DE3403088A1 - Lochmaske und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Lochmaske und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lochmaske für Farbbildröhren und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
In der Regel enthält eine Farbbildröhre eine Elektronenkanone bzw. ein Elektronenrohr zur Erzeugung von drei
15 Elektronenstrahlen, einen Leuchtstoffschirm auf der
Innenseite einer Stirn- oder Frontplatte eines Kolbens gegenüber der Elektronenkanone bzw. dem Elektronenrohr
mit in gegebener Reihenfolge ausgerichteten rot-, blau- und grünemittierenden Leuchtstoffen und eine Lochmaske,
die in gegebenem Abstand (im folgenden als "g-Wert" bezeichnet)
dem Leuchtstoffschirm gegenüberliegt und regelmäßig ausgebildete öffnungen aufweist. Bei derartigen
Farbbildröhren werden die drei Elektronenstrahlen in der Nähe der öffnungen der Lochmaske konvergiert, und sie
divergieren in einem Raum mit dem q-Wert. Schließlich
landen die Elektronenstrahlen auf den entsprechenden Leuchtstoffen und geben ein Farbbild wieder.
Eine Lochmaske der beschriebenen Art wird in der Regel
wie folgt hergestellt: Zunächst wird auf ein hochreines Eisenblech einer Stärke von 0,1 - 0,3 mm eine
lichtempfindliche Schicht aufgebracht. Auf diese wird ein Maskenmuster mit einer Anzahl von Lochbildern
appliziert, worauf die lichtempfindliche Schicht durch Photobelichtung mit einem Bild des als Vorlage dienenden
Maskenmusters versehen wird. Nach der Entwicklung, dem
Trocknen und dem Brennen wird das Eisenblech geätzt, so daß es nunmehr eine Reihe von öffnungen aufweist.
Schließlich wird das Eisenblech gepreßt, so daß der die öffnungen tragende Teil des Eisenblechs gewölbt
und sein Umfangsteil in eine zur Montage auf einem Maskenrahmen geeignete Form gebracht wird. Zur Fertigstellung
der Lochmaske wird das Ganze dann noch oxidiert, um auf der Oberfläche einen dunkelgrauen oder
schwarzen, korrosionsbeständigen Oxidfilm auszubilden. Dieser Oxidfilm dient folgenden Zwecken:
1. Es soll eine Reflexion von UV-Strahlung auf der
Lochmaskenoberfläche zum Zeitpunkt der Bildung des Leuchtstoffschirms durch Photobelichtung durch die
Lochmaske hindurch während des nachfolgenden Verfahrensschritts verhindert werden;
2. es soll eine Rostbildung vor dem Evakuieren der BiIdröhre
verhindert werden;
3. es soll die Bildung von Sekundärelektronen verhindert werden und
4. im Betriebszustand der Bildröhre sollen Elektronenstrahlen absorbiert werden.
Zur Oxidation bedient man sich einer Dampf-, Gas- oder Alkalibadoxidation. Die Farbe des Oxidfilms ist - wie
bereits erwähnt - dunkelgrau oder schwarz. In der Regel wird eine schwärzliche Farbe bevorzugt.
Gemäß den Lehren der JP-OS 54-139463 liegt die Stärke des Oxidfilms vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 \im.
Wenn die Stärke des Oxidfilms 1 μΐη unterschreitet, läßt
sich eine Rostbildung nicht vollständig verhindern. Wenn andererseits die Stärke des Oxidfilms 3 μπι übersteigt,
kommt es bei der Montage der Lochmaske in der Farbbildröhre häufig zu einem Spratzen,
Als Material für die Lochmaske wird in der Regel hochreines Weicheisenmaterial verwendet. Die Materialwahl
erfolgt im Hinblick auf die gute Verfügbarkeit, die Kosten, die Be- bzw. Verarbeitbarkeit und die Festigkeit.
Der Hauptnachteil dieses Materials ist sein hoher thermischer Ausdehnungskoeffizient von etwa
12 χ 10 /0C im Temperaturbereich von 0 - 100°C.
Die Elektronenstrahldurchlässigkeit üblicher Loch-
masken beträgt etwa 15 - 25 %. Die restlichen 75 - 85 % der Elektronenstrahlen treffen auf die Lochmaske auf,
so daß ihre kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Folge davon ist, daß sich die Lochmaske
oftmals auf eine Temperatur von 8O°C erwärmt.
Diese Erwärmung führt wiederum zu einer Wölbung infolge des hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Folglich
weicht also lokal der q-Wert vom berechneten Wert ab. Eine solche Änderung im q-Wert führt zu einem Fehltreffer
des einzelnen Elektronenstrahls im Hinblick auf den entsprechenden Leuchtstoff, was eine Beeinträchtigung
der Farbreinheit zur Folge hat. Diese Tendenz zeigt sich insbesondere bei dünnen Lochmasken mit
feinem Öffnungsabstand für eine hochauflösende Farbbildröhre.
Hierbei handelt es sich um das für die Beurtei-
3Q lung der Gesamtqualität der Farbbildröhre entscheidende
Problem.
Zur Verhinderung einer Beeinträchtigung der Farbreinheit wurden auch bereits als Material für die Lochmaske Lege
gierungen mit Eisen und Nickel als Hauptbestandteilen
1 und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
5 χ 10 /0C oder darunter (1/10 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von Eisen) im Temperaturbereich von 0 - 100°C verwendet (vgl. JP-OS 42-25446, 50-58977 und
50-68650). In anderen Worten gesagt, wurde folglich ein Ifateriäl eines niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zur weitestgehenden Lösung des Wölbungsproblems verwendet.
Da jedoch ein Eisen und Nickel als Hauptbestandteile enthaltendes Material ähnlich wie Weicheisen während
des Herstellungsverfahrens zum Rosten neigt, können sich die öffnungen zusetzen, wobei die Spannungsbeständigkeitseigenschaften
der Lochmaske beeinträchtigt werden können. Um dies zu verhindern, wird auf der Oberfläche der Lochmaske ein Oxidfilm ausgebildet.
Es bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, auf eine Legierung der beschriebenen Art einen schwarzen
Oxidfilm hoher Wärmebeständigkeitseigenschaften und
20 guter Haftung aufzubringen. Unter Normalbedingungen
einer Dampfatmosphäre bei einer Temperatur von 570 - 600°C oder einer CO+CO2+O2-Gasatmosphäre bei
einer Temperatur von 570 - 6000C läßt sich auf der
Oberfläche des aus der Legierung bestehenden Blechs
kein akzeptabler Oxidfilm ausbilden. Selbst wenn die Oxidationsdauer stark verlängert wird (60 - 90 min im
Vergleich zu einer normalen Oxidationsdauer von 5-10 min) , um einen Oxidfilm einer Stärke von 1 - 3 μΐη
zu erzeugen, ist die Haftung zwischen dem Oxidfilm und
30 dem aus der Eisen/Nickel-Legierung bestehenden Blech
schwach. Der Oxidfilm neigt zum Abblättern von dem Blech und zur Staubbildung in der Bildröhre. Auch hierdurch
werden die Spannungsbeständigkeitseigenschaften beeinträchtigt.
Das geschilderte Problem beruht vermutlich auf folgendem
Phänomen: In der Regel wird eine Eisenlochmaske zur Bildung eines Oxidfilms 5-10 min lang in einer Dampfatmosphäre
oder einer CO+CO2+O2-Gasatmosphäre bei
570 - 600°C oxidiert. Der gebildete Oxidfilm enthält offensichtlich Fe3O3 und Fe3O4. Der Fe2O3 +Fe3O4-OxIdfilm
bildet eine feste Verbindung mit dem darunterliegenden Eisenblech und löst sich auch beim Erwärmen des
erhaltenen Gebildes nicht ab. Auf diese Weise kann der Oxidfilm dazu dienen, die Lochmaske gegen Korrosion zu
schützen. Andererseits läßt sich bei einer Lochmaske mit Eisen und Nickel als Hauptbestandteilen selbst
bei Einhaltung derselben Oxidationsbedingungen wie im Falle einer Lochmaske aus Eisen kein akzeptabler Oxidfilm
ausbilden. Um auf einem aus einer Eisen/Nickel-Legierung bestehenden Blech einen Oxidfilm ausreichender
Stärke herzustellen, wird die Oxidationsdauer (bis zum Erreichen der gewünschten Stärke) verlängert. In diesem
Falle kommt es jedoch während der nachgeschalteten Wärmebehandlung zu einer Rißbildung im Oxidfilm/ wobei sich
der Oxidfilm vom Eisen/Nickel-Blech ablöst. Wird der Oxidfilm analysiert, um die Gründe für diese Phänomene
herauszufinden, zeigt es sich, daß der Oxidfilm neben Fe-O3 und Fe3O4 auch noch Nickeloxid enthält. Dieses Ergebnis
läßt vermuten, daß sich deshalb auf der Eisen/-Nickel-Lochmaske kein Oxidfilm ausreichender Stärke bilden
läßt, weil die Eisenkonzentration im Oberflächenbereich des Blechs gering ist. Ferner löst sich der Oxidfilm
vom Blech während der Wärmebehandlung vermutlich deshalb ab, weil sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Oxidfilms einerseits und des Blechs andererseits stark voneinander unterscheiden.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Lochmaske anzugeben, bei der zur Verhinderung des
-V-
Röstens auf einem aus einer Eisen/Nickel-Legierung bestehenden
Blech ein festhaftender Oxidfilm aufgetragen ist. Ferner sollte erfindungsgemäß auch noch ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Lochmaske ange-
5 geben werden.
Erfindungsgemäß hat es sich gezeigt, daß bei einer Oberflächenbehandlung einer Lochmaske, bei welcher
lediglich Nickel in einer Oberflächenschicht eines
10 aus einer Metallegierung mit Eisen und Nickel als
Hauptbestandteilen bestehenden Blechs unter Erhaltung des Eisens weggelöst wird, auf der Oberfläche des aus
der Metallegierung bestehenden Blechs ein Oxidfilm ausreichender Stärke gebildet wird. Bei der Oberflä-
15 chenbehandlung wird das aus der Legierung bestehende
Blech mit einem Nickellösungsmittel behandelt. Hierbei erhöht sich der Eisengehalt in der Oberflächenschicht
im Vergleich zum ursprünglichen Eisengehalt. Auf diese Weise entsteht unter normalen Oxidationsbedingungen ein
Oxidfilm sowohl guter Korrosionsbeständigkeit als auch guter Haftung auf dem darunterliegenden Substrat. Da
hierbei der Oxidfilm an der Oberflächenschicht, in der der Eisengehalt höher ist als der Nickelgehalt, gebildet
wird, ist der Eisenoxidgehalt des Oxidfilms deutlich höher als sein Nickeloxidgehalt. Die Oberflächenschicht
mit einem höheren Eisengehalt dient als Zwischenschicht zwischen dem Oxidfilm und dem darunterliegenden Substrat
und vermag thermische Spannungen zwischen dem Oxidfilm und dem darunterliegenden Substrat während der
gQ Wärmebehandlung zu absorbieren.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Lochmaske mit einer Mehrzahl von regelmäßig ausgerichteten öffnungen
aus einer Eisen und Nickel als Hauptbestandteile entgg
haltenden Metallegierung, bei welcher der Eisengehalt
— V— Ö
mindestens einer Oberflächenschicht eines die öffnungen
aufweisenden Teils der Lochmaske höher ist als in dem aus der Metallegierung bestehenden Substrat.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske für Farbbildröhren, bei
welchem man zunächst in einem aus einer Metallegierung mit Eisen und Nickel als Hauptbestandteilen bestehenden
Blech eine Mehrzahl von regelmäßig ausgerichteten öffnungen ausbildet, eine derartige Oberflächenbehandlung
durchführt, daß der Eisengehalt der Oberflächenschicht des aus der Metallegierung bestehenden Blechs gegenüber
dem Eisengehalt des Substrats in Form des aus der Metalllegierung bestehenden Blechs steigt, und das aus der Me-
15 tallegierung bestehende Blech zur Bildung eines Oxidfilms auf seiner Oberfläche oxidiert.
Zur Erhöhung des Eisengehalts der Oberflächenschicht bedient
man sich einer chemischen Behandlung unter Verwendung einer selektiv nickellösenden Lösung. Hierbei
handelt es sich in der Regel um eine "Nickelabstreiflösung" zum Abstreifen bzw. Beseitigen eines auf dem
Eisenblech gebildeten Nickelfilms.
Anstelle der geschilderten Naßbehandlung kann man auch eine Trockenätzung unter Verwendung eines zum selektiven
Wegätzen von Nickel geeigneten gasförmigen Ätzmittels durchführen.
QQ Aus der graphischen Darstellung ergibt sich die Beziehung
zwischen der Beschleunigungsspannung und dem Eisengehalt einer Oberflächenschicht einer Lochmaske (ermittelt
durch EPMA-Analyse).
gg Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen
.
1 Beispiel 1
Durch Photoätzung eines 0,1 mm dicken, aus einer Metalllegierung mit 36 % Nickel und Eisen als Hauptbestandteilen
bestehenden Blechs werden in gegebenem Muster
öffnungen erzeugt. Das erhaltene Gebilde wird bei einer
Temperatur von 1 1000C im Vakuum angelassen. Während
des Anlassens gebildete Falten bzw. Runzeln werden mit Hilfe einer Richtvorrichtung entfernt. Danach wird das erhaltene Gebilde einer chemischen Behandlung unterworfen.
des Anlassens gebildete Falten bzw. Runzeln werden mit Hilfe einer Richtvorrichtung entfernt. Danach wird das erhaltene Gebilde einer chemischen Behandlung unterworfen.
Die zur chemischen Behandlung verwendete Lösung besteht aus dem Handelsprodukt ENSTRIP S der Japan Metal
Finishing Company. Es handelt sich hierbei um ein Abstreifmittel für einen auf ein Eisenblech aufplattierten Nickelfilm.
Finishing Company. Es handelt sich hierbei um ein Abstreifmittel für einen auf ein Eisenblech aufplattierten Nickelfilm.
Sechs Prüflinge werden verschieden lange mit der 60 g/l ENSTRIP S und 100 g/l NaCN enthaltenden Abstreiflösung
behandelt. Die Eisengehalte der behandelten Prüflinge
werden als Zählimpulse eines Elektronensonden-Röntgenstrahlenmikroanalysators (EPMA) pro s ermittelt. Unter Bezugnahme auf die graphische Darstellung erhöhen sich mit zunehmender Behandlungsdauer die Zählimpulse im
werden als Zählimpulse eines Elektronensonden-Röntgenstrahlenmikroanalysators (EPMA) pro s ermittelt. Unter Bezugnahme auf die graphische Darstellung erhöhen sich mit zunehmender Behandlungsdauer die Zählimpulse im
niedrigen Beschleunigungsspannungsbereich. Dies zeigt, daß der Eisengehalt in der Oberflächenschicht zunimmt.
Die Kurven (a) bis (g) entsprechen den in der folgenden Tabelle angegebenen Behandlungszeiten.
Die erhaltene flache Maske wird derart gepreßt, daß ein mit öffnungen versehener Teil gekrümmt wird und ein
Umfangsteil als leicht auf einen Maskenrahmen montierbarer Randteil ausgeformt wird.
Umfangsteil als leicht auf einen Maskenrahmen montierbarer Randteil ausgeformt wird.
Die Masken werden mit Trichlorethylen entfettet und zur Bildung von Oxidfilmen einer Co+C02+02-Gasatmosphäre
einer Temperatur von 570 - 60O0C ausgesetzt.
5 Die Haftung und die Antikorrosionseigenschaften der
Oxidfilme der Lochmasken sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.
TABELLE
Ermittlung der Eigenschaften des Oxidfilms
Ermittlung der Eigenschaften des Oxidfilms
Chemikalienbe handlung |
keine Be handlung |
Stärke des Oxidfilms |
Haftung des Oxidfilms |
Korrosionsbeständigkeit (beim Korrosions test auftretende Korrosion) |
nach | 2 Tagen | nach 3 Tagen |
30 s | in um | - | nach 1 Tag | 20 | 43 | ||
(a) | 1 min | 0,5 oder weniger |
Δ | 6 | 8 | 15 | |
(b) | 3 min | 0,5 | O | 3 | 2 | 7 | |
(C) | 5 min | 1,5 | O | 0 | 3 | 9 | |
(d) | 10 min | 2,5 | Δ | 0 | 4 | 8 | |
(e) | Vergleich: reine Eisenmaske |
4,0 | χ | 0 | 28 | 53 | |
(f) | 7,0 | ο | 10 | 3 | 17 | ||
(g) | 2,0 | 2 | |||||
O CO CD CO 00
Filmstärke:
-iV Al
Ein Filmschnitt wird poliert und mit einem optischen Mikroskop ausgemessen.
Filmhaftung:
Nach 60-minütigem Erwärmen der Lochmaske auf 45O°C in einem elektrischen
Ofen wird die Lochmaske mit einem Krümmungsradius R von 1 mm um 90° gebogen.
Auf den Oxidfilm wird ein Stück Cellophanband geklebt und abgezogen, um den Ablösungsgrad des Oxidfilms zu
ermitteln. Die Bezeichnungen o, ^ und χ in der Tabelle entsprechen verschiedenen
Ablösungsgraden;
ο = keine Ablösung;
£ = schwache Ablösung und χ = unangemessen starke Ablösung.
ο = keine Ablösung;
£ = schwache Ablösung und χ = unangemessen starke Ablösung.
Korrosionsbeständigkeit:
Nachdem die Lochmaske die angegebene Zeit lang bei einer Temperatur von 350C und einer
relativen Feuchtigkeit von 90 - 95 % liegengelassen worden war, wird das Ausmaß der
aufgetretenen Korrosion ermittelt (Zwangskorrosion).
Es hat sich gezeigt, daß die mit der geschilderten chemischen Behandlungslösung 1 - 3 min lang bei 800C behandelten
Lochmasken dieselbe Haftung, dieselben Wärme-30
bestandigkextsexgenschaften und dieselben Antxkorrosxonsexgenschaften
oder eine bessere Haftung und bessere Antxkorrosxonsexgenschaften aufweisen wie bzw. als
eine Lochmaske aus üblichem Reineisen.
35 Die Lochmasken entsprechend Beispielen (c) und (d) der
Tabelle werden in Farbbildröhren eingebaut. Nach üblichem
Anlassen der Lochmasken werden die fertigen Farbbildröhren in Betrieb gesetzt. Die Beeinträchtigung der
Farbreinheit infolge thermischer Ausdehnung der Lochmasken ist vernachlässigbar. Die öffnungen setzen sich
nicht zu, so daß gute Spannungsbeständigkeitseigenschaften
gewährleistet sind. Auf diese Weise hat sich selbst bei Erhöhung des Eisengehalts der Oberflächenschicht
durch die chemische Behandlung die Änderung im thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials als
vernachlässigbar erwiesen.
Nachdem die Bildröhren auseinandergenommen wurden, um den Oberflächenzustand der Oxidfilme der Lochmasken zu
untersuchen, ließen sich praktisch kein Staub und keine Risse des Oxidfilms nachweisen.
Nachdem die Lochmaske gepreßt und mit Trichlorethylen entfettet worden war, wird eine chemische Behandlung
durchgeführt. Danach erfolgt die Oxidationsbehandlung.
Die restlichen Maßnahmen entsprechen den Maßnahmen des Beispiels 1. Hierbei erhält man eine Lochmaske derselben
Eigenschaften, wie sie auch die Lochmasken (gemäß der Erfindung) von Beispiel 1 aufweisen.
30 Beispiel 3
Die chemische Behandlung erfolgt nach der Photoätzung. Danach wird die Lochmaske im Vakuum angelassen. Die
folgenden Behandlungsschritte bestehen in einer Bearbeitung in einer Richtvorrichtung, in einer Preßformung
und in einer Oxidationsbehandlung. Die sonstigen Maß-
-_;-'Ü"Ü .L :-.:"3403Q88
-h- 4M
1 nahmen und Behandlungsbedingungen entsprechen den Maßnahmen und Behandlungsbedingungen des Beispiels 1. In
Beispiel 3 wird geringfügig Nickel in die Oberflächenschicht diffundiert, da der chemischen Behandlung ein
Anlassen im Vakuum folgt. Auf diese Weise sinkt der
Eisengehalt geringfügig. Die Lochmaske des Beispiels 3 ist jedoch für die Praxis akzeptabel.
In den vorherigen Beispielen wird eine Legierung mit 36 % Nickel verwendet. Es läßt sich jedoch auch eine
Legierung mit 42 % Nickel, 50 % Nickel oder eine als Super Invar bezeichnete Legierung mit 32 % Nickel und
5 % Kobalt verwendet.
Die Beispiele haben gezeigt, daß man erfindungsgemäß
eine Lochmaske für Farbbildröhren mit einem Oxidfilm guter Haftung und guter Antikorrosionseigenschaften
erhält. Die Lochmaske zeigt keine Ablösung, Staubbildung, Rißbildung oder Rostbildung.
Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHELochmaske mit einer Mehrzahl regelmäßig ausgerichteter öffnungen aus einer Metallegierung mit Eisen und Nickel als Hauptbestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisengehalt mindestens einer Oberflächenschicht eines die öffnungen aufweisenden Teils der Lochmaske höher ist als der Eisengehalt eines Substrats aus der Metallegierung.
- 2. Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske für Farbbildröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem aus einer Metallegierung mit Eisen und Nickel als Hauptbestandteilen bestehenden Blech eine Mehrzahl regelmäßig ausgerichteter öffnungen ausbildet, eine Oberflächenbehandlung durchführt, um den Eisengehalt einer Oberflächenschicht des aus der Metallegierung bestehenden Blechs gegenüber dem Eisengehalt seines Substrat(teil)s zu erhöhen, und das aus der Metallegierung bestehende Blech zur Bildung eines Oxidfilms auf seiner Oberfläche oxidiert.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenbehandlung in Form einer chemischen Behandlung mit Hilfe einer Nickel selektiv lösenden Chemikalienlösung durchführt.
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