DE3856533T2

DE3856533T2 - FABRIC AND METHOD FOR PRODUCING TENSIONED SHADOW MASKS FOR CATHODE RAY TUBES

Info

Publication number: DE3856533T2
Application number: DE3856533T
Authority: DE
Inventors: Michael Livshultz; Hua-Sou Tong
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2008-11-16
Also published as: EP0410965A1; DE3856533D1; KR900701027A; WO1989005513A1; KR0153463B1; EP0410965B1; CA1302475C

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Farbkathodenstrahlröhren mit gespannter Folie, und insbesondere eine Spannfolien- Schattenmaske, die aus einer verbesserten Legierung besteht, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Röhren, bei dem Nickel-Eisen-Legierungen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um eine gewünschte Kombination von mechanischen und magnetischen Eigenschaften bereitzustellen, die für eine wirksame Funktionsweise von Spannfolien-Schattenmasken notwendig sind. Außerdem ist eine vordere Baugruppe offenbart, die eine solche Maske enthält.This invention relates generally to tensioned foil color cathode ray tubes, and more particularly to a tensioned foil shadow mask made of an improved alloy and a method of making such tubes in which nickel-iron alloys are heat treated to provide a desired combination of mechanical and magnetic properties necessary for effective operation of tensioned foil shadow masks. A front assembly incorporating such a mask is also disclosed.

Kathodenstrahlröhren mit flachen Frontplatten und entsprechend flachen Spannfolien-Schattenmasken bieten bekanntlich viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Kathodenstrahlröhren mit einer gebogenen Frontplatte und einer gebogenen Schattenmaske. Ein Hauptvorteil einer Kathodenstrahlröhre mit flacher Frontplatte und gespannter Maske ist ein größeres Leistungsvermögen des Elektronenstrahls, ein Leistungsvermögen, das für eine größere Bildhelligkeit sorgen kann. Das Leistungsvermögen von Röhren mit der herkömmlichen gebogenen Maske ist infolge der Dicke der Maske (5 bis 7 Milli-Inch) und aufgrund der Tatsache, daß sie nicht unter Spannung montiert ist, begrenzt. Die Maske neigt infolgedessen dazu, sich in Bildbereichen hoher Helligkeit, wo die Intensität des Elektronenstrahlbeschusses und folglich die Wärme am größten ist, auszudehen oder zu "wölben". Zu Farbverunreinigungen kommt es, wenn sich die Maske zur Frontplatte hin ausdehnt und die Strahldurchgangsöffnungen in der Maske sich nicht mehr mit ihren zugehörigen Leuchtstoffpunkten oder -linien auf der Frontplatte decken.Cathode ray tubes with flat faceplates and correspondingly flat tensioned film shadow masks are known to offer many advantages over conventional cathode ray tubes with a curved faceplate and curved shadow mask. A major advantage of a flat faceplate cathode ray tube with a tensioned mask is greater electron beam power, a power that can provide greater image brightness. The performance of tubes with the conventional curved mask is limited due to the thickness of the mask (5 to 7 mils) and the fact that it is not mounted under tension. The mask consequently tends to expand or "bulge" in high brightness image areas where the intensity of the electron beam bombardment and hence heat is greatest. Color contamination occurs when the mask expands toward the front panel and the beam passage openings in the mask no longer align with their corresponding phosphor dots or lines on the front panel.

Eine Spannfolienmaske verhält sich bei Erwärmung ganz anders als eine gebogene, ungespannte Maske. Wenn zum Beispiel die gesamte Maske gleichmäßig erwärmt wird, dehnt sich die Maske, und die Spannung läßt nach. Die Maske bleibt eben, und die Maske wölbt oder beult sich erst dann aus, wenn sie sich soweit gedehnt hat, daß die Spannung vollständig abgebaut ist. Kurz bevor die gesamte Spannung abgebaut ist, können sich in den Ecken Falten bilden. Wenn kleine Bereiche einer Spannfolienmaske unterschiedlich erwärmt werden, dehnen sich die erwärmten Bereiche aus, und die nicht erwärmten Bereiche ziehen sich entsprechend zusammen, so daß es in der Ebene der Maske nur zu kleinen Verschiebungen kommt. Die Maske bleibt jedoch eben und in entsprechendem Abstand von der Frontplatte, und folglich sind keine Farbverunreinigungen festzustellen.A stretch film mask behaves very differently when heated than a curved, unstretched mask. For example, if the entire mask is heated evenly, the mask will stretch and the tension will be relieved. The mask will remain flat and the mask will not bulge or buckle until it has stretched enough to completely relieve the tension. Just before all the tension is relieved, wrinkles may form in the corners. If small areas of a stretch film mask are heated differently, the heated areas will expand and the unheated areas will contract accordingly, so that only small displacements occur in the plane of the mask. However, the mask will remain flat and at an appropriate distance from the faceplate and, as a result, no color contamination will be observed.

Die Maske muß unter Spannung gehalten werden, um die Maske während des Betriebs der Kathodenstrahlröhre in einem ebenen Zustand zu halten. Wieviel Spannung erforderlich ist, hängt davon ab, wie stark sich das Material der Maske bei einer Erwärmung während des Betriebs der Kathodenstrahlröhre ausdehnt. Materialien mit sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten benötigen nur eine geringe Spannung. Im allgemeinen sollte die Spannung jedoch möglichst hoch sein, denn je höher die Spannung, umso größer ist die erzeugte Wärme und mit einem umso höheren Elektronenstrahlstrom kann gearbeitet werden. Die Maskenspannung ist jedoch begrenzt, da eine zu große Spannung dazu führen kann, daß die Maske reißt.The mask must be kept under tension to keep the mask in a flat state during operation of the cathode ray tube. The amount of tension required depends on how much the mask material expands when heated during operation of the cathode ray tube. Materials with very low coefficients of thermal expansion require only a small amount of tension. In general, however, the tension should be as high as possible because the higher the tension, the more heat is generated and the higher the electron beam current that can be used. However, the mask tension is limited because too much tension can cause the mask to crack.

Die Folienmaske kann nach bekannten Verfahren gespannt werden. Ein herkömmliches Verfahren besteht darin, die Maske mit Hilfe von erwärmten Platten, die an beide Seiten der Folienmaske angelegt werden, thermisch zu dehnen. Die gedehnte Maske wird dann in eine Spannvorrichtung eingespannt und bleibt nach dem Abkühlen unter Spannung. Die Maske kann auch durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung, durch elektrische Widerstandserhitzung oder durch Strecken unter der Einwirkung mechanischer Kräfte bis an ihre Ränder gedehnt werden.The foil mask can be stretched using known methods. A conventional method is to thermally stretch the mask using heated plates that are placed on both sides of the foil mask. The stretched mask is then clamped in a clamping device and remains under tension after cooling. The mask can also be stretched by irradiation with infrared radiation, by electrical resistance heating or by stretching to their edges under the influence of mechanical forces.

Eine aus den Legierungen hergestellte Folie wird nach der Wärmebehandlung und dem langsamen Abkühlen gemäß der Erfindung nicht nur die hierin beschriebene Zusammensetzung haben, sondern auch eine einzigartige Kombination aus mechanischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften, die sie in einzigartiger Weise geeignet machen zur Verwendung als Spannfolien-Schattenmaske. Im Anlieferungszustand bzw. in behandelter Form muß die Legierung über eine entsprechende Duktilität verfügen, damit sie 2u einer Folie mit einer Dicke von weniger als 2 Milli-Inch, vorzugsweise einer Dicke von 1 Milli- Inch oder sogar nur 0,5 Milli-Inch warm- oder kaltgewalzt werden kann. Wenn eine 1 Milli-Inch dicke Folie gewalzt wird, kommt es normalerweise zu einer Verringerung der Fläche von mindestens 0,8% und vorzugsweise einer Dehnung von mindestens 1,0%. Um den beim Spannvorgang auftretenden Kräften standzuhalten, sollte das Maskenmaterial eine Streckfestigkeit von mehr als etwa 80 ksi und vorzugsweise mehr als etwa 100 ksi (0,2% Versatz) haben. Das Maskenmaterial sollte auch einer Zugbelastung von mindestens etwa 25 Newton/Zentimeter, vorzugsweise mindestens etwa 65 Newton/Zentimeter standhalten können. Außerdem sollte das Maskenmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der nicht wesentlich kleiner ist als der von dem Glas der Frontplatte.A foil made from the alloys, after heat treating and slow cooling in accordance with the invention, will not only have the composition described herein, but also a unique combination of mechanical, thermal and magnetic properties that make it uniquely suited for use as a stretch foil shadow mask. As received or treated, the alloy must have sufficient ductility to be hot or cold rolled into a foil less than 2 mils thick, preferably 1 mil or even 0.5 mil thick. When a 1 mil thick foil is rolled, there will normally be a reduction in area of at least 0.8% and preferably an elongation of at least 1.0%. To withstand the forces encountered during the clamping process, the mask material should have a yield strength of greater than about 80 ksi, and preferably greater than about 100 ksi (0.2% offset). The mask material should also be able to withstand a tensile load of at least about 25 Newtons/centimeter, preferably at least about 65 Newtons/centimeter. In addition, the mask material should have a coefficient of thermal expansion that is not significantly less than that of the faceplate glass.

Neben den beschriebenen mechanischen Eigenschaften muß das Maskenmaterial eine spezielle Kombination von magnetischen Eigenschaften haben. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß das Maskenmaterial eine möglichst hohe Permeabilität hat, während die notwendigen mechanischen Eigenschaften beibehalten werden. Die Permeabilität sollte mindestens etwa 6.000, vorzugsweise mindestens etwa 10.000 und am liebsten über 60.000 betragen. Eine maximale Koerzitivkraft liegt wünschenswerterweise unter etwa 1,0 Oersted und vorzugsweise unter etwa 0,5 Oersted.In addition to the mechanical properties described, the mask material must have a special combination of magnetic properties. In this context, it is important that the mask material has as high a permeability as possible while maintaining the necessary mechanical properties. The permeability should be at least about 6,000, preferably at least about 10,000 and preferably over 60,000. A maximum coercive force is desirable below about 1.0 Oersted and preferably below about 0.5 Oersted.

Bei der Herstellung herkömmlicher Farbkathodenstrahlröhren des Typs mit gebogener Maske und gebogenem Schirm werden die Schattenmasken bekanntlich wärmebehandelt, bevor sie in eine gewölbte Form gebracht werden. Herkömmliche (nichtgespannte) Schattenmasken werden den Herstellern von Kathodenstrahlröhren infolge der Vielzahl von Walzvorgängen, die an dem Stahl vorgenommen werden, um ihn auf die vorgegebene Dicke von normalerweise etwa 6 Milli-Inch zu reduzieren, normalerweise in einem kaltverfestigten Zustand geliefert. Damit die Masken zu einer gewölbten Form gestanzt werden können, müssen sie mit Hilfe einer Glühbehandlung - normalerweise auf Temperaturen in der Größenordnung von 700-800ºC - weich gemacht werden. Durch das Glühen verbessert sich auch die magnetische Koerzitivkraft der Masken, eine wünschenswerte Eigenschaft unter dem Gesichtspunkt der magnetischen Abschirmung der Elektronenstrahlen. Nach dem Stanzen und dem anschließenden mäßigen Kaltverfestigen der Maske, das aus dem Stanzvorgang resultieren kann, werden die Masken im Stand der Technik bekanntlich erneut geglüht, während sie bereits ihre gewölbte Form haben, um ihre Fähigkeit zur magnetischen Abschirmung weiter zu verbessern.In the manufacture of conventional color cathode ray tubes of the curved mask and curved screen type, the shadow masks are heat treated before they are formed into a curved shape. Conventional (unstressed) shadow masks are normally supplied to cathode ray tube manufacturers in a work hardened condition as a result of the numerous rolling operations that are carried out on the steel to reduce it to the specified thickness of usually about 6 mils. In order for the masks to be stamped into a curved shape, they must be softened by an annealing treatment - normally to temperatures of the order of 700-800ºC. Annealing also improves the magnetic coercivity of the masks, a desirable property from the point of view of magnetic shielding of the electron beams. After punching and the subsequent moderate work hardening of the mask, which may result from the punching process, it is known in the prior art that the masks are re-annealed while they already have their curved shape in order to further improve their magnetic shielding ability.

Zur Verwendung als Spannmasken gedachte Folien werden auch in einem gehärteten Zustand geliefert - tatsächlich viel härter als herkömmliche Masken -, um die sehr hohe Zugfestigkeit bereitzustellen, die notwendig ist, um den erforderlichen hohen. Spannungswerten standzuhalten; zum Beispiel 30.000 psi oder mehr. Das bekannte Glühverfahren mit seinen relativ hohen Glühtemperaturen wäre bei flachen Spannmasken absolut inakzeptabel, da jede aus diesem Verfahren resultierende größere Erweichung oder Verringerung der Zugfestigkeit der Maske dazu führen würde, daß das Material zur Verwendung als Spannmaske ungeeignet ist.Films intended for use as tension masks are also supplied in a hardened state - much harder, in fact, than conventional masks - to provide the very high tensile strength necessary to withstand the high stress levels required; for example, 30,000 psi or more. The known annealing process, with its relatively high annealing temperatures, would be absolutely unacceptable for flat tension masks, since any major softening or reduction in the tensile strength of the mask resulting from this process would render the material unsuitable for use as a tension mask.

Die GB-A-2 183 903 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske aus Folie und einer Kathodenstrahlröhre mit der Schattenmaske aus Folie. Die Kathodenstrahlröhre umfaßt eine flache Frontplatte und die unter Spannung darauf montierte Schattenmaske aus Folie, wobei die Maske aus einer Eisenlegierung besteht, die zwischen 41,0 und 43,5% Nickel: enthält. Die Legierung hat einen Ausdehnungskoeffizienten, der nicht kleiner ist als etwa der der Frontplatte der Kathodenstrahlröhre.GB-A-2 183 903 discloses a method of manufacturing a foil shadow mask and a cathode ray tube with the foil shadow mask. The cathode ray tube comprises a flat faceplate and the foil shadow mask mounted thereon under tension, the mask being made of an iron alloy containing between 41.0 and 43.5% nickel: The alloy has a coefficient of expansion not less than about that of the faceplate of the cathode ray tube.

Das US-Patent Nr. 4,210,843 von Avedani erläutert ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer herkömmlichen Schattenmaske für eine Farbkathodenstrahlröhre; das heißt einer gebogenen Schattenmaske mit einer Dicke von etwa 6 Milli- Inch, die zur Verwendung mit einer entsprechend gebogenen Frontplatte bestimmt ist. Das Verfahren umfaßt die Bereitstellung mehrerer Schattenmaskenrohlinge, die aus einem interstitiellfreien Stahl bestehen und jeweils ein Muster aus durch Photoätzen darin ausgebildeten Löchern aufweisen, wobei die Rohlinge aus einer Stahlfolie ausgeschnitten und zu einem vollkommen harten Zustand auf eine Dicke von 6 bis 8 Milli- Inch mit Präzision kaltgewalzt wurden. Ein Stapel Rohlinge wird einer begrenzten Glühbehandlung unterzogen, die bei einer relativ niedrigen Maximaltemperatur und für einen relativ kurzen Zeitraum durchgeführt wird, der ausreicht, um nur die Rekristallisation des Materials zu erreichen, ohne daß es zu einem signifikanten Kornwachstum kommt. Jeder Rohling wird eingespannt und ohne Einwirkung von Schwingungen oder Egalisierungsmaßnahmen mit Hilfe von Walzen zu einer konkaven. Schattenmaske gezogen, so daß eine unerwünschte Faltenbildung, Walzenabdrücke, die Entstehung von Dellen, das Reißen oder Kaltverfestigen des Rohlings, wie sie bei diesen Vorgängen normalerweise auftreten, vermieden werden. Durch die Verwendung von interstitiellfreiem Stahl hat die als Endprodukt erhaltene Schattenmaske ein klareres Lochmuster, weil der Maskenrohling gleichmäßiger gestreckt wurde. Der Glühvorgang hat wenig Auswirkung auf die magnetischen Eigenschaften dieser Art von Stahl, und die Koerzitivkraft des Materials beträgt nach dem Formen mehr als 2,0 Oersted.U.S. Patent No. 4,210,843 to Avedani describes an improved method of making a conventional shadow mask for a color cathode ray tube; that is, a curved shadow mask having a thickness of about 6 mils for use with a correspondingly curved faceplate. The method comprises providing a plurality of shadow mask blanks made of an interstitial-free steel, each having a pattern of holes formed therein by photoetching, the blanks cut from a steel foil and precision cold rolled to a perfectly hard condition to a thickness of 6 to 8 mils. A stack of blanks is subjected to a limited annealing treatment which is carried out at a relatively low maximum temperature and for a relatively short period of time sufficient to achieve only recrystallization of the material without significant grain growth. Each blank is clamped and, without the application of vibration or leveling measures, is rolled to a concave shape. Shadow mask is drawn so that undesirable wrinkling, roller marks, denting, cracking or work hardening of the blank, which normally occur in these processes, are avoided. By using interstitial-free steel, the final shadow mask has a clearer hole pattern because the mask blank has been stretched more evenly. The annealing process has little effect on the magnetic properties of this type of steel, and the coercive force of the material after forming is more than 2.0 oersted.

Vor der vorliegenden Erfindung gab es kein Folienmaskenmaterial mit der gewünschten Kombination von mechanischen und magnetischen Eigenschaften, wie sie hierin beschrieben sind. Ein Material, das bei Spannfolien-Schattenmasken für Kathodenstrahlröhren mit flacher Frontplatte verwendet wurde, war aluminiumberuhigter, kaltgewalzter gedeckelter Stahl vom Typ AISI 1005, der allgemein als "AK-Stahl" (AK = aluminumkilled/aluminiumberuhigt) bezeichnet wird. AK-Stahl besteht aus 0,04% Silicium, 0,16% Mangan, 0,028% Kohlenstoff, 0,020% Phosphor, 0,018% Schwefel und 0,04% Aluminium, Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen.Prior to the present invention, there was no foil mask material with the desired combination of mechanical and magnetic properties as described herein. One material used in tension foil shadow masks for flat faceplate cathode ray tubes was aluminum-killed, cold rolled capped steel, type AISI 1005, commonly referred to as "AK steel." AK steel consists of 0.04% silicon, 0.16% manganese, 0.028% carbon, 0.020% phosphorus, 0.018% sulfur, and 0.04% aluminum, with the balance iron and incidental impurities.

(In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen sind alle Prozentangaben Gewichtsprozent, wenn nicht anders angegeben.) Invar, das eine Sollzusammensetzung aus 36% Nickel, Rest Eisen hat, wurde ebenfalls als mögliches Material für Spannfolien-Schattenmasken vorgeschlagen. Invar hat jedoch einen weit niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das normalerweise für Frontplatten von Kathodenstrahlröhren verwendete Glas und wird deshalb im allgemeinen als inakzeptabel angesehen.(Throughout the specification and claims, all percentages are by weight unless otherwise indicated.) Invar, which has a nominal composition of 36% nickel, balance iron, has also been suggested as a possible material for stretch film shadow masks. However, Invar has a much lower coefficient of thermal expansion than the glass normally used for cathode ray tube faceplates and is therefore generally considered unacceptable.

AK = Stahl kann zwar zu einer recht akzeptablen Schattenmaske aus Folie geformt werden, doch mangelt es ihm an einigen wichtigen Eigenschaften. Zum Beispiel liegt die Streckfestigkeit einer 1 Milli-Inch dicken AK-Stahlfolie normalerweise im Bereich von 75-80 ksi. Damit ist er unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit nur marginal akzeptabel. Was noch wichtiger ist, AK-Stahl hat eine Permeabilität, die viel niedriger ist als erwünscht, zum Beispiel 5.000 bei einer 1 Milli-Inch dicken Folie. Da die Fähigkeit eines Materials zum Transport eines Magnetflusses mit abnehmendem Querschnitt geringer wird, brauchen Kathodenstrahlröhren mit Masken aus AK-Stahl, die dünner sind als etwa 1 Milli-Inch, sowohl eine innere als auch eine äußere magnetische Abschirmung. Wenn nur eine innere Abschirmung vorhanden ist, beträgt die Abweichung des auftreffenden Strahls infolge des Magnetfeldes der Erde, d. h.. die Änderung im Auftreffpunkt des Strahls bei einer Umkehr der axialen Feldkomponente, normalerweise 1,7 Milli-Inch, was wesentlich mehr ist als das Maximum von etwa 1 Milli-Inch, das im allgemeinen als tolerierbar angesehen wird.AK = Steel can be formed into a fairly acceptable foil shadow mask, but it lacks some important properties. For example, the yield strength of a 1 mil thick AK steel foil is usually in the range of 75-80 ksi, making it only marginally acceptable from a strength standpoint. More importantly, AK steel has a permeability that is much lower than desired, for example 5,000 for a 1 mil thick foil. Since the ability of a material to transport a Since the magnetic flux decreases with decreasing cross-section, cathode ray tubes with AK steel masks thinner than about 1 mil require both inner and outer magnetic shielding. With only an inner shield, the deviation of the incident beam due to the earth's magnetic field, that is, the change in the point of impact of the beam when the axial field component is reversed, is typically 1.7 mils, which is considerably more than the maximum of about 1 mil generally considered tolerable.

Außerdem ist AK-Stahl metallurgisch betrachtet schmutzig und hat Einschlüsse, Fehlstellen und Versetzungen, die sowohl das Folienwalzverfahren als auch das Photoätzen der Löcher in der Folie beeinträchtigen, was zu höheren Ausschußzahlen und folglich niedrigeren Erträgen führt.In addition, AK steel is metallurgically dirty and has inclusions, defects and dislocations that affect both the foil rolling process and the photoetching of the holes in the foil, leading to higher scrap rates and consequently lower yields.

Ein weiterer signifikanter Nachteil einer Spannfolien- Schattenmaske aus AK-Stahl besteht darin, daß die Permeabilität abnimmt und die Koerzitivkraft zunimmt, je mehr Spannung aufgebracht wird. In Bildleistung übertragen bedeutet dies, daß je mehr die Spannung der Schattenmaske aus AK-Stahlfolie erhöht wird, um einen höheren Strahlstrom und damit eine größere Bildhelligkeit zu ermöglichen, ihre Fähigkeit zur Abschirmung der Elektronenstrahlen gegenüber dem Magnetfeld der Erde schlechter wird, was zu einer erhöhten Strahlabweichung führt.Another significant disadvantage of an AK steel tension foil shadow mask is that the more tension is applied, the less permeability and the more coercivity increases. Translated into image performance, this means that the more the tension of the AK steel foil shadow mask is increased to allow for higher beam current and thus greater image brightness, its ability to shield the electron beams from the Earth's magnetic field becomes poorer, resulting in increased beam deviation.

Schließlich rostet AK-Stahl und erfordert somit größere Sorgfalt bei der Lagerung und möglicherweise die Anwendung von Rostschutzmitteln. Wenn Rost auftritt, muß er in einem getrennten Produktionsvorgang entfernt werden, ohne dabei die Größe oder Form der Löcher oder die Dicke des Maskenmaterials zu verändern.Finally, AK steel rusts and requires greater care in storage and possibly the use of rust inhibitors. If rust does occur, it must be removed in a separate production operation without changing the size or shape of the holes or the thickness of the mask material.

Im allgemeinen will die Erfindung ein verbessertes Schattenmaskenmaterial zur Verwendung bei Farbkathodenstrahlröhren mit einer Spannfolien-Schattenmaske bereitstellen.In general, the invention seeks to provide an improved shadow mask material for use in color cathode ray tubes having a stretch film shadow mask.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung dieser Erfindung wird eine Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 bereitgestellt.According to a first aspect of this invention there is provided a cathode ray tube according to claim 1.

Eine weitere allgemeine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kathodenstrahlröhren, die Spannfolienmasken mit verbesserten mechanischen und magnetischen Eigenschaften enthalten, bereitzustellen.Another general aspect of the invention is to provide an improved method for manufacturing cathode ray tubes incorporating stretch film masks with improved mechanical and magnetic properties.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung dieser Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 8 bereitgestellt.According to a second aspect of this invention, there is provided a method according to claim 8.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden am besten verständlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen (nicht maßstabsgerecht), in deren mehreren Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; es zeigen:Further features and advantages of the present invention will be best understood from the following description of preferred embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings (not to scale), in which like reference numerals designate like elements throughout the several figures; in which:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht einer Farbkathodenstrahlröhre mit einer flachen Frontplatte und einer Spannfolien-Schattenmaske, mit ausgeschnittenen Abschnitten, die die Lage und die Beziehung der Frontplatte und der Spannfolien-Schattenmaske zu anderen wesentlichen Bestandteilen der Röhre zeigen;Fig. 1 is a side perspective view of a color cathode ray tube having a flat faceplate and a stretch film shadow mask, with cut-away portions showing the location and relationship of the faceplate and stretch film shadow mask to other essential components of the tube;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Schattenmaske aus Folie während der Fertigung;Fig. 2 a top view of a foil shadow mask during production;

Fig. 3 eine Draufsicht einer flachen Frontplatte aus Glas während der Fertigung, die einen Leuchtschirmbereich und eine daran befestigte Haltevorrichtung für die Schattenmaske aus Folie zeigt;Fig. 3 is a plan view of a flat glass front panel during manufacture, showing a luminescent screen area and a shows the attached holder for the foil shadow mask;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Trichteranpassungs- und -frittungsvorrichtung, wobei ein Trichter und die Frontplatte, an der er befestigt werden soll, auf der Vorrichtung montiert dargestellt sind; undFig. 4 is a perspective view of a hopper fitting and frying device, showing a hopper and the front plate to which it is to be attached mounted on the device; and

Fig. 5 eine partielle Detailansicht im Schnitt und im Aufriß, in der die Befestigung eines Trichters an einer Frontplatte dargestellt ist.Fig. 5 is a partial detailed view in section and elevation showing the attachment of a funnel to a front plate.

Zum leichteren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens und Materials und ihrer Beziehung zur Herstellung einer Farbkathodenstrahlröhre mit einer Spannfolien-Schattenmaske wird in den folgenden Absätzen eine kurze Beschreibung einer Röhre dieses Typs und ihrer wesentlichen Bestandteile dargeboten. Eine Farbkathodenstrahlröhre 20 mit einer Spannfolien- Schattenmaske ist in Fig. 1 dargestellt. Die Frontplattenbaugruppe 22 umfaßt im wesentlichen eine flache Frontplatte und eine daran angrenzend angebrachte flache Spannfolien- Schattenmaske. Die als rechteckig angedeutete Frontplatte 24 hat laut Zeichnung auf ihrer Innenseite 26 einen mittig angeordneten Leuchtschirm 28, der ein schematisch dargestelltes Muster aus Leuchtstoffen trägt. Ein Aluminiumfilm 30 bedeckt das Muster aus Leuchtstoffen. Ein Trichter 34 ist an seinen Grenzflächen 35 an der Frontplattenbaugruppe 22 befestigt, und die Trichterdichtungsfläche 36 der Frontplatte 24 verläuft am Umfang des Schirms 28. Eine rahmenartige Schattenmaskenhaltevorrichtung 48 befindet sich auf gegenüberliegenden Seiten des Schirms zwischen der Trichterdichtungsfläche 36 und dem Schirm 28 und ist angrenzend an die Frontplatte 24 angebracht. Die Haltevorrichtung 48 bietet eine Fläche, um eine Schattenmaske 50 aus Metallfolie in einem Q-Abstand von dem Schirm 28 aufzunehmen und unter Spannung zu befestigen.To facilitate an understanding of the method and materials of the present invention and their relationship to the manufacture of a color cathode ray tube having a stretch film shadow mask, a brief description of a tube of this type and its essential components is presented in the following paragraphs. A color cathode ray tube 20 having a stretch film shadow mask is shown in Fig. 1. The faceplate assembly 22 essentially comprises a flat faceplate and a flat stretch film shadow mask mounted adjacent thereto. The faceplate 24, indicated as rectangular, has on its inner side 26 a centrally located phosphor screen 28 which carries a schematically shown pattern of phosphors. An aluminum film 30 covers the pattern of phosphors. A funnel 34 is secured to the faceplate assembly 22 at its interfaces 35, and the funnel sealing surface 36 of the faceplate 24 extends the periphery of the screen 28. A frame-like shadow mask retainer 48 is located on opposite sides of the screen between the funnel sealing surface 36 and the screen 28 and is mounted adjacent to the faceplate 24. The retainer 48 provides a surface to receive and tensionally secure a metal foil shadow mask 50 at a Q distance from the screen 28.

Das Muster aus Leuchtstoffen entspricht dem Muster aus Löchern in der Maske 50. Die dargestellten Löcher sind zur Veranschaulichung stark übertrieben, zum Beispiel bei einer hochauflösenden Farbröhre, und die Maske hat sogar 750.000 solcher Löcher bei einem durchschnittlichen Lochdurchmesser von etwa 5 Milli-Inch. Wie in der Technik wohlbekannt ist, wirkt die Schattenmaske aus Folie als Farbauswahlelektrode bzw. als "Parallaxensperre", die sicherstellt, daß jeder der durch die drei Strahlen gebildeten Einzelstrahlen nur auf seinen zugehörigen Leuchtstoffen auf dem Schirm landet.The pattern of phosphors corresponds to the pattern of holes in mask 50. The holes shown are greatly exaggerated for illustrative purposes, such as in a high-resolution color tube, and the mask actually has 750,000 such holes, with an average hole diameter of about 5 mils. As is well known in the art, the foil shadow mask acts as a color selection electrode or "parallax barrier" which ensures that each of the individual beams formed by the three beams lands only on its corresponding phosphors on the screen.

Die Vorder-/Hinterachse der Röhre 20 wird durch das Bezugszeichen 56 angedeutet. Eine magnetische Abschirmung 58 ist als in dem Trichter 34 eingeschlossen dargestellt. Hochspannung zum Betrieb der Röhre wird an einen leitenden Überzug 60 auf der Innenseite des Trichters 34 über einen Anodenknopf 62 angelegt, der wiederum mit einem Hochspannungsleiter 64 verbunden ist.The front/rear axis of the tube 20 is indicated by the reference numeral 56. A magnetic shield 58 is shown as being enclosed within the funnel 34. High voltage for operating the tube is applied to a conductive coating 60 on the inside of the funnel 34 via an anode button 62 which in turn is connected to a high voltage conductor 64.

Laut Zeichnung umschließt der Hals 66 der Röhre 20 eine Inline-Elektronenkanone 68, die drei getrennte Inline- Elektronenstrahlen 70, 72, 74 liefert, um jeweils rotes Licht emittierende, grünes Licht emittierende und blaues Licht emittierende, auf den Schirm 28 aufgebrachte Leuchtstoffelemente anzuregen. Das Joch 76 empfängt Abtastsignale und läßt die Strahlen 70, 72 und 74 über den Schirm 28 streichen. Ein elektrischer Leiter 78 befindet sich in einer Öffnung in der Abschirmung 58 und steht in Kontakt mit dem leitenden Überzug 60, um eine Hochspannungsverbindung zwischen dem Überzug 60, dem Schirm 28 und der Schattenmaske 50 herzustellen.As shown, the neck 66 of the tube 20 encloses an in-line electron gun 68 which provides three separate in-line electron beams 70, 72, 74 to excite red light emitting, green light emitting and blue light emitting phosphor elements deposited on the screen 28, respectively. The yoke 76 receives scanning signals and scans the beams 70, 72 and 74 across the screen 28. An electrical conductor 78 is located in an opening in the shield 58 and is in contact with the conductive coating 60 to provide a high voltage connection between the coating 60, the screen 28 and the shadow mask 50.

Zwei der Hauptbestandteile, die als "prozeßintern" bezeichnet werden, werden wie folgt dargestellt und beschrieben. Der eine ist eine in Fig. 2 schematisch dargestellte Schattenmaske. Die prozeßinterne Schattenmaske 86 umfaßt einen mittleren Bereich 104 mit Löchern, die dem Muster aus Leuchtstoffen entsprechen, das unter Verwendung der Maske als optische Schablone auf den Schirm aufgebracht wurde. Der mittlere Bereich 104 ist von einem unperforierten Abschnitt 106 umgeben, in dessen Umfang während des Straffens und Einspannens der Maske ein Spannrahmen eingreift und der in einem späteren Schritt entfernt wird.Two of the main components, referred to as "in-process," are illustrated and described as follows. One is a shadow mask, shown schematically in Fig. 2. The in-process shadow mask 86 includes a central region 104 with holes corresponding to the pattern of phosphors which was applied to the screen using the mask as an optical template. The central region 104 is surrounded by an imperforate section 106, in the circumference of which a clamping frame engages during the tightening and clamping of the mask and which is removed in a later step.

Eine prozeßinterne Frontplatte 108 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt und hat auf ihrer Innenseite 110 einen mittig angeordneten Schirmbereich 112, der in einem anschließenden Vorgang ein vorbestimmtes Leuchtstoffmuster bekommt. Eine Trichterdichtungsfläche 113 verläuft am Umfang des Schirms 112. Eine rahmenartige Schattenmaskenhaltevorrichtung 114 ist auf gegenüberliegenden Seiten des Schirms 112 befestigt, und die Vorrichtung bietet eine Fläche 115, um eine Schattenmaske aus Folie in einem Q-Abstand von dem Schirm unter Spannung aufzunehmen und zu befestigen.An in-process front panel 108 is shown schematically in Fig. 3 and has on its inner surface 110 a centrally located screen area 112 which is to be given a predetermined phosphor pattern in a subsequent process. A funnel sealing surface 113 runs around the periphery of the screen 112. A frame-like shadow mask holder 114 is mounted on opposite sides of the screen 112 and the device provides a surface 115 for receiving and securing under tension a shadow mask made of foil at a Q distance from the screen.

Ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfaßt im wesentlichen die Bereitstellung einer perforierten Schattenmaske 86 aus Folie, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht, und das Befestigen der Maske 86 an der Maskenhaltevorrichtung 114 der Frontplatte 108, während sie unter Spannung steht und sich mit dem Leuchtschirm deckt. Das Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Maske 86 einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um die Maske teilweise durch Glühen in einen Zustand zu bringen, in dem die Maske günstige magnetische und mechanische Eigenschaften hat.A method according to an embodiment of the invention essentially comprises providing a perforated foil shadow mask 86 characterized by being made of a nickel-iron alloy and securing the mask 86 to the mask holder 114 of the faceplate 108 while under tension and in registration with the fluorescent screen. The method is further characterized by subjecting the mask 86 to a heat treatment to partially anneal the mask to a condition in which the mask has favorable magnetic and mechanical properties.

Gemäß der vorliegenden Erfindung liefert eine Klasse von Nickel-Eisen-Legierungen, die wünschenswerterweise geringe Beigaben bestimmter Legierungselemente enthalten, im Falle einer Wärmebehandlung und Abkühlung unter kontrollierten Bedingungen ein Material, das nach Verarbeitung zu einer dünnen Folie mechanische und magnetische Eigenschaften hat, die bei bekannten Legierungen nicht zu finden sind und die es in einzigartiger Weise geeignet machen zur Verwendung als Spannfolien-Schattenmasken.According to the present invention, a class of nickel-iron alloys desirably containing small amounts of certain alloying elements, when heat treated and cooled under controlled conditions, provide a material which, when processed into a thin foil, has mechanical and magnetic properties which, at known alloys and which make it uniquely suitable for use as stretch film shadow masks.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten, gewünschten Eigenschaften sind folgende: Die Legierungsfolie sollte eine Streckfestigkeit (0,2% Versatz) von mindestens etwa 80 ksi, vorzugsweise mindestens etwa 100 ksi und am meisten bevorzugt mindestens etwa 150 ksi haben, um der Zugbelastung standhalten zu können, die auf die Folie wirkt, wenn sie als Spannfolien-Schattenmaske verwendet wird. Diese Streckfestigkeit sollte mit den magnetischen Eigenschaften einer hohen Permeabilität und geringen Koerzitivkraft kombiniert werden. Die Permeabilität sollte über etwa 6.000, vorzugsweise über etwa 10.000 und am meisten bevorzugt über 100.000 betragen. Die Koerzitivkraft sollte nicht größer sein als etwa 2,5 Oersted und liegt vorzugsweise unter etwa 0,5 Oersted.The desired properties achieved by the process of the present invention are as follows: The alloy foil should have a yield strength (0.2% offset) of at least about 80 ksi, preferably at least about 100 ksi, and most preferably at least about 150 ksi, to withstand the tensile stress placed on the foil when used as a stretch foil shadow mask. This yield strength should be combined with the magnetic properties of high permeability and low coercivity. The permeability should be greater than about 6,000, preferably greater than about 10,000, and most preferably greater than 100,000. The coercivity should be no greater than about 2.5 oersteds, and preferably less than about 0.5 oersteds.

Ein spezielles Beispiel einer auf die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung ansprechenden Legierung, die zu einer Spannfolien-Schattenmaske verarbeitet werden kann, ist die unter den Handelsnamen HyMu80, YeP-C und Moly-Permalloy vertriebene bekannte Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung. Diese Legierung enthält etwa 80% Nickel, 4% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen. In dem gewalzten, vollständig gehärteten Zustand hat eine 80Ni-4Mo-Fe-Folie eine hohe Streckfestigkeit, normalerweise 155-160 ksi, aber schlechte magnetische Eigenschaften, z. B. eine Permeabilität von weniger als 3.000. Um dem Material gute magnetische Eigenschaften zu verleihen, zum Beispiel zur Verwendung in Aufzeichnungsköpfen von Tonbandgeräten, wird es herkömmlicherweise bei 1120ºC zwei bis vier Stunden geglüht und anschließend im Ofen auf 600ºC abgekühlt. Die vollständig geglühte Legierungsfolie hat ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, aber schlechte mechanische Eigenschaften. Die Permeabilität kann sogar 300.000 betragen. Die Streckfestigkeit liegt jedoch im Bereich von 20-40 ksi, so daß diese Legierung im vollständig geglühten Zustand eindeutig ungeeignet ist zur Verwendung als Spannfolien-Schattenmaske.A specific example of an alloy responsive to heat treatment according to the invention which can be made into a tension foil shadow mask is the well-known nickel-iron-molybdenum alloy sold under the trade names HyMu80, YeP-C and Moly-Permalloy. This alloy contains about 80% nickel, 4% molybdenum and the balance iron and incidental impurities. In the as-rolled, fully hardened condition, 80Ni-4Mo-Fe foil has a high yield strength, typically 155-160 ksi, but poor magnetic properties, e.g., a permeability of less than 3,000. To impart good magnetic properties to the material, for example for use in tape recorder recording heads, it is conventionally annealed at 1120°C for two to four hours and then furnace cooled to 600°C. The fully annealed alloy foil has excellent magnetic properties but poor mechanical properties. The permeability can even be 300,000. However, the yield strength is in the range of 20-40 ksi, making this alloy in the fully annealed condition clearly unsuitable for use as a stretch foil shadow mask.

Wenn die Folie aus einer 80Ni-4Mo-Fe-Legierung jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren teilweise geglüht ist, zeigt sie ganz unerwartet Eigenschaften, die sie hervorragend geeignet machen als Material zur Herstellung von Spannfolien- Schattenmasken. Infolge dieses erfindungsgemäßen Zyklus aus Erwärmen und Abkühlen werden die mechanischen Eigenschaften der Legierung im wesentlichen erhalten, während ihre magnetischen Eigenschaften in einem Maß verbessert werden, das zur Verwendung als Schattenmaske aus Folie notwendig ist.However, when the 80Ni-4Mo-Fe alloy foil is partially annealed by the process of the invention, it unexpectedly exhibits properties that make it eminently suitable as a material for the manufacture of stretch foil shadow masks. As a result of this inventive cycle of heating and cooling, the mechanical properties of the alloy are substantially retained while its magnetic properties are improved to the extent necessary for use as a foil shadow mask.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß sich die magnetischen Eigenschaften der 80Ni-4Mo-Fe-Folie tatsächlich verbessern, wenn sie gemäß der Erfindung behandelt wird, und sich sehr signifikant verbessern, wenn die Folie gespannt wird. Nach einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlung und Konditionierung hat zum Beispiel eine ungespannte 80Ni-4Mo-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch eine Permeabilität von 60.000. Wenn eben diese Folie mit etwa 60 Newton/Zentimeter gespannt wird, erhöht sich ihre Permeabilität auf 100.000. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Material unter Spannung keine signifikante Änderung der Permeabilität zeigt, wenn es sich in seinem herkömmlichen vollständig gehärteten Zustand befindet. Infolge der erhöhten Permeabilität ist der Betrag der Strahlabweichung aufgrund des Magnetfeldes der Erde bei einer 1 Milli-Inch dicken, gemäß der Erfindung verarbeiteten 80Ni- 4Mo-Fe-Folie weitaus geringer als bei einer AK-Stahlfolie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch.Surprisingly, it has been found that the magnetic properties of the 80Ni-4Mo-Fe foil actually improve when treated according to the invention and improve very significantly when the foil is tensioned. For example, after heat treatment and conditioning according to the invention, an unstrained 80Ni-4Mo-Fe foil of 1 mil thickness has a permeability of 60,000. When this same foil is tensioned at about 60 Newtons/centimeter, its permeability increases to 100,000. It should be noted that this material does not show any significant change in permeability under tension when in its conventional fully cured state. As a result of the increased permeability, the amount of beam deviation due to the Earth's magnetic field is much less for a 1-mil thick 80Ni-4Mo-Fe foil processed according to the invention than for a 1-mil thick AK steel foil.

Was die Zusammensetzung der Legierung angeht, so wird eine Nickel-Eisen-Legierung bereitgestellt, die zwischen etwa 30 und etwa 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 0 und 5 Gew.-% Molybdän, zwischen 0 und 2 Gew.-% von einem oder mehreren von Vanadium, Titan, Hafnium und Niobium und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthält; z. B. Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Schwefel, Kupfer und Mangan. Normalerweise machen die zufälligen Verunreinigungen zusammen nicht mehr als 1,0% aus. Vorzugsweise kann die Legierung zwischen etwa 75 und 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 3 und 5 Gew.-% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthalten. In einem speziellen Beispiel kann die Legierung etwa 80 Gew.-% Nickel, etwa 4 Gew.-% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthalten.As to the composition of the alloy, there is provided a nickel-iron alloy comprising between about 30 and about 85 wt.% nickel, between about 0 and 5 wt.% molybdenum, between 0 and 2 wt.% of one or more of vanadium, titanium, hafnium and niobium, and the balance iron and incidental impurities; e.g. carbon, chromium, silicon, sulfur, copper and manganese. Typically, the incidental impurities together do not exceed 1.0%. Preferably, the alloy may contain between about 75 and 85 wt.% nickel, between about 3 and 5 wt.% molybdenum, and the balance iron and incidental impurities. In a specific example, the alloy may contain about 80 wt.% nickel, about 4 wt.% molybdenum, and the balance iron and incidental impurities.

Ein teilweises Glühen des bevorzugten Materials kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als getrennter Schritt vor dem Anbringen der Maske auf der an der Frontplatte befestigten Maskenhaltevorrichtung erfolgen. Um die gewünschte Kombination mechanischer und magnetischer Eigenschaften zu erzielen, muß die Folie einem vorgegebenen Ablauf von Wärmebehandlung und langsamem Abkühlen gemäß der Erfindung unterzogen werden, um eine Folie mit der gewünschten Kombination magnetischer und mechanischer Eigenschaften bereitzustellen.Partial annealing of the preferred material may, according to a further embodiment of the invention, be carried out as a separate step prior to mounting the mask on the mask holder attached to the faceplate. In order to achieve the desired combination of mechanical and magnetic properties, the foil must be subjected to a predetermined sequence of heat treatment and slow cooling according to the invention to provide a foil with the desired combination of magnetic and mechanical properties.

Bei einem typischen Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Gruppe von 12 vollständig gehärteten, perforierten Masken der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration aufeinandergestapelt, um in einen Ofen eingebracht zu werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der gestapelten Masken einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um die Maske teilweise zu glühen, um günstige magnetische und mechanische Eigenschaften zu erzeugen, wobei die Maske auf eine Temperatur über etwa 400ºC und unter der Temperatur, bei der die Maskenlegierung im wesentlichen eine feste Lösung bildet, für die Dauer von mindestens etwa 30 Minuten, vorzugsweise mindestens etwa 45 Minuten, erwärmt wird und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als etwa 5ºC pro Minute und vorzugsweise weniger als etwa 3ºC pro Minute langsam von dieser Temperatur auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der die Legierung, aus der die Maske hergestellt ist, im wesentlichen auskristallisiert; und daß die Maske dann an einer Maskenhaltevorrichtung befestigt wird, die an der Frontplatte befestigt bzw. einstückig damit ausgebildet ist, während die Maske unter Spannung steht und sich mit dem Leuchtschirm deckt. Zum Beispiel kann die Maske auf eine Temperatur zwischen etwa 400ºC und 700ºC für einen Zeitraum zwischen etwa 30 Minuten und etwa 60 Minuten erwärmt werden. Die Maske wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als etwa 5ºC pro Minute, vorzugsweise weniger als 3ºC pro Minute, und am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 2ºC und etwa 3ºC pro Minute langsam von dieser Temperatur auf die Temperatur abgekühlt, bei der das Material der Masken im wesentlichen auskristallisiert. Längere Wärmebehandlungen sind zulässig, bringen aber anscheinend keine Verbesserung der Eigenschaften. Eine Wärmebehandlung bei den angegebenen Temperaturen und eine anschließende Abkühlung an Luft bzw. eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5ºC pro Minute ergab Folien mit unerwünscht schlechten mechanischen Eigenschaften. Wir wollen zwar nicht an eine spezielle Theorie gebunden sein, doch glauben wir, daß die hier offenbarte Wärmebehandlung, die bei Temperaturen unter den Glühtemperaturen erfolgt, und die anschließende langsame Abkühlung zur Fernordnung von Ni&sub3;Fe als Korngrenzenausscheidung führt.In a typical process according to the invention, a group of 12 fully cured, perforated masks of the configuration shown in Fig. 2 are stacked one on top of the other for introduction into a furnace. The process of the invention is characterized in that each of the stacked masks is subjected to a heat treatment to partially anneal the mask to produce favorable magnetic and mechanical properties, wherein the mask is heated to a temperature above about 400°C and below the temperature at which the mask alloy essentially forms a solid solution for a period of at least about 30 minutes, preferably at least about 45 minutes, and then slowly cooled therefrom at a cooling rate of less than about 5°C per minute, and preferably less than about 3°C per minute. temperature to the temperature at which the alloy from which the mask is made substantially crystallizes; and that the mask is then secured to a mask holder secured to or integral with the faceplate while the mask is under tension and in registration with the phosphor screen. For example, the mask may be heated to a temperature between about 400°C and 700°C for a period of between about 30 minutes and about 60 minutes. The mask is then slowly cooled from that temperature to the temperature at which the material of the masks substantially crystallizes at a cooling rate of less than about 5°C per minute, preferably less than 3°C per minute, and most preferably at a rate of between about 2°C and about 3°C per minute. Longer heat treatments are permissible but do not appear to provide any improvement in properties. Heat treatment at the temperatures indicated followed by cooling in air or cooling at a rate greater than 5°C per minute resulted in foils with undesirably poor mechanical properties. While not wishing to be bound by any particular theory, we believe that the heat treatment disclosed here, which is carried out at temperatures below the annealing temperatures, followed by slow cooling, results in long range ordering of Ni₃Fe as grain boundary precipitation.

Die Erwärmung der Baugruppe und der Folie und die langsame Abkühlungsgeschwindigkeit der Baugruppe und der Folie gemäß der Erfindung sind wirksam, um die Folienmaske teilweise zu glühen und eine Streckfestigkeit über 80 ksi, eine Permeabilität über etwa 6.000, eine Koerzitivkraft unter etwa 2,5 Oersted und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu liefern, der nicht kleiner ist als etwa der der Frontplatte (Glas). Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann die Maske sehr wohl eine Streckfestigkeit über etwa 150 ksi, eine Permeabilität über etwa 10.000 und eine Koerzitivkraft unter etwa 1,0 haben. Die Folie kann Zugbelastungen über etwa 65 Newton/Zentimeter und möglicherweise über 75 Newton/Zentimeter standhalten.The heating of the assembly and film and the slow cooling rate of the assembly and film according to the invention are effective to partially anneal the film mask and provide a yield strength above 80 ksi, a permeability above about 6,000, a coercivity below about 2.5 oersteds, and a coefficient of thermal expansion no less than about that of the faceplate (glass). With the process described here, the mask may well have a yield strength above about 150 ksi, a permeability above about 10,000, and a coercivity below about 1.0. The film can withstand tensile loads of over approximately 65 Newtons/centimeter and possibly over 75 Newtons/centimeter.

Die in den folgenden Absätzen beschriebene Wärmebehandlung und das langsame Abkühlen der Masken sind sehr ähnlich den Verfahrensschritten beim Abdichten der Kathodenstrahlröhre mittels Fritte und beim Abdichten von Trichter und Frontplatte während des Herstellungsverfahrens.The heat treatment and slow cooling of the masks described in the following paragraphs are very similar to the steps used to seal the cathode ray tube using frit and to seal the funnel and faceplate during the manufacturing process.

Im Anschluß an die anfängliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde festgestellt, daß die Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen, denen die gespannte Maske während eines Frittungszyklus unterliegt, dergestalt sind, daß eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften der beschriebenen Legierung erzielt wird, ohne daß die oben beschriebene getrennte Wärmebehandlung und langsame Abkühlung erforderlich sind. Die Eigenschaften der Spannfolienmaske sind nicht so gut wie jene, die man erhält, wenn das Maskenmaterial auf die wünschenswertere Temperatur von 500-600ºC erwärmt wird. Wenn jedoch die von der Kathodenstrahlröhre verlangte Helligkeit und Auflösung nicht so hoch sind, hat sich gezeigt, daß die langsame Erwärmung einer eingebauten gespannten Maske aus einer 80Ni-4Mo-Fe-Legierung auf etwa 435ºC während des Frittungszyklus und die anschließende langsame Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 5ºC-pro Minute, vorzugsweise zwischen etwa 2ºC und etwa 3ºC pro Minute, was die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Frittungszyklus ist, eine fertige Maske mit den gewünschten mechanischen und magnetischen Eigenschaften ergibt.Following initial practice of the process of the invention, it has been found that the heating and cooling conditions to which the tensioned mask is subjected during a frit cycle are such that a substantial improvement in the properties of the alloy described is achieved without the need for the separate heat treatment and slow cooling described above. The properties of the tensioned foil mask are not as good as those obtained when the mask material is heated to the more desirable temperature of 500-600°C. However, when the brightness and resolution required by the cathode ray tube are not so high, it has been found that slowly heating an installed tensioned mask made of 80Ni-4Mo-Fe alloy to about 435ºC during the fritting cycle and then slowly cooling it at a rate of less than about 5ºC per minute, preferably between about 2ºC and about 3ºC per minute, which is the cooling rate during the fritting cycle, gives a finished mask with the desired mechanical and magnetic properties.

Wenn zum Beispiel unbehandelte Spannfolienmasken mit einer Spannung von 30 Newton/Zentimeter beaufschlagt werden und den Frittungszyklus durchlaufen, erhält man eine Streckfestigkeit zwischen etwa 150 ksi und etwa 160 ksi und eine Permeabilität zwischen etwa 60.000 und etwa 100.000 sowie eine Koerzitivkraft unter etwa 0,4 Oersted. Die Strahlabweichung ist etwas höher als die bei einer getrennten Wärmebehandlung der Folie, aber immer noch unter der gewünschten Grenze.For example, when untreated stretch film masks are subjected to a tension of 30 Newtons/centimeter and subjected to the fritting cycle, a yield strength of between about 150 ksi and about 160 ksi and a permeability of between about 60,000 and about 100,000 are obtained, as well as a coercivity below about 0.4 Oersted. The beam deviation is slightly higher than that obtained with separate heat treatment of the foil, but still below the desired limit.

So kann also ein teilweises Glühen gemäß der Erfindung auch während und infolge der Wärmebehandlung beim Abdichten det Röhre durchgeführt werden. Das Verfahren wird in den folgenden Absätzen beschrieben.Thus, partial annealing according to the invention can also be carried out during and as a result of the heat treatment when sealing the tube. The process is described in the following paragraphs.

Wie in Fig. 3 angedeutet, ist eine Schattenmaskenhaltevorrichtung 114 auf der Innenseite 110 der Frontplatte 108 zwischen dem am Umfang verlaufenden Dichtungsbereich, der als Trichterdichtungsfläche 113 bezeichnet wird, und dem Schirmbereich 112 befestigt. Die Maskenhaltevorrichtung 114 bietet eine Fläche 115, die die Schattenmaske aus Folie unter Spannung aufnimmt und hält. Die Maskenhaltevorrichtung 114 kann zum Beispiel aus einer Edelstahllegierung bestehen. Die Befestigung der Haltevorrichtung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer entglasenden Fritte.As indicated in Fig. 3, a shadow mask retainer 114 is secured to the inner surface 110 of the face plate 108 between the peripheral sealing area, referred to as the funnel sealing surface 113, and the shield area 112. The mask retainer 114 provides a surface 115 that receives and holds the foil shadow mask under tension. The mask retainer 114 may be made of, for example, a stainless steel alloy. The retainer is preferably secured using a devitrifying frit.

Es wird eine Nickel-Eisen-Legierung bereitgestellt, die zwischen etwa 30 und etwa 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 0 und 5 Gew.-% Molybdän, zwischen 0 und 2 Gew.-% von einem oder mehreren von Vanadium, Titan, Hafnium und Niobium und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthält; z. B. Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Schwefel, Kupfer und Mangan. Normalerweise machen die zufälligen Verunreinigungen zusammen nicht mehr als 1,0% aus. Alternativ und gemäß der Erfindung kann die Legierung zwischen etwa 75 und 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 3 und 5 Gew.-% Molybdän, und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthalten. Vorzugsweise kann die Legierung etwa 80 Gew.-% Nickel, etwa 4 Gew.-% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthalten.A nickel-iron alloy is provided containing between about 30 and about 85 wt.% nickel, between about 0 and 5 wt.% molybdenum, between 0 and 2 wt.% of one or more of vanadium, titanium, hafnium and niobium, and the balance iron and incidental impurities; e.g., carbon, chromium, silicon, sulfur, copper and manganese. Typically, the incidental impurities together do not exceed 1.0%. Alternatively, and in accordance with the invention, the alloy may contain between about 75 and 85 wt.% nickel, between about 3 and 5 wt.% molybdenum, and the balance iron and incidental impurities. Preferably, the alloy may contain about 80 wt.% nickel, about 4 wt.% molybdenum, and the balance iron and incidental impurities.

Die erfindungsgemäße Legierung wird zu einer Folie mit einer Dicke von etwa 0,001 Inch oder weniger verarbeitet.The alloy of the invention is processed into a foil having a thickness of about 0.001 inch or less.

Ein mittlerer Bereich 112 der Folie wird perforiert, so daß man eine Folienmaske 108 erhält, deren Abmessungen mit dem Schirmbereich 112 zur Farbauswahl übereinstimmen. Das Perforieren der Maske kann mit einem Photoätzverfahren erfolgen, bei dem ein lichtempfindlicher Photolack auf die Folie aufgebracht wird. Der Photolack wird durch Bestrahlung mit Licht gehärtet, nicht aber in jenen Bereichen, wo Löcher ausgebildet sind. Das freiliegende Metall, das die Löcher begrenzt, wird dann weggeätzt.A central region 112 of the foil is perforated to form a foil mask 108 whose dimensions match the screen region 112 for color selection. The perforation of the mask can be accomplished by a photoetching process in which a light-sensitive photoresist is applied to the foil. The photoresist is hardened by exposure to light, but not in those areas where holes are formed. The exposed metal defining the holes is then etched away.

Die Folienmaske wird dann in einem Spannrahmen auf eine Spannung von mindestens etwa 25 Newton/Zentimeter gespannt. Im wesentlichen kann die Folie gedehnt werden, indem man sie zwischen zwei Platten legt, die für eine Minute auf 360ºC erwärmt werden, in den Spannrahmen einspannt und luftkühlt, um eine gespannte Folie zu erhalten, die länger und breiter ist als die Frontplatte, an der sie befestigt werden wird. Ein Muster aus rotes Licht emittierenden, grünes Licht emittierenden und blaues Licht emittierenden Leuchtstoffen wird nacheinander auf den Schirmbereich 112 aufgebracht. Dabei wird die Folie des Leuchtschirmbereichs wiederholt ausgerichtet, indem man den Spannrahmen mit der Frontplatte zur Deckung bringt.The foil mask is then stretched in a tenter frame to a tension of at least about 25 Newtons/centimeter. Essentially, the foil can be stretched by placing it between two plates heated to 360ºC for one minute, clamped in the tenter frame, and air cooled to obtain a stretched foil that is longer and wider than the faceplate to which it will be attached. A pattern of red-emitting, green-emitting, and blue-emitting phosphors is applied sequentially to the screen area 112. The foil of the screen area is repeatedly aligned by bringing the tenter frame into registration with the faceplate.

Die Folie mit der Maske 86 wird an der Maskenhaltevorrichtung 114 befestigt, wobei sich die Löcher der Maske mit dem Muster aus Leuchtstoffen auf dem Schirmbereich 112 decken. Die Befestigung der Maske an der Maskenhaltevorrichtung kann durch Schweißen mit einem Laserstrahl erfolgen, wobei das überschüssige Maskenmaterial durch denselben Strahl entfernt wird. Soweit die Frontplatte 108 und die Spannfolien- Schattenmaske 86 durch ihre gegenseitige Befestigung an der Maskenhaltevorrichtung starr miteinander verbunden sind, muß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierungsfolie in etwa dem der Frontplatte entsprechen, bei der es sich normalerweise um ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 12 · 10&supmin;&sup6; und etwa 14 · 10&supmin;&sup6; in/in/ºC handelt. Dies ist notwendig wegen der relativ hohen Temperaturen, denen die Frontplatte und die Maske während der Herstellung der Kathodenstrahlröhre ausgesetzt sind. Ein Ausdehnungskoeffizient, der etwas größer ist als der der Frontplatte, kann noch geduldet werden, aber ein Ausdehnungskoeffizient, der wesentlich kleiner ist als der der Frontplatte, ist zu vermeiden, da dies zu einer Beschädigung der Maske während das Herstellungsverfahrens führen kann.The foil with the mask 86 is attached to the mask holder 114, with the holes in the mask lining up with the pattern of phosphors on the screen area 112. The mask can be attached to the mask holder by welding with a laser beam, the excess mask material being removed by the same beam. Insofar as the front plate 108 and the stretch foil shadow mask 86 are rigidly connected to one another by their mutual attachment to the mask holder, the coefficient of thermal expansion of the alloy foil must be approximately the same as that of the front plate, which is normally a glass with a coefficient of thermal expansion between about 12 x 10-6 and about 14 x 10-6 in/in/ºC. This is necessary because of the relatively high temperatures to which the faceplate and mask are exposed during manufacture of the cathode ray tube. A coefficient of expansion slightly greater than that of the faceplate can be tolerated, but a coefficient of expansion significantly smaller than that of the faceplate should be avoided, as this may result in damage to the mask during the manufacturing process.

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen die Verwendung einer Trichteranpassungs- und -frittungsvorrichtung 186 zum Anpassen einer Frontplatte 108 an einen Trichter 188 zwecks Herstellung einer Baugruppe aus Frontplatte und Trichter. Die Frontplatte 108 wird mit der Vorderseite nach unten auf der Oberfläche 190 der Vorrichtung 186 montiert. Der Trichter 188 ist darauf positioniert und steht in Kontakt mit der Trichterdichtungsfläche 113, die bekanntlich am Umfang des Schirmbereichs 112 verläuft, auf den infolge des vorangegangenen Screening-Verfahrens ein Muster aus Leuchtstoffen 187 aufgebracht wurde. Anhand von Fig. 4 sind drei Pfosten 192, 193 und 194 dargestellt, die die Ausrichtung von Trichter und Frontplatte erlauben. Fig. 5 veranschaulicht Einzelheiten der Grenzfläche zwischen dem Pfosten 194, der Frontplatte 108 und dem Trichter 188. Die Abflachung 117c auf der Frontplatte 118 fluchtet mit der Bezugsfläche "c" auf dem Trichter 188. Die Schattenmaske 86, die unter Spannung steht, wird vorzugsweise als auf der Schattenmaskenhaltevorrichtung 114 montiert dargestellt.Figures 4 and 5 illustrate the use of a funnel fitting and frying device 186 to fit a faceplate 108 to a funnel 188 to form a faceplate and funnel assembly. The faceplate 108 is mounted face down on the surface 190 of the device 186. The funnel 188 is positioned thereon and in contact with the funnel sealing surface 113 which is known to extend around the periphery of the screen area 112 onto which a pattern of phosphors 187 has been applied as a result of the previous screening process. Referring to Figure 4, three posts 192, 193 and 194 are shown which allow alignment of the funnel and faceplate. Figure 5 illustrates details of the interface between the post 194, the face plate 108 and the funnel 188. The flat 117c on the face plate 118 is aligned with the reference surface "c" on the funnel 188. The shadow mask 86, which is under tension, is preferably shown mounted on the shadow mask holder 114.

Der Pfosten 194 hat zwei Bezugspunkte 196 und 198 zum Fixieren des Trichters 188 in bezug auf die Frontplatte 108. Die Bezugspunkte bestehen vorzugsweise aus Kohleknöpfen, da sie unempfindlich sein müssen gegenüber den Auswirkungen der während des Frittungszyklus auftretenden erhöhten Ofentemperatur.The post 194 has two reference points 196 and 198 for fixing the hopper 188 with respect to the front plate 108. The reference points are preferably made of carbon buttons since they must be insensitive to the effects of the elevated furnace temperature occurring during the frying cycle.

Eine entglasbare Fritte in Pastenform wird auf den am Umfang verlaufenden Dichtungsbereich der Frontplatte 108, der als Trichterdichtungsfläche 113 bezeichnet wird, zur Aufnahme des Trichters 188 aufgebracht. Die Frontplatte 108 wird dann an mit dem Trichter 188 zusammengebracht, um eine Baugruppe aus Frontplatte und Trichter zu bilden. Die Fritte, die in Figür 5 durch das Bezugszeichen 200 angedeutet ist, kann zum Beispiel die von Owens-Illinois, Inc., Toledo, Ohio, hergestellte Fritte Nr. CV-130 sein.A devitrifiable frit in paste form is applied to the circumferential sealing area of the face plate 108, referred to as the funnel sealing surface 113, to receive the funnel 188. The face plate 108 is then mated with the funnel 188 to form a face plate and funnel assembly. The frit, indicated by reference numeral 200 in Figure 5, may be, for example, frit No. CV-130 manufactured by Owens-Illinois, Inc., Toledo, Ohio.

Die Baugruppe aus Frontplatte und Trichter wird dann auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Fritte entglast wird und der Trichter dauerhaft an der Frontplatte befestigt wird, wonach die Baugruppe abgekühlt wird. Der Vorgang des Aufschmelzens des Trichters auf die Frontplatte wird im allgemeinen unter Bedingungen durchgeführt, die als Frittungszyklus bezeichnet werden. In einem typischen Frittungszyklus werden die Frontplatte, an der die Spannfolienmaske befestigt ist, und der Trichter langsam auf 435ºC erwärmt, dann über einen Zeitraum von drei bis dreieinhalb Stunden auf Raumtemperatur oder etwas darüber abgekühlt. Die Folie muß mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als etwa 5ºC pro Minute, vorzugsweise weniger als etwa 3ºC pro Minute und am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 2ºC und etwa 3ºC pro Minute auf die Temperatur abgekühlt werden, bei der die Legierung im wesentlichen auskristallisiert.The faceplate and funnel assembly is then heated to a temperature that devitrifies the frit and permanently secures the funnel to the faceplate, after which the assembly is cooled. The process of fusing the funnel to the faceplate is generally carried out under conditions referred to as a frit cycle. In a typical frit cycle, the faceplate to which the tension foil mask is attached and the funnel are slowly heated to 435°C, then cooled to room temperature or slightly above over a period of three to three and a half hours. The foil must be cooled to the temperature at which the alloy substantially crystallizes at a cooling rate of less than about 5°C per minute, preferably less than about 3°C per minute, and most preferably at a rate of between about 2°C and about 3°C per minute.

Die Erwärmung der Baugruppe und der Folie sowie die langsame Abkühlungsgeschwindigkeit der Baugruppe und der Folie gemäß der Erfindung und während des Frittungszyklus sind wirksam, um die Folienmaske teilweise zu glühen und die oben beschriebenen gewünschten mechanischen und magnetischen Eigenschaften herbeizuführen.The heating of the assembly and the foil and the slow cooling rate of the assembly and the foil according to the invention and during the fritting cycle are effective to partially anneal the foil mask and induce the desired mechanical and magnetic properties described above.

Testergebnisse zur Unterstützung des Erfindungsgedankens sind in den folgenden Beispielen zusammengefaßt.Test results to support the inventive concept are summarized in the following examples.

Example I

Eine kaltgewalzte 80Ni-4Mo-Fe-Folie ist 1 Milli-Inch dick. Im Anlieferungszustand hat die Folie eine Permeabilität von 3.000, eine Koerzitivkraft von 2,2 Oersted und eine Streckfestigkeit von 156 ksi.A cold rolled 80Ni-4Mo-Fe foil is 1 mil thick. As received, the foil has a permeability of 3,000, a coercivity of 2.2 oersteds, and a yield strength of 156 ksi.

Die Folie wird in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre bei 500ºC 60 Minuten wärmebehandelt und wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 3ºC pro Minute auf 200ºC abgekühlt. Die Wärmebehandlung ergibt eine Folie mit einer Streckfestigkeit von 192 ksi, einer Permeabilität von 60.000, einer Koerzitivkraft von 0,31 Oersted und einem Ausdehnungskoeffizienten von 13 · 10&supmin;&sup6; in/in/ºC.The film is heat treated in a dry hydrogen atmosphere at 500ºC for 60 minutes and is then cooled to 200ºC at a cooling rate of 3ºC per minute. The heat treatment produces a film with a yield strength of 192 ksi, a permeability of 60,000, a coercivity of 0.31 oersteds and a coefficient of expansion of 13 x 10-6 in/in/ºC.

Example II

Es kann eine kaltgewalzte 42Ni-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch verwendet werden. Im Anlieferungszustand wird die Folie eine Permeabilität von 3.000, eine Koerzitivkraft von 4.,0 Oersted und eine Streckfestigkeit von 110 ksi haben. Die Folie kann in einem trockenen Wasserstoffofen zwei Stunden bei 600ºC wärmebehandelt werden und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 2ºC pro Minute auf unter 200ºC abgekühlt werden. Die wärmebehandelte und langsam abgekühlte Folie wird eine Permeabilität von 9.000, eine Koerzitivkraft von 1, 1 Oersted und eine Streckfestigkeit von 80 ksi haben.Cold rolled 42Ni-Fe foil of 1 mil thickness may be used. As received, the foil will have a permeability of 3,000, a coercivity of 4.0 oersteds, and a yield strength of 110 ksi. The foil may be heat treated in a dry hydrogen furnace at 600ºC for two hours and then cooled to below 200ºC at a cooling rate of 2ºC per minute. The heat treated and slowly cooled foil will have a permeability of 9,000, a coercivity of 1.1 oersteds, and a yield strength of 80 ksi.

Example III

Eine 49Ni-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch im Anlieferungszustand wird eine Permeabilität von 3.200, eine Koerzitivkraft von 4,2 Oersted und eine Streckfestigkeit von 115 ksi haben. Nach der Wärmebehandlung und langsamen Abkühlung gemäß Beispiel I wird die Folie eine Permeabilität von 10.000, eine Koerzitivkraft von 0,4 Oersted und eine Streckfestigkeit von 85 ksi haben.A 1 mil thick 49Ni-Fe foil as received will have a permeability of 3,200, a coercivity of 4.2 oersteds and a yield strength of 115 ksi. After heat treatment and slow cooling as in Example I, the foil will have a permeability of 10,000, a coercive force of 0.4 Oersted and a yield strength of 85 ksi.

Example IV

Eine 49Ni-4Mo-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch im Anlieferungszustand wird ähnliche physikalische und magnetische Eigenschaften haben wie die Folie von Beispiel I. Nach der Wärmebehandlung und langsamen Abkühlung gemäß Beispiel I wird die Folie eine Permeabilität von 20.000, eine Koerzitivkraft von 0,3 Oersted und eine Streckfestigkeit von 160 ksi haben.A 1 mil thick 49Ni-4Mo-Fe foil as received will have similar physical and magnetic properties to the foil of Example I. After heat treating and slow cooling as in Example I, the foil will have a permeability of 20,000, a coercivity of 0.3 oersteds, and a yield strength of 160 ksi.

Example V

Eine 79Ni-2Mo-IV-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch im Anlieferungszustand dürfte ähnliche physikalische und magnetische Eigenschaften haben wie die Folie von Beispiel I. Die Folie kann wärmebehandelt und langsam abgekühlt werden wie in Beispiel I beschrieben. Nach der Wärmebehandlung und langsamen Abkühlung dürfte die Folie eine Permeabilität von 30.000, eine Koerzitivkraft von 0,30 Oersted und eine Streckfestigkeit von 160 ksi haben.A 1 mil thick 79Ni-2Mo-IV-Fe foil as received should have similar physical and magnetic properties to the foil of Example I. The foil can be heat treated and slowly cooled as described in Example I. After heat treatment and slowly cooled, the foil should have a permeability of 30,000, a coercivity of 0.30 oersteds, and a yield strength of 160 ksi.

Example VI

Eine 79Ni-2V-1Ti-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch im Anlieferungszustand dürfte ähnliche physikalische und magnetische Eigenschaften haben wie die Folie von Beispiel I. Die Folie kann wärmebehandelt und langsam abgekühlt werden wie in Beispiel I beschrieben, wonach die Folie eine Permeabilität über 30.000, eine Koerzitivkraft von 0,30 Oersted und eine Streckfestigkeit von 170 ksi haben dürfte.A 1 mil thick 79Ni-2V-1Ti-Fe foil as received should have similar physical and magnetic properties to the foil of Example I. The foil can be heat treated and slowly cooled as described in Example I, after which the foil should have a permeability greater than 30,000, a coercivity of 0.30 oersteds, and a yield strength of 170 ksi.

Example VII

Eine 79Ni-4Mo-Fe-Folie mit einer Dicke von 1 Milli-Inch im Anlieferungszustand dürfte nach der Wärmebehandlung und langsamen Abkühlung durch den herkömmlichen Frittungszyklus ähnliche physikalische und magnetische Eigenschaften haben wie die Folie von Beispiel I. Der Frittungszyklus umfaßt einen offenen Ofen mit einer Spitzentemperatur von etwa 435ºC. Die Gesamtdauer für den Durchlauf der Probe vom Eintritt in den Ofen bis zum Auslaß beträgt etwa 3 1/2 Stunden. Die Folie dürfte eine Permeabilität von etwa 60.000, eine Koerzitivkraft von etwa 0,4 Oersted und eine Streckfestigkeit von etwa 155 ksi haben.A 1 mil thick 79Ni-4Mo-Fe foil as received should have physical and magnetic properties similar to those of the foil of Example I after heat treatment and slow cooling through the conventional frit cycle. The frit cycle involves an open furnace with a peak temperature of about 435ºC. The total time for the sample to pass from the furnace entrance to the outlet is about 3 1/2 hours. The foil should have a permeability of about 60,000, a coercivity of about 0.4 oersteds, and a yield strength of about 155 ksi.

Eine Schattenmaske aus Folie gemäß der Erfindung zur Verwendung in einer Farbkathodenstrahlröhre mit einer gespannten Folie oder in einer Frontplattenbaugruppe für eine solche Röhre wird vorzugsweise aus einer Legierung hergestellt, die zwischen etwa 30 und etwa 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 0 und 5 Gew.-% Molybdän, zwischen 0 und 2 Gew.-% von einem oder mehreren von Vanadium, Titan, Hafnium und Niobium enthält, wobei die Legierung eine Streckfestigkeit über 80 ksi, eine Permeabilität über etwa 6.000, eine Koerzitivkraft unter etwa 2,5 Oersted und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der nicht kleiner ist als etwa der der Frontplatte. Ferner kann die Maske unter einer Spannung von mindestens etwa 25 Newton/Zentimeter stehen, wenn die Röhre Umgebungstemperatur hat. Die erfindungsgemäße Legierung kann eine Streckfestigkeit über etwa 150 ksi, eine Permeabilität über etwa 10.000 und eine Koerzitivkraft unter etwa 1,0 haben. Was die Zusammensetzung der Legierung der Maske angeht, so kann die Zusammensetzung ferner zwischen etwa 75 Gew.-% und etwa 85 Gew.-% Nickel, zwischen etwa 3 Gew.-% und etwa 5 Gew.-% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen umfassen; und vorzugsweise kann die Zusammensetzung etwa 80 Gew.-% Nickel, etwa 4 Gew.-% Molybdän und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen umfassen.A foil shadow mask according to the invention for use in a tensioned foil color cathode ray tube or in a faceplate assembly for such a tube is preferably made from an alloy containing between about 30 and about 85 weight percent nickel, between about 0 and 5 weight percent molybdenum, between 0 and 2 weight percent of one or more of vanadium, titanium, hafnium and niobium, the alloy having a yield strength greater than 80 ksi, a permeability greater than about 6,000, a coercivity less than about 2.5 oersteds and a coefficient of thermal expansion not less than about that of the faceplate. Further, the mask can be under a tension of at least about 25 newtons/centimeter when the tube is at ambient temperature. The alloy of the invention can have a yield strength greater than about 150 ksi, a permeability greater than about 10,000 and a coercivity less than about 1.0. As to the composition of the alloy of the mask, the composition may further comprise between about 75% and about 85% nickel, between about 3% and about 5% molybdenum, and the balance iron and incidental impurities; and preferably, the composition may comprise about 80% nickel, about 4 wt.% molybdenum and the balance iron and incidental impurities.

Claims

1. A cathode ray tube (20) having a flat faceplate (24) and a foil shadow mask (50) mounted thereon under tension, the mask (50) being made of an alloy containing between about 30 and about 85 weight percent nickel, between 0 and about 5 weight percent molybdenum, between 0 and about 2 weight percent of an alloying element selected from the group consisting of vanadium, titanium, hafnium, niobium and mixtures thereof, the balance iron and incidental impurities, the alloy having a coefficient of expansion not less than about that of the associated faceplate of the cathode ray tube, characterized in that the alloy contains between about 75 weight percent and about 85 weight percent nickel and between about 3 weight percent and about 5 weight percent molybdenum.

2. The tube of claim 1 wherein the alloy has a yield strength greater than about 552 N/m² (80 ksi), a permeability greater than about 6,000, and a coercivity less than about 199 A/m (2.5 oersteds).

3. A tube according to claim 1 or 2, wherein the mask is under a tension of at least about 25 Newtons/centimeter when the tube is at ambient temperature.

4. The tube of claim 1 or 2, wherein the alloy of the mask has a yield strength greater than about 1033 N/mm² (150 ksi), a permeability greater than about 10,000, and a coercivity less than about 80 A/m (1.0 oersted).

5. A tube according to claim 1 or 2, wherein the alloy contains about 80 weight percent nickel, about 4 weight percent molybdenum and the balance iron and incidental impurities.

6. A tube according to any preceding claim, comprising a front portion of the cathode ray tube comprising the flat front plate and the foil shadow mask mounted adjacent to the flat front plate.

7. The tube of claim 2, wherein the alloy further has a coefficient of thermal expansion no less than about that of the faceplate.

8. A method of making a foil shadow mask (50) for a color cathode ray tube (20) with a tensioned mask comprising a front plate (24) having on its inner side (26) a luminescent screen (28) and a holding device (48) holding a tensioned foil shadow mask (50) adjacent thereto, the method characterized in that it comprises the steps of: providing a foil of a hardened nickel-iron alloy containing between about 75 and about 85 weight percent nickel and at least one of the following elements in the specified weight percents: molybdenum between 0 and about 5%; vanadium between 0 and about 2%; titanium between 0 and about 2%; hafnium between 0 and about 2%; niobium between 0 and about 2%, the balance iron and incidental impurities; Heat treating the cured foil under conditions to achieve favorable magnetic shielding while maintaining strength properties of the cured material sufficient to withstand the normal stresses of operating the mask, including heat treating the foil for a period of at least about 30 minutes at a temperature above about 400ºC and below the temperature at which the alloy forms a solid solution, and controlling the cooling rate of the Heat the foil from that temperature to the temperature at which the alloy substantially recrystallizes to provide a foil having a yield strength greater than 552 N/mm² (80 ksi), a permeability greater than 6,000, and a coercivity of 199 A/m (2.5 oersteds) or less, place the foil under tension, and attach the foil to the fixture while under tension.

9. The method of claim 8, wherein the mask contains between about 75 and 85 weight percent nickel, preferably about 80 weight percent nickel, between about 3 and 5 weight percent molybdenum, preferably about 4 weight percent molybdenum, and the balance iron and incidental impurities.

10. A method according to claim 8 or 9, wherein the cooling rate is less than 5°C per minute, preferably less than 3°C per minute.

11. A method according to claim 8, 9 or 10, wherein the film is placed under a tension of at least 25 Newtons/centimeter.

12. A method according to claim 8 or 9, wherein the faceplate has on its inner side a centrally disposed luminescent screen region which is peripherally enclosed by a sealing region which mates with a funnel, and wherein the shadow mask is secured under tension to a frame-like shadow mask holder on the inner side of the faceplate between the peripherally disposed sealing region and the screen region; the method comprising the steps of: forming a foil from the alloy, opening a central region of the foil to form a foil mask which is dimensionally consistent with the screen region for color selection, tensioning the foil to a tension of at least about 25 Newtons/centimeter, successively applying a pattern of red applying light emitting, green light emitting and blue light emitting phosphors to the screen area and repeatedly aligning the film with the screen area by aligning the tension frame with the faceplate, placing the film mask under tension, securing the film mask to the mask holder such that the openings correspond with the pattern of phosphors, applying a devitrifiable frit in paste form to the peripheral sealing area to receive a funnel, fitting the faceplate onto the funnel to form a faceplate and funnel assembly, heating the assembly to a temperature to cause devitrification of the frit and permanently securing the funnel to the faceplate and cooling the assembly at a cooling rate of less than about 3 to 5ºC per minute, wherein the heating of the assembly and the film and the slow cooling rate of the assembly and the film cause the film mask to be partially cured and to have a yield strength in excess of 552 N/mm² (80 ksi), a permeability above 6,000, a coercive force below about 199 A/m (2.5 oersteds), and a coefficient of thermal expansion not less than that of the front plate.

13. The method of claim 12, wherein the foil mask is tensioned by heating the foil mask for a period of at least about 30 minutes to a temperature above 400°C and below the temperature at which the alloy forms a solid solution and thereafter cooling the foil to ambient temperature at a cooling rate of less than about 3 to 5°C per minute.

14. The method of claim 12 or 13, wherein the foil mask has a yield strength greater than about 1033 N/mm² (150 ksi), a permeability of about 10,000, and a coercivity less than about 80 A/m (1.0 oersted).