DE4104943C2

DE4104943C2 - Vorratskathode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4104943C2
Application number: DE4104943A
Authority: DE
Inventors: Jong-Seo Choi
Original assignee: Samsung Electron Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-02-19
Also published as: NL193917B; KR920004900B1; DE4104943A1; NL9100272A; FR2659794A1; NL193917C; FR2659794B1; JPH04220928A; JP2735955B2; US5128584A; KR910017482A

Description

Die Erfindung betrifft eine imprägnierte Vorratskathode mit einem porösen Metallmatrixkörper, der mit einem elektronenemit tierenden Material imprägniert ist, und einem becherförmigen Bauteil zum Aufnehmen des porösen Metallmatrixkörpers, wobei der Metallmatrixkörper mit dem Boden des becherförmigen Bauteils verschweißt ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bei einer derartigen, aus der JP 1-236538 (A) sowie dem zugehörigen englischen Abstract bekannten Vorratskathode ist unterhalb des becherförmigen Bauteils eine Heizung vorgesehen, über die der poröse Metallmatrixkörper zur Elektronenemission beheizt wird.

Imprägnierte Vorratskathoden sind weiterhin aus JP 63-19731 (A) englisches Abstract, GB 21 88 771 A, JP 61-176028 (A) engli sches Abstract, JP 61-227342 (A) englisches Abstract, JP 63-78429 (A) englisches Abstract, und der DE-AS 21 53 912 bekannt.

Eine imprägnierte Vorratskathode zur Verwendung in einer großen Projektionsröhre oder in einer extra großen Kathodenstrahlröhre für ein Fernsehgerät mit hoher Zeilenzahl (HDTV) wird gewöhnlich so hergestellt, daß ein elektronenemittierendes Material wie beispielsweise Barium-Calcium-Aluminat in eine poröse Metallmatrix mit einem hohem Schmelzpunkt imprägniert wird. Typische Beispiele einer derartigen imprägnierten Vorrats kathode sind in den US 4 165 473 und US 400 648 beschrieben. Herkömmliche imprägnierte Vorratskathoden sind gewöhnlich so ausgebildet, wie es in Fig. 1 darge stellt ist; sie umfassen eine poröse Metallmatrix 10, in die ein elektronenemittierendes Material imprägniert ist, ein becherför miges Bauteil 20 zur Aufnahme der Matrix 10 und eine Hülse 30 zum Halten und Befestigen des becherförmigen Bauteils 20 am oberen Teil, die auch eine Heizung im Inneren aufnimmt.

Das Herstellungsverfahren der oben beschriebenen herkömm lichen imprägnierten Vorratskathode umfaßt die folgenden Schrit te:

1) Einen ersten Verfahrensschritt, in dem die poröse Metallmatrix gebildet wird: Die poröse Metallmatrix wird dadurch erhalten, daß ein Körper aus komprimiertem pulverförmigen Wolfram und Molybdänpulver gesintert wird.
2) Einen Imprägnierungsverfahrensschritt: Während ein elek tronenemittierendes Material wie beispielsweise Barium-Calcium- Aluminat mit der gesamten Oberfläche der porösen Metallmatrix in Berührung steht, wird das elektronenemittierende Material aufge schmolzen und in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einem Vakuum in die Metallmatrix imprägniert.
3) Einen Verfahrensschritt, in dem die Rückstände entfernt werden. Die Rückstände, die an der Oberfläche der porösen Me tallmatrix während der Imprägnierung haften, werden durch Kugel strahlen entfernt.
4) Einen Verfahrensschritt, in dem die Bauteile befestigt werden: Die drei Bauteile, d. h. die Hülse, das becherförmige Bauteil und die Metallmatrix, werden durch Laser schweißen aneinander befestigt, nachdem die poröse Metallmatrix in das becherförmige Bauteil eingesetzt ist, das speziell hergestellt und in den oberen Teil der Hülse eingesetzt worden ist.

Bei einer herkömmlichen imprägnierten Vorratskathode, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt das Schweißen mit einem Laserstrahl von einem Laserschweißgerät oder durch Widerstands schweißen am oberen Ende der Hülse 3. Die drei Bauteile werden aneinander gleichzeitig an einer Schweißstelle W1 befestigt. Das elektronenemittierende Material, das in die Metallmatrix im prägniert ist, kann in unerwünschter Weise an dem Teil verdampft werden, an dem die Metallmatrix während dieser herkömmlichen Art der Verschweißung der Bauteile aufschmilzt.

Das elektronenemittierende Material verdampft, da eine derartig hohe Wärmeenergie anliegt, daß die drei Bauteile, nämlich die Hülse, das becherförmige Bauteil und die Metall matrix, gleichzeitig an der Schweißstelle W1 aufschmelzen. Zu diesem Zeitpunkt können weiterhin die Hülse und andere Bauteile so stark beschädigt werden, daß das Endprodukt nicht benutzt werden kann.

Wenn eine niedrigere Energie an der Schweißstelle liegt, um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, dann wird ein Verschweißen der Bauteile nicht in vollständigem Umfang erzielt, so daß die Bauteile nicht mehr fest miteinander verbunden werden. Wenn insbesondere die Metallmatrix nicht genau befestigt wird, kann sie aus dem becherförmigen Bauteil herausfallen.

Während des Verfahrensschrittes, bei dem die Rückstände entfernt werden, wird darüber hinaus die Metallmatrix zu stark abgerieben oder abgeschliffen, wenn die Strahlteilchen auf die gesamte Oberfläche der Metallmatrix auftreffen. Dieses Kugel strahlen in vollem Umfang wird benötigt, da Reste des elektro nenemittierenden Materials auf der gesamten Oberfläche der porösen Metallmatrix während der Imprägnierung haften, bei der die gesamte Oberfläche der porösen Metallmatrix mit dem elek tronenemittierenden Material in Berührung steht. Das beeinflußt die Herstellung negativ.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer imprägnierten Vorratskathode der eingangs genannten Art sowie eines Verfahrens zu ihrer Herstellung, die so ausgebildet ist, daß sie einen hohen thermischen Wirkungsgrad und insbesondere eine kurze Anheiz-, d. h. Anlaufzeit für die Elektronenemission hat.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der imprägnierten Vorratskathode der eingangs genannten Art der Boden des becherförmigen Bauteils an den Schweißstellen in den Metallmatrixkörper eingesenkt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer der artigen Vorratskathode sowie besonders bevorzugte Ausgestaltun gen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer der artigen imprägnierten Kathode zeichnet sich dadurch aus, daß der Verfahrensschritt, bei dem das elektronenemittierende Material in die poröse Metallmatrix imprägniert wird, durchgeführt wird, nachdem die Matrix am becherförmigen Bauteil befestigt ist.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen imprägnierten Vorratskathode und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen imprägnierten Vorratskathode.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen imprägnierten Vorratskathode umfaßt eine poröse Metallmatrix 10, in die ein elektronenemittierendes Material imprägniert ist, ein becherförmiges Bauteil 20 zur Aufnahme der Matrix 10 und eine Hülse 30 zum Halten und Festlegen des becher förmigen Bauteils 20 an ihrem oberen Teil, die auch dazu dient, im Inneren eine Heizung 40 aufzunehmen.

Im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren werden die poröse Metallmatrix 10 und das becherförmige Bauteil 20 am Boden des becherförmigen Bauteils und mittels dieses Bodens aneinander befestigt und haben die Schweißstellen W2 zwischen der porösen Metallmatrix 10 und dem becherförmigen Bauteil 20 eine Form, die um eine bestimmte Strecke nach oben in die Matrix selbst eingesenkt oder vertieft ist. Das becherförmige Bauteil 20 und die Hülse 30 sind anschließend an ihren Seiten wie bei dem herkömmlichen Produkt verschweißt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer im prägnierten Vorratskathode umfaßt die folgenden Schritte:
Zunächst werden eine poröse Metallmatrix 10, ein becherför miges Bauteil 20, eine Hülse 30 und eine Heizung 40 in den jeweiligen Herstellungsvorgängen separat hergestellt. Die poröse Metallmatrix 10 wird in das becherförmige Bauteil 20 eingebracht und in den Boden des becherförmigen Bauteils gedrückt. Das becherförmige Bauteil 20 und die poröse Metallmatrix 10 werden dadurch aneinander befestigt, daß ein Laserstrahl auf die äußere Bodenfläche des becherförmigen Bauteils 20 mit einem Laser strahlschweißgerät gerichtet wird. Die Anzahl der Schweißstellen liegt vorzugsweise im Bereich von 4 bis 6. Es ist gleichfalls wünschenswert, daß die Schweißstellen W2 eingesenkte oder einge schnittene Nuten haben, die so tief wie möglich sind. Anschlie ßend wird das elektronenemittierende Material in die poröse Metallmatrix mittels eines herkömmlichen Verfahrens imprägniert. Nach dem Abschluß der Imprägnierung werden die Rückstände, die an der Oberfläche der porösen Metallmatrix haften (elektronen emittierende Fläche) durch Kugelstrahlen entfernt. Die Anordnung aus Metallmatrix und becherförmigem Bauteil wird in den oberen Teil der Hülse 30 eingesetzt und an die Seite der Hülse über ein Laserschweißgerät oder ein Widerstandsschweißgerät geschweißt.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren mit den oben beschriebenen Herstellungsschritten hat die folgenden Vorteile:
Da zunächst das becherförmige Bauteil, in dem die poröse Metallmatrix aufgenommen ist, und die Hülse miteinander an ihren Seiten mit einer geringen Wärmemenge verschweißt werden, kann eine Verdampfung des elektronenemittierenden Materials, das in die poröse Metallmatrix imprägniert ist, wirksam vermieden werden.

Das Imprägnieren des elektronenemittierenden Materials erfolgt weiterhin nach der Befestigung der porösen Metallmatrix 10 am becherförmigen Bauteil 20, so daß die Rückstände nach dem Imprägnieren nur an der freiliegenden oberen Außenfläche der porösen Metallmatrix 10 haften. Die Zeit für das Kugelstrahlen zum Entfernen der Rückstände ist daher kürzer und der Abrieb der porösen Metallmatrix 10 durch das Kugelstrahlen ist wesentlich geringer als beim herkömmlichen Verfahren.

Da schließlich die poröse Metallmatrix 10 und das becher förmige Bauteil 20 fest zusammengedrückt werden, um an ihren Unterseiten miteinander verschweißt zu werden, wird nicht nur die Haftung maximal, sondern es bilden die eingesenkten Schweiß stellen auch einen größeren Bereich zum Absorbieren der Wärme von der Heizung am Boden.

Eine imprägnierte Vorratskathode, die nach dem oben be schriebenen Verfahren hergestellt wurde, hat die folgenden Eigenschaften:

Die Vorratskathode hat eine längere Lebensdauer, wobei die Menge an emittierten Elektronen über dem erforderlichen Wert gehalten wird und die Elektronenemission stabil über ein langes Zeitintervall bleibt, da die Kathode so hergestellt wurde, daß der Verlust an elektronenemittierendem Material so weit wie möglich verringert ist.

Der thermische Wirkungsgrad ist maximal, so daß der elek trische Strom der Heizung herabgesetzt werden kann. Die Anlauf zeit der Elektronenemission ist wesentlich kürzer, da der Boden des becherförmigen Bauteils partiell mit Teilen der porösen Metallmatrix verschweißt ist und daher in einem engen Kontakt mit ihnen steht.

Die erfindungsgemäße Kathode und das erfindungsgemäße Verfahren, die oben beschrieben wurden, haben den Vorteil, daß der Wert der Produkte aufgrund der höheren Lebenserwartung und aufgrund der Eignung für große Kathodenstrahlröhren zunimmt, während die Zuverlässigkeit dadurch verbessert ist, daß Mängel beseitigt sind, die sonst im Aufbau und bei der Herstel lung herkömmlicher imprägnierter Vorratskathoden auftreten.

Claims

1. Imprägnierte Vorratskathode mit
einem porösen Metallmatrixkörper, der mit einem elektro nenemittierenden Material imprägniert ist, und
einem becherförmigen Bauteil zum Aufnehmen des porösen Metallmatrixkörpers, wobei

- der Metallmatrixkörper mit dem Boden des becherförmigen Bauteils verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Boden des becherförmigen Bauteils an den Schweiß stellen in den Metallmatrixkörper eingesenkt ist.

2. Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode nach Anspruch 1, bei dem der poröse Metallmatrixkörper in das becher förmige Bauteil eingesetzt und mit dem Boden des becherförmigen Bauteils verschweißt wird und anschließend der poröse Metall matrixkörper mit dem elektronenemittierenden Material impräg niert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Metallma trixkörper an seiner Unterfläche an den eingesenkten Stellen direkt mit der Innenfläche des Bodens des becherförmigen Bau teils verschweißt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschweißen des Metallmatrixkörpers mit dem becherför migen Bauteil der Metallmatrixkörper fest an die Innenfläche des Bodens des becherförmigen Bauteils gedrückt wird und von der Bodenaußenfläche aus nach innen nutenartige Einsenkungen im Boden des becherförmigen Bauteils ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß der poröse Metallmatrixkörper und das becherförmige Bauteil durch Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt werden.