Deformation und auf ein Verfahren zur Herstellung der Kathode.

Direkt beheizte Kathodenstrahlröhren haben einen geringeren Leistungsverbrauch und eine beträchtlich kürzere Startzeit vom Einschalten der Spannungsquelle bis zur Betätigung als indirekt beheizte Kathodenstrahlröhren. Andererseits fließt jedoch bei direkt beheizten Kathodenstrahlröhren der elektrische Strom direkt durch die den Elektronenstrahl emittierende Kathode, so daß die Kathode schnell aufgeheizt und leicht thermisch deformiert wird. Ist die Kathode einmal thermisch deformiert, so entwickelt die Kathodenstrahlröhre nicht mehr die gewünschten Eigenschaften, was bei Kathodenstrahlröhren eine überaus große Schwierigkeit bedeutet.

Der Stand der Technik und die Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematisehen Ansicht den Gesamtaufbau

einer Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren,

Fig. 2

(a) und (b) Ansichten mit der Darstellung der Ausbildung einer Diffusionsschicht zwischen einem Kathodensubstrat und Ni-Pulvern und

Fig. 3 in einem Diagramm den durch die Beispiele belegten

Einfluß der Co-Ni-Zusammensetzung auf die thermische Deformation.

Bei einer.Kathode normaler direkt beheizter Kathodenstrahlröhren oder, genauer, Kathodenstrahlröhren Bit direkt beheizter Kathode, ist gemäß Fig. 1 mittels einer Verbindungs-

709882/1012

273035A

schicht 2 eine thermoionische Emissionsschicht 3 fest an einem Kathodensubstrat 1 (Schenkel 1¹ und flacher Teil 1'·) befestigt. Der elektrische Heizstrom fließt direkt durch das Kathodensubstrat, das auf eine hohe Temperatur (etwa 650 bis 1000⁰C) aufgeheizt wird. D.h., das Substrat muß bei hoher Temperatur eine hohe Festigkeit und einen geeigneten elektrischen Widerstand haben, weil beim Durchtritt des elektrischen Stroms geheizt werden muß. Das Substrat muß ferner im kalten Zustand gut verarbeitbar und leicht herstellbar sein.

So wurde bisher folgendes Legierungssystem als am besten geeignet für das Kathodensubstrat angesehen:

15 bis 30 Gew.-96 W
0,1 bis 1,5 Gew.-% Zr
Rest Ni

oder eine Legierung, bei der ein Teil des oder das gesamte Ni durch diesem ähnliches Co oder ein Teil des oder sämtliches \I durch Mo ersetzt ist.

Die thermoionische Emissionsschicht ist eine Oxidverbindung, die durch Calcinieren von Carbonaten von Barium, Strontium und Calcium ((Ba, Sr, Ca) CO^) bei hoher Temperatur, beispielsweise bei etwa 800 bis 1000⁰C gewonnen wird. Das im Kathodensubstrat in einer geringen Menge enthaltene Zr wirkt auf die Oxidverbindung reduzierend und erleichtert die thermoionische Emission. Die das Kathodensubstrat und die thermoionische Emissionsschicht miteinander sicher verbindende Verbindungsschicht wird am wirksamsten ausgebildet, indem reine Nickelpulver auf das Substrat aufgebracht und der sich ergebende Substratkörper gebrannt wird. D.h., direkt beheizte Kathoden werden üblicherweise hergestellt, indem reine Nickelpulver mit einer Stärke von 1 bis 5 mg/cm auf das Kathodensubstrat aufgebracht, das Kathodensubstrat im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 700 bis etwa 900⁰C

709882/1012

erhitzt, hierbei die Nickelpulver auf das Kathodensubstrat aufgebracht und nach Abkühlung eine Carbonatverbindung von Barium, Strontium und Calcium ((Ba, Sr, Ca) CO-,) auf das gebrannte Kathodensubstrat aufgebracht wird, und zv/ar mit einer Stärke von 1 bis 5 mg/cm . Darauf wird wiederum im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1000⁰C erhitzt, wobei Oxidverbindungen entstehen und die Oxide fest mit dem Kathodensubstrat verbunden v/erden.

Bei diesem Prozeß erfolgt Jedoch eine thermische Deformation an der Kathode v/ährend der Herstellung oder während des Betriebs und es ist das wichtigste Problem bei der Herstellung direkt beheizter Kathodenstrahlröhren,· die thermische Deformation der Kathode zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine direkt beheizte Kathode und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die weder während der Herstellung noch v/ährend des Betriebs thermisch deformiert wird.

Bei Untersuchungen wurden die folgenden drei Tatsachen festgestellt:

1. V/enn reine Hi-Pulver auf das Kathodensubstrat aufgebracht und gebrannt werden, wird diejenige Oberfleiche der Kathode länger, auf die die Ni-Pulver aufgebrannt sind;

2. wenn auf dnc K'ithodensubstrat nach den Brennen der Mi-Pulver die Carbor.atvorbindung aufgebracht und zu Oxidverbindungen gebrannt wird, dehnt sich die Oberfläche der Kathode, auf die die Oxidverbindungen aufgebrannt sind.

3. Auch v'ührcnd dos Betriebs einer direkt beheizten Kathode dehnen sich dio Oberflächen derselben, auf dio die iIi-Pulver und die Oxidverbindungen aufgebrannt, sind; dio Deformation hört jedoch nach einem Dauerbetrieb von 20 bis 30 Stunden auf.

700882/ 1012 ORIGINAL INSPECTED

Wie festgestellt wurde, wird diese Deformation hauptsächlich durch eine fortschreitende gegenseitige Diffusion zwischen dem Kathodensubstrat aus einer Legierung von 15 bis 30 Gew.-$c W und 0,1 bis 1,5 Gew.-% Zr, Rest Ni und die gebrannten Ni-Pulver hervorgerufen. D.h., wenn die IJi-Pulver auf dar. Kathodensubstrat gebrannt v/erden, diffundieren das ';! und Zr im Kathodensubctrat in die Schicht aus gebranntem Ui-Pulver; umgekehrt diffundiert Hi in das Kathodensubr.trat, so daß sich zwischen der Ni-Pulverschicht und dem Kathodensubßtrat eine Diffusionsschicht bildet. Der resultierende Zustand ist in Fig. 2 gezeigt, v^obei Fig. 2 (a) da.s Kathodcnsubstrat

1 und eine hierauf aufgebrachte IJi-Puivcrschicht h und Fig.

2 (b) zusätzlich eine zwischen beiden gebildete Diffusionsschicht 5 zeigt.

Der V."irnedehnvinf;.'^;koef.fizient der Diffu.siomtschicht 5 der Fig. 2 (b) ist größer als der des Kathodonsubstratr: 1 . Diesem Unterschied der V.'ärmedehriungskoefficionten ist ein? Deformation infolge des Unterschieds der Difiusionr.kooffizienten von IJi und V/ überlagert. D.h., der Diffur.ionskoeffizient des 1Ii der lii-Pulverschicht zum Kathoden,'.ubstrat ist etwa dreimal größer als dor von V/ vom Kuthodon.'.'.ubstrat zur Ili-Pulverschicht. Daher nimmt das die Iii-Pulverr.chicht berührende Katliodenßub.otrat von der Ni-i'ulverGchicht ein diffundierendes Hi auf, so daß viele Poren entstehen und sich das Kathodenraibstrat ausdehnt.

Der Krfindung Jiegt die Erkermtnifi zugrunde, daß, wenn anstelle von ili-Pul vorn solche aus i'o auf das Kathockn.'jubstra L auf;-,«ihrrumt ','Ci'doti (('o lint ril'mlicho chcni..^r.;cho Eigcnfdiaften wie III), die thern.LiJcho Deformation gf!;-;ciiüuf;r^% der bf;i gebianrten IIl-PuLvc.'fn umgekcihrl·. v/ii'd, d.li., oh erfolgt oino thermi.'iche Deformation (ΙογμγΙ, daij .sich ti Lo woil.e aet, Kai.hodcnüiib. t.vi·- t.r;, auf die; die (o-i'ulvor ΐ',ιιίycorn.cAxl sind, ;:u;;:iri:;i»!nzioht, '..T)IiCiL die (lic i iit· ιτιΐί) lon i. 5 ι .!ο i.M.i r.:..Loni.:;ch ll :.' illdfiii ''(> Ox Lei .'(Ti·! ndii:'.;*; imcl t.'o -ohr gul: ük;: ituiido:- ·.; \cn.

7 0 9 fi Β ? / 1 Π 1 2

ORIGINAL INSPECTED

Die erfindungsgemäße Kathode "für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren, bei der als Kathodensubstrat eine Legierung aus 15 bis 30 Gew.-# W, 0,1 bis 1,5 Ge\r.-% Zr, Rest Ni oder eine Verbindung, bei der ein Teil des oder das gesamte Ni durch Co ersetzt ist, verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Pulvern einer Ni-Co-Legierung oder aus einem Pulvergemisch von Ni und Co auf der Oberfläche des Kathodensubstrats vorgesehen und das Kathodensubstrat erhitzt wird, so daß Ni und Co in das Kathodensubstrat eindiffundieren.

Erfindungsgemäß besteht das Kathodensubstrat aus einer Legierung von 15 bis 30 Gew.-90 W und 0,1 bis 1,5 Gew.-# Zr, Rest Ni oder einer Legierung, bei der ein Teil des oder das gesamte Ni durch Co ersetzt ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kathodensubstrat 1 der in Fig. 1 gezeigten Form aus einem aus der Legierung hergestellten Blech hergestellt, z.B. ausgestanzt. Auf die Oberfläche des Kathodensubstrats wird eine Schicht aus Pulvern einer Ni-Co-Legierung oder eines Pulvergemisches aus Ni und Co aufgebracht. Die Verbindungsschicht braucht nur an der Seite aufgebracht zu v/erden, an der die thermoionische Emissionsschicht vorgesehen ist; sie kann aber auch auf beide Seiten des Kathodensubstrats aufgebracht werden, da die thermische Deformation der Kathode infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten zwischen Kathodensubstrat, Diffusionsschicht und Ni/Co-Pulverschicht berücksichtigt werden muß.

Das Zusammensetzungsverhältnis der Pulver der Ni-Co-Legierung oder des Pulvergemisches aus Ni und Co ist bei Verwendung der Legierung bzw. des Pulvergemisches grundsätzlich gleich. Vorzugsweise liegt im Hinblick auf die Stärke der Verbiegung der Kathode infolge der thermischen Deformation der Ni-Gehalt

709882/1012

im Bereich von 65 bis 35 Gew.-% und der Co-Gehalt bei 35 bis 65 Gew.-9ό. Die Pulverschicht kann durch Auflegen im pulverförmigen Zustand oder durch Aufbringen einer Pulveraufschlemmung oder -paste in einem Medium angebracht werden, das auf die nachfolgende Diffucionsbehandlung der Kathodensubstratschicht keinen Einfluß hat. Anschliessend wird die aufgebrachte Aufschiemmung oder -paste getrocknet. Eine ausreichende Stärke liegt zv.'ischen etwa 2 und 5 mg/cm .

Darauf v/ird das mit der Pulver¹ schicht versehene Kathodensubstrat im Vakuum erhitzt, beispielsweise 30 Minuten lang bei 900⁰C. Hierbei werden die Pulver auf das Kathodensubstrat aufgebrannt und Ni und Co diffundieren in das Kathodensubstrat. Durch diese Diffusionsbehandlung kann die thermische Deformation des Kathodensubstrats durch die nachfolgende Erhitzung beim Aufbringen der thermoionischen Emissionsschicht und durch die Erhitzung unmittelbar nach der Inbetriebnahme verhindert werden.

Auf das der Diffusionsbehandlung unterworfene Kathodensubstrat wird eine Decklösung aus Carbonatverbindungen, beispielsweise von Barium, Strontium und Calcium, aufgebracht. Die Decklösung v/ird durch 40-stündiges Mischen von 100 g Nitrozellulose und 100 1 Butylazetat mit 100 g der Carbonate in einer Kugelmühle hergestellt. Anschliessend wird das Kathodensubstrat bei erhöhter Temperatur calciniert, so daß eine thermoionische Emissionsschicht als deren Oxidverbindungen entsteht.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Pulver der Ni-Co-Legierung oder des Pulvergemisches aus Ni und Co wird die Deformation durch gegenseitige Aufhebung der Deformationen infolge der gegenseitigen Diffusion verhindert, d.h., durch gleichzeitige Verwendung von Ni und Co mit entgegengesetzten Auswirkungen auf die thermische Defor-

709882/1012

mation Cos Kathodensubstratkörpers. Bei der wechselseitigen Diffusion der Co-Pulver schicht und des Substratine tails diffundieren nämlich Co-Atome in das Substratmetall, während Ni- und W-Atome aus dem Substratmetall in die Co-Pulver schicht diffundieren. Dabei ist die Menge der Ni- und W-Atome, die aus dem Substratmetall in die Co-Pulverschicht diffundieren, größer als die Menge der in das Substratmetall diffundierenden Co-Atoine, so daß das die Co-Pulverschicht berührende Substratmetall schrumpft. Dagegen dehnt sich im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Fall der Co-Pulverschicht bei der Ni-Pulverschicht das Substratmetall. Wenn daher die Co- und die Ni-Pulverschicht. gleichzeitig angewendet v/erden, heben sich die Deformationen infolge dier.er beiden Wirkungen gegenseitig auf. Die Pulver der Ni-Co-Legierung haben die gleiche Wirkung vie die Pulvermischung aus Hi und Co, weil bei der Diffusion Ni- und Co-Atome diffundieren.

Weiter wird durch die Erfindung eine Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Hotallschicht, die nicht mehr als 10 Gew. -% W und/oder Mo und nicht mehr als 1,5 Gev/.-$6 Zr, Rest Ni und/oder Co auf wenigstens einer Seite einer flachen Metallplatte aus einer Legierung auf Ni- oder Co-Basis enthält. Die flache Metallplatte wird erhitzt, so daß Ni und Co in die flache Metallplatte diffundieren und eine aus einer Verbindung bestehende Platte bilden. Aus dieser Platte v/ird ein Kathodensubstrat zu Kathodenform geformt und es werden Pulver einer Ni-Co-Legierung oder eine Pulvermischung aus Ni und Co auf das Kathodensubstrat aufgebracht. Das Kathodensubstrat v/ird erhitzt, so daß Ni und Co in das Kathodensubstrat hineindiffundieren. Darauf v/ird die thermoionische Emissionsschicht aufgebracht.

Die Stärke t der flachen Metallplatte der Legierung wird unter Berücksichtigung der nachfolgenden plastischen

709882/1012

Bearbeitung bestimmt. Die aus der Legierung bestehende flache Metallplatte kann vorzugsweise durch Formen eines Pulvergemisches der betreffenden, die Bestandteile ausmachenden Metallpulver unter Druck hergestellt v/erden, worauf das Geraisch gesintert und die gesinterte Mischung kaltgewalzt wird. Die Stärke der flachen Metallplatte wird weiter unter Berücksichtigung ihres elektrischen Widerstandes bestimmt; sie beträgt vorzugsv/eise 20 bis 50 pm. Die Metallschicht enthält nicht mehr als 10 Cew.-^ W und/oder Mo und nicht mehr als 1,5 Gew.-⁽/o Zr, Rest Ki und/oder Co, d.h., die Metallschicht besteht zumindest aus Ni oder Co, v/enn der Gehalt an V/, Mo und Zr gleich O ist.

Wenn die Gesamtstärke der Metallschichten zumindest mit der Ni- oder der Co-Schicht an der Vorder- und Rückseite der !lachen Metallplatte weniger als 1 % der Stärke des Kathodensubstrats beträgt, wirkt sich dies auf die Verhinderung der thermischen Deformation nicht aus. w'enn aber die Stärke 15 % der Stärke des Kathodensubstrata übersteigt, wird der elektrische Widerstand der gesamten Kathode durch die Bildung der starken Metallschicht aus Ni, Co oder Ni-Co, die einen kleinen elektrischen Widerstand hat, auf dem Kathodensubstrat mit hohem elektrischem Widerstand abgesenkt und die Betätigung als Kathode nimmt eine längere Zeit in Anspruch und die Schwankungen von Kathode zu Kathode sind groß, obwohl die Ihernische Deformation verhindert v/erden kann. Vorzugsweise liegt daher die Gesamtstärke der Metallschichten auf der Vorder- und der Rückseite des Kathodensubstrnts zwischen 1 und 15 /j der Stärke des Kathodensubstrats.

Die dichte Metallschicht aus Ni, Co oder Ni-Co kann beispielsweise durch Piatieren, Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, durch Iononplatieren, durch Überziehen mit Folie oder Blech usw. aufgebracht v/erden, bevorzugt wird jedoch das Piatierverfahren.

709882/1012

ORIGINAL INSPECTED

Als Piatierverfahren kann jedes beliebige elektrolytische und chemische über zugsverfahren angev/endet v/erden. Beispielsweise v/ird im Falle von Ni das elektrolytische Überziehen ausgeführt in einem normalen Ni-Uberzugsbad, beispielsweise einem Bad, das 150 g/l Nickelsulfat, 15 g/l Ammoniumchlorid und 15 g/l Borsäure (pH 6,0) enthält. Es wird bei einer Badtemperatur von 25⁰C und einer Strom-

dichte von 1 A/dm gearbeitet. Auch bei Co oder der Ni-Co-Legierung wird das normale chemische oder elektrolytische Überziehverfahren angewendet.

Als Metallschicht kann auch eine Schicht aus einer Legierung vorgesehen v/erden, derai Bestandteile innerhalb des Bereichs der Bestandteile der Legierung des Kathodensubstrats in geeigneter V/eise gewählt werden können. Bei einer Legierungsschicht mit 5 bis 10 Ge\r.-% W, nicht mehr als 1,5 Gevr.-% Zr, Rest Ni/und Co, hat Zr keine Auswirkung auf die thermische Deformation. Sie kann daher ausgeschieden v/erden. W oder Mo wirken sich jedoch auf die thermische Deformation aus. D.h., es kann eine Legierung in geeigneter Weise aus den Systemen Ni-W, Ni-Mo, Ni-W-Mo, Ni-Co-W, Ni-Co-Mo und Ni-Co-VZ-Mo gewählt v/erden. Ferner können diese Systeme zusätzlich Zr enthalten. Die Schicht aus diesen Legierungen kann in der gleichen Weise wie im Falle der Nl-Schicht auf das Kathodensubstrat aufgebracht werden. Insbesondere kann eine wünschenswerte Folie oder Platte aus diesen Legierungen durch Sintern eines Genisches aus Ni-, Co-, V/-, Mo- und Zr-Pulvern in einem gewünschten Mischverhältnis zu einer Platte hergestellt werden, beispielsweise mit den Abmessungen 10 mm χ 80 mm χ 150 mm (Stärke χ Breite χ Länge), sowie Kaltwalzen und Glühen der sich ergebenden Platte im Vakuum (bei 800 bis 100O⁰C und 10 Torr oder weniger) in verschiedenen Schritten, beispielsweise 5 mm χ 80 mm χ 250 mm - 2 mm χ 80 mm χ 700 mm - 1mmx80mmx 1300 mm - 0,4 nm χ 60 mn χ 2500 mm.

709882/1012

Wenn eir; Schicht mit nicht mehr als 10 Gev.-% Mo und/oder Yf und nicht mehr als 1,5 Gew.-?S Zr, Rest Ni und /oder Co auf die flache Metallplatte aufgebracht v/ird, d.h. eine Metallschicht, die wenigstens eines der Bestandteile Ni und Co enthält, oder eine Metallschicht aus einer Legierung, die zusätzlich Ho, W und Zr enthalt, und dann in Vakm im erhitzt v/ird, erfolgt zwischen der Schicht und der flachen Metallplatte eine gegenseitige Diffusion von Ni und Co und V/, IIo und Zr, so daß eine Diffusion.ssch.icht mit einem allmählichen Übergang der Konzentrationsänderungen von Ni, Co, V/, Mo und Zr entsteht. Durch die Wärmebehandlung wird die thermische Deformation ausgeschaltet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfinduntrsgemäßen Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren enthält ein Knthodensubstrat mit zwei in der gleichen Richtung v/eisenden Schenkeln und einen je ein Ende der beiden Schenkel miteinander verbindenden flachen Teil, die hergestellt ist durch Ausbildung einer Überzugsschicht mit 1 bis 15 Gew.-^ Nickel und/oder Kobalt durch Diffusionsverbindung auf einer flachen Metallplatte mit 25 bis 30 Gev.-% Wolfram oder Molybdän allein oder insgesamt 25 bis 30 Gew.-So Wolfram und Molybdän zusammen, 0,2 bis 0,8 Ge\:.-% Zirkonium, Rest Nickel oder Kobalt, wobei die Stärke der Überzugsschicht etwa 1 bis 15 % der der Metallplatte beträgt, so daß eine Verbundplatte entsteht. Die Verbundplatte wird dann geformt. Die Kathode enthält ferner eine Verbindungsschicht mit einer unebenen Oberfläche, mit der die thermoionische Emissionsschicht verbunden wird, die durch Diffusionsverbindung einer Schicht von Pulvern der Legierung oder eines Pulvergemisches von 35 bis 65 Gew.-% Ni und 65 bis Gew.-% Co auf die äußere Oberfläche des flachen Teils durch Erhitzen hergestellt wird. Die thermoionische Emissionsschicht wird auf der Verbindungsschicht ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Kathode ist ferner dadurch gekenn-

709882/1012

NAL WSPECTEO

zeichnet, daß die Metallschicht durch Diffusionsverbindung auf die flache Metallplatte aufgebracht und darauf die durch Diffusion verbundene flache Metallplatte einer plastischen Bearbeitung zu der gewünschten Stärke unterv'orfen ist, so daß eine Verbundplatte entsteht. Aus dieser Verbundplatte wird das Kathodensubstrat hergestellt. Insbesondere wird bei der plastischen Bearbeitung auf die gewünschte Stärke kaltgewalzt, beispielsweise auf eine Stärke von 30 u. Es entsteht dabei ein Kathodensubstrat 1 gemäß Flg. 1. Uni die gewünschte Stärke zu erzielen wird der Kaltwalzschritt zweimal wiederholt, wobei nachfolgend jeweils im Vakuum geglüht wird, wenn die Verbundplatte mit der darauf befindlichem Diffusionsrchicht eine Stärke von 1 mm hat. Es wird also in folgenden Stufen kaltgewalzt und geglüht: 1 mm Stärko - 0,4 mm Stärke - 0,03 mm Sterke.

Aus der Verbundplatte oder den Verbundblech wird durch Stanzen ein kathodenförmiges Kathodensubstrat hergestellt und es werden auf das Kathodensubstrat Ni- und Co-Pulver aufgebracht. Darauf wird das Substrat erhitzt, so daß eine Diffusionsschiht aus Ni und Co entsteht. Hierauf wird eine Lösung von Carbonatverbindungen von Barium, Strontium und Calcium auf das Substrat aufgetragen. Das Substrat wird darauf bei hoher Temperatur calciniert, so daß sich das Karbonat in seine Oxidverbindungen umwandelt. Hierbei entsteht die thermoionische Emissionscchicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert .

Beispiel 1

Es worden gemäß Fig. 1 Kathodensubctrate 1 durch Stanzen aus einem Legierv.n^sblech hergestellt. Die Legierungsbestandteile sind 28 Gew.-^ V/, 0,4 Gew.-yo Zr, Rest Hi, bzw. 10 Gew.-'/o Co, 26 Gew.-'/i V/, 0,4 Gew.-$i Zr, liest Hi bzw.

709882/1012 ORIGINAL INSPECTED

273035A

30 Gew.-^' Co, 28 Gew.-% Y/, 0,4 Gew.-So Zr, Rest Ni. Die Bleche hatten je eine Stärke von 30 μ. Die hergestellten Kathodencubstrate wurden als Testsubstrate verwendet.

Pulver der Ni-Co~Legierung und Pulvergemische raiu Mi und Co mit verschiedenen Zusammensetzungen sowie einfache Ni- und Co-PuIver als Vergleichsboispiele wurden auf das

Testkathodensubstrat mit einer Dichte von 2 biß 4 ms/cm ^ aufgebracht und im Vakuum 30 Minuten lang l>oi 900⁰C erhitzt, urn die Pulver zu brennen. Darauf wurden die Deformationen Δ1 genossen. Die Deformation Al ist ein Haß für die Verbiegung der Kathode. Die Verbiegung in Dehnung £5-richtung des Kathodensubntrats wird mit +Al und die in Schrumpfrichtung mit -Ai bezeichnet.

Fig. 3 zeigt Teilbei'eiche, in denen die thermischen Deformationen Al der jeweiligen Tests über den Zusammensetzungen von Ni und Co aufgetragen sind. Die Verbieguni·; von IJi (100 ^CA) _t d.h. von Einfach-Ni-Pulvern ist +Al $eich 23 bis 35 p, die von Co (100 %), d.h. Einfach-Co-l'ulvern ist -Al gleich 20 bis 33 p.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführung si orrnen ändert sich die Biegung Al durch das Zusammensetzungsverhöltnis von Ni und Co; die Verbiegung v/ird jedoch durch die Zusammensetzung der das Substratmetall bildenden Legierung und die Differenzen zv/isehen der Co-IIi-Legierung und dem Gemisch aus Ni und Co veniger beeinflußt. Bei spiel sv.^rei se liegen die Verbiegungen bei 35 bis 65 Gev/.-Si Co und 65 bis 35 Gev,^F.-?i IJi sämtlich innerhalb des Meßfehlerbereichs von 2 bis 3 p.

Auf die Toststücke (auf die Pulvor in einem Bereich von bis 65 Gevf.-/') Co und 65 bis 35 Gov.-/·' Mi aufgobraclit varon) wurde (ta, i'.v, Ca) CO-. mit einer ^t[IrUe von 2 γλ[·:/ο:·λ~' ohne Korrektur· der ciuvci; cloi; orennon hcr'vor'^oru.f οι·γπ Vc ■•bii'.'-v.n,^ aufgebracht, und bei IuOO⁰C 30 Iliimten lang erhitzt, uri

709882/ 1012 ORIGINAL INSPECTED

~ ¹⁹ - 273035/»

die thf oionische Emissionsschicht zu bilden.

Die Verbiegungen Al der sich ergebenden Kathode lagen innerhalb des Ileßfehlerbereichs von 2 bis 3 U. Auf ähnliche Veise wurde eine thermoionische Emissionsschicht im Falle der Einfach-Kickel-Pulver gebildet und die Verbiegung gemessen: Al lag hierbei im Bereich zwischen 40 und 55 p.

Beispiel 2

Ein Pulvergemisch aus AO Ge\?.-% Ni und 60 Gew.-^C/S Co wurde auf beiden Seiten eines Test-Kathodenßubstrats aus einem Legierungsblech mit 28 Gev/.-5-ό V/, 0,4 Gew.-# Zr, Rest Ni, der Stärke 30 μ nit einer Stärke von 2 bis 4 mg/cm aufgebracht und ebenso wie im Beispiel 1 gebrannt. Die gemessene Verbiegung +Al und -Al lag innerhalb des Heßiehlerbereichf von 1 u.

Beispiel 3

Pulvergemische von 75 Gew.-% Ni, 25 Gew.-% Co und 50 Gew.- % Ni, 50 Gew.-% Co wurden mit einer Stärke von 2 mg/cm auf beide Seiten von Kathodensubstraten mit 28 Gexr.-% W₁ 0,4 Gew.-ίά Zr, Rest Mi mit einer Stärke von 30 u aufgebracht, die auf beiden Seiten einer Ni-Platierung mit einer Stärke von 0,5 ρ (Stärke auf einer Seite) unterworfen wurde und durch Erhitzung bei 800⁰C im Vakuum 30 Minuten lang gebrannt. V/eiter vmrde (Ba, Sr, Ca) CO, auf

/2 ^ die Substrate mit einer Stärke von 2 mg/cm aufgebracht und 6 Stunden lang bei 1000⁰C erhitzt, so daß die thermoionische Emlssionsschjcht entstand. Darauf wurden die Deformationen der erhaltenen Kathoden ebenso wie beim Beispiel 1 gemessen.

Die thermische Deformation des Kathodensubstrats war sehr gering; sie lag innerhalb des Keßfehlerbereichs auch dann, wenn beliebige Legierungspulver oder Gemische von 75 Gew.-9ό Ni, 25 Gew.-^ Co bzw. 50 Gew.-?i Ni, 50 Gew.-54.Co aufgebrannt waren. 709882/1012

273G35A

Beispiel 4

Ein flaches Metallblech aus einer Legierung aus 28 Gew.-?o Co und 0,4 Gev/.-?o Zr, Rest Ni mit einer Stärke von 0,35 μ wurde auf einer Seite mit einer Stärke von 30 ja mit Ni überzogen und im Vakuum bei 100O⁰C 15 Stunden lang erhitzt, so daß eine Diffusionsschicht entstand. Das erhaltene Verbundblech wurde auf eine Stärke von 30 μ kaltgewalzt und es wurde ein Kathodensubstrat aus dem Verbundblech ausgestanzt. Darauf wurde unter Verwendung eines Pulvergemisch^ r; von 50 Gew.-^j Ni und 50 Gew.-9a Co in der gleichen V/eise wie in Beispiel 2 eine thermoionische Emissionsschicht gebildet. Beim vorliegenden Beispiel wurde nach normalen Verfahren mit Nickel überzogen und kaltgewalzt.

Nach dem Brennen der Pulvergeinische und nach der Ausbildung der thermoionischorj Emissionsschicht wurde λΙ geinessen; es lag innerhalb des Heßfehlerbereichs.

Beirrplel 5

Ein Legierungcblech mit 10 Gew.-^o W, 0,4 Gew.-?.' Zr, Rest Ni mit einer Stärke von 1 mm wurde auf eine Seite eines flachen Bleches aus einer Legierung von 28 Gew.-ί-ό V/, 0,4 Gev;.- % Zr, Rest Ni mit einer Stärke von 10 min, das auf dem Wege der Pulvermetallurgie hergestellt wurde, aufgelegt und zur Ausbildung einer Diffusionsschicht 20 Stunden lang im Vakuum erhitzt. Das sich ergebende Verbundblech wurde auf eine Stärke von 30ja kaltgewalzt. Aus dem so erhaltenen Verbundblech wurde ein Kathodensubstrat ausgestanzt. Auf dem Kathodensubstrat wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 eine thermoionische Emissionsschicht aufgebracht, und zwar unter Verwendung eines Pulvergemisches von je 50 Gew.-% Ni und Co. Nach dem Brennen der Ni-Co-Pulver, nach dem Brennen der thermoionischen Emissionsschicht und nach einer Erhitzung von 100 Stunden bei 800⁰C im Vakuum wurde jeweils &1 gernessen; es lag stets innerhalb des Meßfehlerbereichs .

709882/1012

Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn Legierungsbleche von 10 v.0V/.-96 VT, 0,4 Gew.-$S Zr, Rest Ni mit einer Stärke
von 1 mm auf beide Seiten des flachen Metallbleches aufgebracht wurden.

Wenn eine gemäß Beispiel 1 hergestellte Kathode (Brennen
eines Pulver gemisches von 60 Gev.~% Co und. 40 Ge\r.-% Ni) . in einen Farbfernseher eingebaut wird, ist keinerlei
Einfluß durch thermische Deformation unmittelbar nach Inbetriebnahme zu beobachten.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß durch die Erfindung die thermische Deformation der Kathode vollständig verhindert werden kann, die bisher bei direkt beheizten Kathoden strahlröhren einen ihre Brauchbarkeit in Frage stellenden Mangel darstellte.

709882/1012

Claims

PA ιΈ ST. ANWA LTE

SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBtL-HOPF EBBIN6HAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN QO POSTADRESSE: POSTFACH SBOtGO, D-8OOO MÖNCHEN SB

KARL LUOWIQ SCHIFF

DIPL. CHEM. OR. ALEXANDER V. FÜNER -DB¹I- INO. PETER STREHL

DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHt)BEL-HOPF DtPL. IMG- DIETER CBOIiJOHAUS DR. INS. DIETER FINCK

TELEFON (Οββ) 4βϊΟΒ4

TELEX 5-33566 AURO D

TELEQRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

HITACHI, LTD. DA-14153

5. Jvili 1977

Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren und Verfahren zu deren Herstellung

Patentansprüche:

1.) Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren, gekennzeichnet durch ein Kathodensubstrat (1) mit zv/ei Schenkeln (1¹), die in der gleichen Richtung verlaufen und an je einem Ende durch ein flaches Teil (1¹¹) miteinander verbunden sind, das durch Formung eines flachen Metallbleches aus einer Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis hergestellt ist, durch eine Verbindungsschicht (5), die unter Wärme diffundierende Metalle mit einer

709082/1012

ORIGINAL INSPECTED

Affinität zum flachen Metallblech enthält und eine unebene Oberfläche aufweist, die auf einer äußeren Oberfläche des flachen Teils (1 · ·) durch Diffusionsverbindung hergestellt ist, an deren Oberfläche eine thermoionische Emissionsschicht (4) aufzubringen ist, und durch die auf der Oberfläche der Verbindungsschicht ausgebildete thermoionische Emissionsschicht aus Nickel und Kobalt.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) aufi 35 bis 65 Gew.-Jo Nickel und 35 bis 65 Gev/.-S$ Kobalt besteht.

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das flache Metallblech aus einer Legierung aus 15 bis 30 Gev.-^C _yo Wolfram und/oder Molybdän, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Zirkonium, Rest Nickel oder Kobalt besteht.

4. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Metallblech 25 bis 30 Gev/.-?o V/oIfram oder Molybdän allein oder ein Gemisch von 25 bis 30 Gew.-^ Wolfram und Molybdän insgesamt, 0,2 bis 0,8 Gew.-?i Zirkonium, Rest Nickel oder Kobalt enthält.

5. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodensubstrat durch Formen eines Verbundbleches hergestellt ist, das durch Diffusionsverbindung einer Metall- oder Überzugsschicht mit einer

709882/1012

Affinität zum Metallblech an demselben gewonnen wurde.

6. Kathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Metall- oder Uberzugsschicht aus nicht mehr als 10 Gew.-% Wolfram und/oder Molybdän und nicht mehr als 1,5 Gq\k-% Zirkonium, Rest Nickel und/oder Kolbalt besteht.

7. Kathode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Metall- oder Überzugsschicht 1 bis 15 % der Stärke des flachen Metallbleches beträgt.

8. Kathode nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Verbinden des Hetallbleches und der Metallschicht durch Diffusionsverbindung das flache Metallblech plastisch bearbeitet, vorzugsweise kaltgewalzt wird, wodurch ein Verbundblech entsteht, das danach geformt wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Kathode für direkt beheizte Kathodenstrahlröhren, bei dem ein flaches Metallblech aus einer Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis zu einem Kathodensubstrat geformt wird, das zwei in gleicher Richtung verlaufende Schenkel und ein Je ein Ende der beiden Schenkel verbindendes flaches Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallpulver-

709882/1012

schicht aus unter Wärme diffundierendem Metall mit einer Affinität zum flachen Metallblech auf eine äußere Oberfläche des flachen Teils aufgebracht wird, daß die Pulverschicht erhitzt wird, so daß die Pulverschicht unter Diffusion mit dem flachen Teil verbunden wird, und daß eine Verbindungsschicht mit unebener Oberfläche gebildet wird, an deren Oberfläche eine thermoionische Emissionsschicht haftend aufgebracht werden soll, und daß die thermoionische Emissionsschicht auf der Verbindungsschicht ausgebildet wird, wobei die Verbindungsschicht aus Pulvern aus einer Nickel-Kobalt-Legierung oder einem Pulvergemisch aus Nickel und Kobalt besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht aus Pulvern der Nickel-Kobalt-Legierung oder das Pulvergemisch aus Nickel und Kobalt aus 35 bis 65 Gew.-5i Nickel und 65 bis 35 Gew.-56 Kobalt besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Metallblech aus einer Legierung aus 15 bis 30 Gew.-Ji Wolfram und/oder Molybdän und 0,1 bis 1,5 Gew.-Jo Zirkonium, Rest Nickel oder Kobalt, besteht.

709882/1012

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß das flache Metallblech aus 25 bis 30 Gew.-# Wolfram oder Molybdän allein oder einem Gemisch aus 25 bis 30 Gew.-% Wolfram und Molybdän insgesamt und 0,2 bis 0,8 Gew.-% Zirkonium, Rest Nickel oder Kobalt besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbundblech, das durch Diffusionsverbindung einer Metall- oder Über zug scchicht mit einer Affinität zum flachen Metallblech mit demselben hergestellt ist, zum Kathodensubstrat geformt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Metall- oder Uberzugsschicht aus nicht mehr als 10 Gew.-% Wolfram und/oder Molybdän und aus nicht mehr als 1,5 Gew.-$4 Zirkonium, Rest Nickel und/ oder Kobalt besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke der Metall- oder Überzugsschicht aus Nickel und/oder Kobalt 1 bis 15 % der Stärke des flachen Metallbleches beträgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß das flache Metallblech nach der Diffusionsverbindung der Metall- oder Überzugsschicht mit demselben plastisch verformt, vorzugsweise

709882/1012

kaltgewalzt wird, wobei das Kathodensubstrat aus dem so gewonnenen Verbundblech geformt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß das flache Metallblech durch Pulvermetallurgie hergestellt wird.

Beschreibung 709882/1012