DE3889696T2

DE3889696T2 - Verfahren zur Herstellung einer Scandat-Kathode.

Info

Publication number: DE3889696T2
Application number: DE3889696T
Authority: DE
Inventors: Jan Hasker; Esdonk Johannes Van; Lith Josef Johannes Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2008-07-05
Also published as: EP0298558B1; KR890002949A; JPH01163941A; EP0298558A1; NL8701583A; JP2685232B2; DE3889696D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nachlieferkathode mit einer Bariumverbindung zum Nachliefern von Barium nach einer emittierenden Oberfläche eines porösen Kathodenkörpers, der im wesentlichen aus einem bei hoher Temperatur schmelzenden Metall besteht.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Elektronenröhre, die mit einer mit Hilfe eines derartigen Verfahrens hergestellten Kathode versehen ist.
Nachlieferkathoden weisen das Kennzeichen auf, daß es zwischen einerseits der elektronenemittierenden Oberfläche und andererseits einem Vorrat des Emittermaterials zum Verwirklichen einer ausreichend niedrigen Austrittsarbeit auf der emittierenden Oberfläche eine funktionelle Trennung gibt. Das Emittermaterial befindet sich in den Poren des porösen metallenen Kathodenkörpers.
Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art ist in der US-Patentschrift 4 077 393 beschrieben. Diese Patentschrift gibt eine Beschreibung davon, wie ein aus Wolframpulver gepreßter und danach gesinterter Kathodenkörper mit einer Porosität von etwa 20% mit einer Mischung imprägniert wird, die außer Bariumoxid auch Calciumoxid, Aluminiumoxid und Scandiumoxid enthält.
In der europäischen Patentschrift Nr. 0 091161 wird angegeben, wie derartige Kathoden in bezug auf die Empfindlichkeit für Ionenbeschuß und Wiederherstellung nach dem Ionenbeschuß durch Zusammendrücken des Kathodenkörpers (insbesondere der Oberschicht) aus einer Mischung von Wolframpulver und Scandiumoxid und durch anschließendes Sintern verbessert werden können. Zum Erhalten eines Kathodenkörpers mit einer dünnen (etwa 0,1 mm) und möglichst homogenen Deckschicht erfolgt der Preßvorgang allgemein in zwei Schritten. Zunächst wird der Wolframteil des Kathodenkörpers leicht vorgepreßt. Anschließend wird das Deckschichtpulver gleichmäßig auf eine Oberfläche des Wolframteils verteilt, wonach der endgültige Preßvorgang durchgeführt wird.
In der europäischen Patentschrift 0 179 513 ist ein Verfahren beschrieben, in dem der poröse Körper aus einer Mischung von Scandium-Hydridwolframpulver und Wolframpulver erhalten wird. Das Scandium-Hydridwolframpulver wird durch Pressen von Wolframpulver in eine Ziehform erhalten, in deren Poren Scandium hineingezogen wird. Nach dem Abkühlen in Wasserstoff wird die Ziehform dadurch brüchig, daß sich Scandium teilweise in Scandiumhydrid umwandelt. Die Ziehform wird darauf pulverisiert und die Bruchteile werden in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt. Nachdem im wesentlichen alles Scandium gekühlt ist, wird es in Scandiumhydrid umgewandelt. Die Bruchteile werden darauf zu einem Pulver zerrieben, das aus Wolframkörner mit Skandiumhydrid in ihren Poren besteht.
Der Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, ein anderes Verfahren zum Herstellen einer derartigen Nachlieferkathode zu schaffen, das einfacher ist und zu gleichen Ergebnissen in bezug auf Stromdichte und Lebensdauer führt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper aus einer Metallpulvermenge gepreßt wird, die mit Scandium oder Scandiumhydrid vermischt ist, wonach der Körper gesintert und die Kathode mit Emittermaterial versehen wird. Die Scandiumhydridmenge in der Metallpulvermenge beträgt dabei vorzugsweise 0,3 bis 0,7 Gew. %.
Ein derartiges Verfahren ist fertigungstechnisch vorteilhafter, weil der Preßvorgang in diesem Fall nur einmal durchgeführt zu werden braucht und die Verteilung des Deckschichtpulvers nicht länger notwendig ist. Auch das Vorbereitungsverfahren für Scandiumhydrid/Wolframkörner kann unterbleiben. Nach dem Einführen des Imprägniermittels erfahren die Kathodenkörper in der Herstellung mit einem derartigen Verfahren mechanische Bearbeitungen, wie z. B. Drehen oder andere Formgestaltungsarbeiten ohne nachteilige Effekte.
Damit möglichst vermieden wird, daß beim Sintern, was vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt, Scandium verloren geht, erfolgt dieser Sintervorgang vorzugsweise bei einer Temperatur, die niedriger ist als der Schmelzpunkt von Scandium (1539ºC). Andererseits soll aber die Sintertemperatur möglichst hoch gewählt werden, damit der Kathodenkörper eine ausreichende Festigkeit bekommt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur zwischen 1430ºC und 1500ºC liegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kathode nach der Erfindung, und
Fig. 2 eine Ansicht einer zylinderförmigen erfindungsgemäßen Kathode. In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Kathode nach der Erfindung
dargestellt. Der Kathodenkörper 1 wird aus einer Mischung aus Wolframpulver und etwa 0,5 Gew. % Skandium oder Scandiumhydrid gepreßt. Nach dem Preßvorgang bei einem Druck von etwa 3,5 atm und dem Sintervorgang in Wasserstoff während etwa einer Stunde bei 1450ºC hat der Kathodenkörper aus Scandium und Wolfram eine Porosität von etwa 20%. Der Kathodenkörper 1 hat nunmehr beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm und einen Durchmesser von etwa 1,8 mm.
Danach wird der Kathodenkörper 1 in einer Wasserstoffatmosphäre mit Barium-Calcium-Aluminat (beispielsweise 5BaO, 2Al&sub2;O&sub3;, 3CaO oder 4BaO, 1Al&sub2;O&sub3;, 1CaO) imprägniert, in einer Halterung 2 gepreßt und mit dem Kathodenschaft 3 verschweißt. In dem Kathodenschaft 3 befindet sich ein gewendelter Kathodenglühfaden 4, der aus einem gewendelten Metallkern 5 und einer aus Aluminiumoxid bestehenden Isolierschicht 6 besteht. Die Emission der emittierenden Oberfläche 7 einer derartigen Kathode betrug etwa 100 A/cm² bei 950ºC, die bei einer Impulsbelastung bei 1000 V in einer Diode mit einem Kathoden-Anodenabstand von 0,3 mm erhalten wurde. Eine derartige Emission ist mit der einer Kathode mit einer Deckschicht aus Wolfram und Scandiumoxid vergleichbar, wie dies in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 178 716 (IHN 11. 169) beschrieben ist, die sich aber schwieriger herstellen läßt. Die Wiederherstellung nach Ionenbeschuß war mit der der dort beschriebenen Kathode mit einem Kathodenkörper vergleichbar, der bei etwa 1900ºC gesintert wurde (etwa 65%). Bei einer Kathode nach der Erfindung, die bei 1500ºC gesintert wurde, erfolgte die Wiederherstellung weniger gut und betrug etwa 58%. Für die Bedeutung der Wiederherstellungsprozentsätze und die Art und Weise der Bestimmung derselben sei auf die europäische Patentanmeldung Nr. 0 178 716 oder auf den Zeitschriftartikel "Properties and manufacture of top-layer scandate cathodes" in Applied Surface Science 26 (1986), S. 173 . . . 195 verwiesen.
Die Aufnahme des Imprägniermittels betrug im obigen Beispiel etwa 4,5%. Bei Erhöhung der Scandium-(Hydrid)Menge in der zu pressenden Mischung auf 1 Gew. % sank diese Aufnahme auf etwa 2%, was die Lebensdauer der Kathode verkürzt. Für eine Menge von 0,3 . . . 0,7 Gew. % an Scandium-(Hydrid) reicht die aufgenommene Imprägniermittelmenge aus; die Wiederherstellung nach dem Beschuß zeigte keine bedeutsame Änderung in diesem Gebiet.
Auch kann aus einem Wolframkörper, der nach obigem Verfahren gepreßt wurde, ein in Fig. 2 in der Ansicht dargestellter Zylinder 20 mit einer emittierenden Oberfläche 21 gedreht werden, in dem ein Heizelement angebracht wird.
Die erfindungsgemäßen Kathoden lassen sich in Elektronenröhren, wie beispielsweise Mikrowellenherden, Senderöhren usw., aber auch in Elektronenstrahlröhren für Fernsehzwecke und für Elektronenmikroskopie verwenden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Nachlieferkathode mit einer Bariumverbindung zum Nachliefern von Barium nach einer emittierenden Oberfläche eines porösen Kathodenkörpers, der im wesentlichen ein bei hoher Temperatur schmelzendes Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper aus einer Metallpulvermenge gepreßt wird, wobei das Metallpulver mit Scandium oder Scandiumhydrid vermischt ist, wonach der Körper gesintert und die Kathode mit Emittermaterial versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scandium- oder Scandiumhydridmenge in der Mischung aus Metallpulver und Scandium oder Scandiumhydrid etwa 0,3 bis 0,7 Gew. % beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Scandiums ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur zwischen 1430ºC und 1500ºC liegt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper eine endgültige Form erhält, nachdem er mit Emittermaterial versehen ist.

6. Elektronenröhre mit einer Kathode, die mit Hilfe eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellt worden ist.