DE69925940T2

DE69925940T2 - Indirekt beheizte Kathode und diese enhaltende Kathodenstrahlröhre

Info

Publication number: DE69925940T2
Application number: DE69925940T
Authority: DE
Inventors: Yoji Nishinomiya-shi Yamamoto; Masaki Toyonaka-shi Kawasaki; Hideo Takatsuki-shi Koshino; Junya Kyoto-shi Nakai; Tetsuya Mukou-shi Shimizu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2019-01-15
Also published as: KR100300172B1; DE69925940D1; CN1159746C; TW414909B; ATE298925T1; EP0930633A1; EP0930633B1; CN1224229A; US6242854B1; KR19990067990A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine indirekt beheizte Kathode für eine Kathodenstrahlröhre, die für einen Fernsehempfänger, einen Computerbildschirm oder ähnliches verwendet wird, und eine Kathodenstrahlröhre, die diese umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid einer Heizvorrichtung für eine in einer Elektronenkanone verwendete indirekt beheizte Kathode.
10 zeigt eine für eine herkömmliche, allgemein indirekt beheizte Kathode verwendete Heizvorrichtung 13. In 10 wird eine elektrisch isolierende Schicht 11 aus Aluminiumoxid durch Beschichten einer Oberfläche einer Metalldrahtspule 14 mit Aluminiumoxidteilchen auf einer Oberfläche einer Metalldrahtspule 14 durch Elektrophorese, Sprühen oder ähnliches und anschließendes Sintern gebildet. Die Metalldrahtspule 14 besteht aus Wolfram oder einer Rhenium-Wolfram-Legierung und ist gewunden. Eine Metallkappe 17 und eine Hülse 10 zum Halten einer Kathode 9 sind außerhalb der Heizvorrichtung 13 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 13 liefert eine ausreichende Menge an Wärme an die Metallkappe 17 und die Hülse 10, so dass die Kathode 9 Thermoelektronen emittiert. Die elektrisch isolierende Schicht 11 aus Aluminiumoxid auf der Oberfläche der Metalldrahtspule 14 hält die elektrische Isolierung zwischen der Hülse 10 und der Metalldrahtspule 14 aufrecht. Außerdem ist auf der elektrisch isolierenden Schicht 11 eine Dunkelschicht 12, die aus einer Mischung aus Wolfram-Aluminiumoxidteilchen und Aluminiumoxidteilchen besteht, vorgesehen, wodurch sich die Wärmeübertragungseffizienz von der Heizvorrichtung 13 an die Hülse 10 erhöht.
Jedoch konzentriert sich bei einer indirekt beheizten Kathode, die mit einer eine solche elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid aufweisenden Heizvorrichtung versehen ist, die thermische Beanspruchung an unebenen Teilen in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid während des Sintervorgangs und des praktischen Betriebs. Folglich treten leicht Risse 16 und eine Verformung der Heizvorrichtung auf, was eine Verringerung des Wärmeübertragungsvolumens an eine Kathode, einen Anstieg der Temperatur der Heizvorrichtung, eine schlechte elektrische Isolierung zwischen der Heizvorrichtung und der Kathode, einen Ausfall der Heizvorrichtung oder ähnliches zur Folge hat. Zudem nimmt die Betriebstemperatur der Kathode ab, und damit verringert sich die Elektronenemission, was die Eigenschaften einer Kathodenstrahlröhre beeinträchtigt.
Um solche Probleme zu lösen, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Es gibt beispielsweise Verfahren, bei denen eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid verstärkt wird, indem man einen faserigen oder whiskerartigen, hochschmelzenden anorganischen Isolator mit einem anorganischen Isolator mischt und dadurch Risse verhindert (Japanese Patent Gazette Tokko Sho 44-1775), und im Gegensatz dazu wird die Porosität in einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid erhöht und so verhindert, dass die Risse zunehmen (Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Tokkai Sho 60-221925).
Die JP-A-2276128 beschreibt eine indirekt beheizte Kathode, die eine Heizvorrichtung, welche eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid aufweist, die durch Schichten von Aluminiumoxidteilchen auf einer Oberfläche eines Metalldrahtes gebildet wird, und einen Elektronen emittierenden Teil umfasst, der von der Heizvorrichtung Wärme empfängt und Thermoelektronen emittiert, wobei die Aluminiumoxidteilchen, die in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, eine Reinheit von mehr als 99,8 % aufweisen.
Jedoch gab es bei den oben genannten herkömmlichen Verfahren dahingehend Probleme, dass die Materialien teuer waren, es bei einer Erhöhung der Porosität schwierig war, eine einheitliche elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid zu erhalten und so den prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern bei einer Heizvorrichtung oder einen Schaden an einer Heizvorrichtung bedeutend zu beeinflussen, nachdem diese in die Kathode eingesetzt wurde. Beide oben beschriebene Verfahren waren bei einer Heizvorrichtung, die bei relativ niedriger Temperatur (etwa 1.100°C oder weniger) betrieben wurde, effektiv, verursachten jedoch eine kurze Lebensdauer einer Heizvorrichtung, die bei hoher Temperatur (wenigstens etwa 1.100°C) betrieben wurde, beispielsweise in einer imprägnierten Kathode.
Um die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen, ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine indirekt beheizte Kathode vorzusehen, die auf stabile Weise hergestellt werden kann und bei der das Auftreten von Rissen in einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid, eine Verformung der Heizvorrichtung und ähnliches im praktischen Betrieb einer Kathodenstrahlröhre vermieden und damit die Lebensdauer einer Heizvorrichtung verlängert wird. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ferner, eine Kathodenstrahlröhre vorzusehen, die die indirekt beheizte Kathode umfasst.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst eine indirekt beheizte Kathode der vorliegenden Erfindung eine Heizvorrichtung und einen Elektronen emittierenden Teil. Die Heizvorrichtung weist eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid auf, die durch Schichten und Sintern von Aluminiumoxidteilchen auf einer Oberfläche eines Metalldrahtes gebildet wird. Der Elektronen emittierende Teil empfängt Wärme von der Heizvorrichtung und emittiert Thermoelektronen. Die indirekt beheizte Kathode ist dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumoxidteilchen, die in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% aufweisen, und Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in den zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen enthalten sind, weisen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger und/oder die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen weisen einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger auf.
Die Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung umfasst eine Frontplatte, die auf ihrer Innenfläche einen Leuchtschirm aufweist, einen Trichterabschnitt, der mit der Rückseite der Frontplatte verbunden ist, und einen Halsabschnitt, der an der Rückseite des Trichterabschnitts ausgebildet ist. Im Halsabschnitt ist eine Elektronenkanone, die Elektronenstrahlen emittiert, vorgesehen. In der Kathodenstrahlröhre umfasst eine indirekt beheizte Kathode in der Elektronenkanone eine Heizvorrichtung und einen Elektronen emittierenden Teil. Die Heizvorrichtung weist eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid auf, die durch Schichten und Sintern von Aluminiumoxidteilchen auf einer Oberfläche eines Metalldrahtes ausgebildet ist. Der Elektronen emittierende Teil empfängt Wärme von der Heizvorrichtung und emittiert Thermoelektronen. Die indirekt beheizte Kathode ist dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumoxidteilchen, die in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% und Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in den zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen enthalten sind, einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufweisen oder die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger aufweisen.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung sind die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger vorzugsweise in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen enthalten, die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht in einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.% verwendet werden. Die Lebensdauer der Heizvorrichtung kann durch Definieren der Teilchengröße der Aluminiumoxidteilchen und des Na-Gehalts noch weiter verlängert werden.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung besteht der Elektronen emittierende Teil vorzugsweise aus einem Oxidkathodenmaterial. Bei Verwendung des Oxidkathodenmaterials eignet sich der Elektronen emittierende Teil für eine indirekt beheizte Kathode, die bei relativ niedriger Temperatur betrieben wird. Das Oxidkathodenmaterial ist insbesondere dann wirksam, wenn die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.% enthalten sind.
Zudem sind bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, diejenigen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm und diejenigen mit einer Teilchengröße über 20 μm in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.%, 40 bis 70 Gew.% bzw. 10 Gew.% oder weniger enthalten.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung besteht der Elektronen emittierende Teil vorzugsweise aus einem imprägnierten Kathodenmaterial. Das imprägnierte Kathodenmaterial ist insbesondere dann wirksam, wenn die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, diejenigen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm, und diejenigen mit einer Teilchengröße über 20 μm in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.%, 40 bis 70 Gew.% bzw. 10 Gew.% oder weniger enthalten sind.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise alle für die Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht verwendeten Aluminiumoxidteilchen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung wird auch bevorzugt, dass eine Dunkelschicht, die aus einer Mischung aus Wolfram-Aluminiumoxidteilchen und Aluminiumoxidteilchen besteht, des Weiteren auf der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid ausgebildet ist.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung besteht der Metalldraht vorzugsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung.
Bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung weist die elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 40 bis 150 μm auf.
Außerdem weist bei der indirekt beheizten Kathode und der Kathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung die Dunkelschicht vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm auf.
1 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht, die eine indirekt beheizte Kathode eines Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts X in 1;
3 ist eine Querschnittsansicht einer Kathodenstrahlröhre, die eine indirekt beheizte Kathode des obigen Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern und dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einer Oxidkathode des obigen Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Umfang der Verformung der Heizvorrichtung und dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern und dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einer imprägnierten Kathode des obigen Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Umfang der Verformung der Heizvorrichtung und dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern und dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Umfang der Verformung der Heizvorrichtung und dem Ver hältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer herkömmlichen indirekt beheizten Kathode.
Laut von den Erfindern durchgeführten Versuchen gibt es zwei bedeutende Faktoren, welche die Lebensdauer einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid beeinträchtigen. Der erste Faktor ist ein Na-Gehalt in Aluminiumoxidteilchen und der zweite Faktor ist die Größenverteilung der Aluminiumoxidteilchen. Die Gründe können nachfolgend erläutert werden.
Während des Sinterns verdampft Na bis zu einem gewissen Maß, jedoch verschlechtert sich durch das Vorhandensein von Na auf Oberflächen der Aluminiumoxidteilchen der Sintergrad und es bilden sich so schwache Sinterabschnitte mit niedriger Flexibilität. Dies wird mit steigendem Na-Gehalt signifikant. Andererseits weisen winzige Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger eine größere spezifische Oberfläche auf als die von groben Aluminiumoxidteilchen und besitzen daher viele Kontaktpunkte innerhalb einer ausgebildeten elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid. Folglich wird die Festigkeit der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid sichtbar erhöht, wenn die winzigen Aluminiumoxidteilchen zunehmen. Andererseits jedoch bedeutet das, dass dementsprechend viele schwache Sinterabschnitte, wie oben beschrieben, gebildet werden, wenn die winzigen Aluminiumoxidteilchen einen großen Na-Gehalt aufweisen. Thermische Beanspruchung während wiederholter Betriebe verursacht Risse, die sequentiell von einem schwächeren Abschnitt aufzutreten beginnen. In diesem Fall kann man daher auf den Gedanken kommen, dass es dort, wo leicht Risse auftreten, viele Sinterabschnitte gibt, und damit in einem frühen Stadium leicht Risse und Verformungen hervorgerufen werden. Somit sollte der Na-Gehalt in den Aluminiumoxidteilchen so gering als möglich sein.
Was die Teilchengrößenverteilung anbelangt, so werden Teilchen im Allgemeinen grob in große oder kleine Teilchen bzw. in große, mittlere oder kleine Teilchen unterteilt, und die Größenverteilung von Teilchen in jeder Einteilung hat eine Spitze. Auch wenn der Na-Gehalt gering ist, ergeben zu viele winzige Aluminiumoxidteilchen eine zu hohe Dichte nach dem Sintern. Folglich kann die thermische Ausdehnung einer Metalldrahtspule als Basismetall nicht absorbiert werden, und es treten daher leicht Risse auf. Infolgedessen ist es auch wünschenswert, das Verhältnis von kleinen Aluminiumoxidteilchen zu begrenzen.
So wird bei der vorliegenden Erfindung der Na-Gehalt in Aluminiumoxidteilchen innerhalb eines bestimmten Bereichs begrenzt und die Größenverteilung der Aluminiumoxidteilchen wird dann innerhalb eines bestimmten Bereichs begrenzt.
Ausführungsbeispiel 1
Ein Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend erläutert.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine indirekt beheizte Kathode 8 eine Kathode 9 (einen Elektronen emittierenden Teil) an einem Ende und eine gewundene bzw. gewickelte Heizvorrichtung 13 (einen Heizvorrichtungsteil). Die Kathode 9 ist aus einem Emitter zum Emittieren von Elektronen gebildet. Die Heizvorrichtung 13 weist eine elektrisch isolierende Schicht 11 aus Aluminiumoxid auf einer Metalldrahtspule 14 (ein Basismaterial) und eine Dunkelschicht 12 auf der elektrisch isolierenden Schicht 11 aus Aluminiumoxid im Innern eines Mantels 10 auf. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts X in 1.
Die elektrisch isolierende Schicht 11 aus Aluminiumoxid ist aus Aluminiumoxidteilchen gebildet. Jedes Aluminiumoxidteil chen besitzt eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% bzw. die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen besitzen eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.%. Für Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in den oben genannten Aluminiumoxidteilchen enthalten sind, weist jedes Aluminiumoxidteilchen oder die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf. Die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger sind in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.% in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen enthalten.
Außerdem sind Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm und diejenigen mit einer Teilchengröße über 20 μm vorzugsweise in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% bzw. 10 Gew.% oder weniger enthalten. Ebenfalls vorzugsweise weist jedes Aluminiumoxidteilchen bzw. die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf.
Der Grund für eine Begrenzung der Zusammensetzung der Aluminiumoxidteilchen in dem oben genannten numerischen Bereich wird nachfolgend erläutert.
Wird ein Heizvorgang bzw. -betrieb wiederholt durchgeführt, so treten im Allgemeinen infolge von Ausdehnung und thermischer Beanspruchung der Heizvorrichtung, wie in 10 gezeigt, in der in die indirekt beheizte Kathode 8 einzusetzenden Heizvorrichtung 13 an den schwächsten Abschnitten in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid Risse 16 auf. Zudem wird die Heizvorrichtung 13 verformt und um einen Betrag 15 der Verformung der Heizvorrichtung verglichen mit demjenigen vor der Wiederholung des Heizvorgangs (1) verkleinert. So wird aufgrund einer Fluktuation des Heizvorrichtungsstromes eine schlechte elektrische Isolierung und eine Schwankung in der Temperatur der Heizvorrichtung verursacht, was zu einer Schwankung in der Kathodentemperatur führt. Die Schwankung in der Kathodentemperatur verursacht einen Mangel in der Elektronenemission, was in einer Abnahme der Helligkeit oder ähnli chem einer Kathodenstrahlröhre resultiert.
Die Erfinder haben anhand der folgenden Versuche festgestellt, dass der Hauptfaktor solcher Phänomene nicht die allgemeine Reinheit der Aluminiumoxidteilchen war, sondern der Na-Gehalt sowie die Teilchengrößenverteilung in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid.
Zunächst wurde in einer Oxidkathode, die bei relativ niedriger Temperatur (Temperatur der Heizvorrichtung zum Zeitpunkt des praktischen Betriebs: ca. 1.050°C) arbeitet, der Einfluss der Teilchengrößenverteilung und des Na-Gehalts auf das Volumen der Verformung der Heizvorrichtung untersucht. Die Ergebnisse werden nachfolgend erläutert.
Die Oxidkathode wurde durch Auftragen, Besprühen oder ähnliches eines Elektronen emittierenden Materials (eines Emitters), der aus BaO, SrO, CaO oder ähnlichem besteht, auf ein Basismetall (ein Metallsubstrat) gebildet, bei dem dem Hauptbestandteil von Ni oder ähnlichem kleine Mengen von reduzierenden Elementen zugegeben wurden, so dass das Emissionsmaterial an dem Basismetall anhaftet.
Die für den Versuch verwendeten Aluminiumoxidteilchen umfassten winzige Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm. Die winzigen Aluminiumoxidteilchen besaßen eine Reinheit von 99,7 Gew.% und einen Na-Gehalt von 20 ppm oder eine Reinheit von 99,9 Gew.% und einen Na-Gehalt von 100 ppm. Die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm hatten eine mittlere Teilchengröße von ca. 6 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 2-15 μm), eine Reinheit von 99,9 Gew.% und einen Na-Gehalt von 100 ppm oder eine mittlere Teilchengröße von ca. 6 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 2 bis 15 μm), eine Reinheit von 99,7 Gew.%, und einen Na-Gehalt von 20 ppm. Die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen hatten einen Si-Gehalt von 50 ppm.
3 zeigt eine in einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendete Kathodenstrahlröhre. Die Kathodenstrahlröhre 1 umfasst eine Frontplatte 3, die auf ihrer Innenfläche einen Leuchtschirm 2 aufweist, einen Trichterabschnitt 4, der an der Rückseite der Frontplatte 3 befestigt ist, und einen Halsabschnitt 7, der an der Rückseite des Trichterabschnitts 4 ausgebildet ist. Eine Elektronenkanone 6 zum Emittieren von Elektronenstrahlen 5 ist im Innern des Halsabschnitts 7 vorgesehen. Eine indirekt beheizte Kathode 8 ist an einem Ende der Elektronenkanone 6 vorgesehen.
Als nächstes wird ein konkretes Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Aluminiumoxidteilchen wurden auf geeignete Weise gemischt, so dass sie ein gewünschtes Verhältnis aufwiesen. Anschließend wurden 500 ml einer Lösung, die als Bindemittel 10 Gew.% Polyvinylacetat (PVAc) enthält, 100 ml einer Harzlösung, die als oberflächenwirksame Substanz 10 Gew.% Harz enthält, und eine geeignete Menge einer Lösung, die als Elektrolyt 9 Gew.% Kupfernitrat enthält, einer Mischung von 1 kg der gemischten Aluminiumoxidteilchen und 3.000 ml Methanol zugegeben und so eine Suspension zur elektrolytischen Abscheidung zubereitet.
Als nächstes wurde eine Metalldrahtspule, die durch Aufwickeln von Wolfram-Rhenium in eine Spulenform gebildet wurde, als negative Elektrode verwendet und in ein mit der Suspension zur elektrolytischen Abscheidung zusammen mit einer positiven Elektrode aus Platin gefülltes Beschichtungsbad eingetaucht. Eine Spannung von 70 bis 120 V wurde zwischen den Elektroden angelegt, und eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid wurde elektrolytisch auf die Metalldrahtspule abgeschieden, um eine Dicke von 40 bis 150 μm zu erhalten.
Weiterhin wurde eine aus einer Mischung von Wolframteilchen und Aluminiumoxidteilchen gebildete Dunkelschicht auf die elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid aufgetragen. Danach wurde sie in einer Wasserstoffatmosphäre bei ca. 1.600°C gesintert, und anschließend wurde ein als Kern der Metallspule verwendeter Molybdändraht geschmolzen, und man erhielt so eine Heizvorrichtung. Nach dem Sintern wies die elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid eine Dicke in einem Bereich von 40 bis 150 μm auf, und die Dunkelschicht wies eine Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm auf.
Heizvorrichtungen, die eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid besitzen, wurden unter den folgenden jeweiligen Bedingungen um die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger hergestellt. Indirekt beheizte Kathoden, die die jeweiligen Heizvorrichtungen umfassen, wurden in Kathodenstrahlröhren eingesetzt. In jeder Kathodenstrahlröhre wurde ein Zwangsheizzyklusversuch durchgeführt, indem an die Heizvorrichtung wiederholt eine Spannung von ca. 8 V (etwa 1,3 mal die Spannung zum Zeitpunkt des praktischen Betriebs) angelegt wurde.
4 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und einem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern. In 4, zeigt das Symbol • (eine gekrümmte Linie a) den Fall, bei dem die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger einen Na-Gehalt von 100 ppm aufweisen und Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm einen Na-Gehalt von 100 ppm aufweisen. Auf ähnliche Weise zeigt das Symbol
(eine gekrümmte Linie b) den Fall, bei dem die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und diejenigen mit einer Teilchengröße über 2 μm einen Na-Gehalt von 100 ppm bzw. 20 ppm besitzen. Das Symbol O (eine gekrümmte Linie c) gibt den Fall an, bei dem die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und diejenigen mit einer Teilchengröße über 2 μm einen Na-Gehalt von 20 ppm bzw. 100 ppm aufweisen, und das Symbol Δ (eine gekrümmte Linie d) gibt den Fall an, bei dem sowohl die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und diejenigen mit einer Teilchengröße von über 2 μm einen Na-Gehalt von 20 ppm aufweisen. Die Gerade i gibt die Grenzlinie an, die einen prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern von 5 % zeigt. Der zulässige Bereich des prozentualen Anteils an Herstellungsfehlern ist unterhalb der Linie i gezeigt.
Wie in 4 dargestellt, verschlechtert sich die Formbarkeit der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid, wenn die winzigen Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid in einem Verhältnis unter 10 Gew.% in einem der oben beschriebenen Fälle enthalten sind, was in einem extrem hohen prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern resultiert. So hat man festgestellt, dass im Hinblick auf die Produktivität vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von wenigstens 10 Gew.% vorhanden waren.
5 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und dem Betrag der Verformung der Heizvorrichtung (der Betrag 15 der Verformung der Heizvorrichtung in 10). Die Symbole • (die gekrümmte Linie e),
(die gekrümmte Linie f), O (die gekrümmte Linie g) und Δ (die gekrümmte Linie h) zeigen Versuchsergebnisse unter denselben Bedingungen wie diejenigen für die jeweiligen Symbole in 4. Die Gerade j gibt die Grenzlinie an, die den Betrag der Verformung der Heizvorrichtung von 200 μm zeigt. Wenn der Betrag der Verformung oberhalb der Linie j gezeigt ist, zeigt es "Fehler" an.
Wie durch die gekrümmten Linien e bis h in 5 gezeigt, ist der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung gering und es können daher gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger einen Na-Gehalt von 20 ppm aufweisen. Andererseits hat der Na-Gehalt in den Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm nichts zu tun mit dem Betrag der Verformung der Heizvorrichtung. Wenn jedoch das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger über 50 Gew.% geht, erreicht der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung das Fehlerniveau (das Niveau, das sich auf die Eigenschaften einer Kathodenstrahlröhre negativ auswirkt). So wurde festgestellt, dass im Hinblick auf die Abnahme des Betrages der Verformung der Heizvorrichtung vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufwiesen und in einem Verhältnis von 50 Gew.% oder weniger vorhanden waren. Des Weiteren wurde das beste Ergebnis erzielt, wenn jedes Aluminiumoxidteilchen einen Na-Gehalt von 20 ppm unabhängig von seiner Teilchengröße aufwies.
Anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse wurde festgestellt, dass bei der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid einer Oxidkathode vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger einen Na-Gehalt von 20 ppm aufwiesen und in einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.% vorhanden waren. Noch bevorzugter weist jedes Aluminiumoxidteilchen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf.
Als nächstes wurde bei einer imprägnierten Kathode, die bei relativ hoher Temperatur arbeitet (Temperatur der Heizvorrichtung zum Zeitpunkt des praktischen Betriebs: ca. 1.150°C) derselbe Versuch wie im Falle der Verwendung der oben beschriebenen Oxidkathode durchgeführt. Die Ergebnisse werden nachfolgend erläutert.
Die imprägnierte Kathode wurde durch Schmelzen und Imprägnieren eines Elektronen emittierenden Materials (Emitter), wie zum Beispiel BaO, CaO und Al₂O₃ in Poren eines porösen, hochschmelzenden Substrats aus W, Mo oder ähnlichem und anschlie ßendes Ausbilden eines dünnen Films aus hochschmelzendem Metall, beispielsweise gebildet aus Os-Ru und Ir, auf der Substratoberfläche gebildet.
Wurden Aluminiumoxidteilchen mit derselben Teilchengröße wie die in der oben beschriebenen Oxidkathode als Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm verwendet, so wurde in der imprägnierten Kathode in dem Fall eine relativ gute Produktivität erzielt, indem Aluminiumoxidteilchen verwendet wurden, die einen Na-Gehalt von 20 ppm als Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger aufwiesen. Im Hinblick auf den Betrag der Verformung der Heizvorrichtung wurde jedoch kein befriedigendes Ergebnis erzielt. Wurde das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm erhöht, so wurde die Formbarkeit der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid in hohem Maße beeinträchtigt.
Deshalb wurden als die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger dieselben Aluminiumoxidteilchen wie diejenigen, die für die oben beschriebene Oxidkathode verwendet wurden, verwendet und gleichzeitig wurden als die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm Aluminiumoxidteilchen verwendet, die eine mittlere Teilchengröße von ca. 10 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 5 bis 20 μm), eine Reinheit von 99,9 Gew.% und einen Na-Gehalt von 100 ppm oder Aluminiumoxidteilchen, die eine mittlere Teilchengröße von ca. 10 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 5 bis 20 μm), einer Reinheit von 99,7 Gew.% und einem Na-Gehalt von 20 ppm aufweisen. Die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen wiesen einen Si-Gehalt von 50 ppm auf.
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und dem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern. Die Symbole • (die gekrümmte Linie A),
(die gekrümmte Linie B), O (die gekrümmte Linie C) und Δ (die gekrümmte Linie D) zeigen Versuchsergebnisse unter denselben Bedingungen wie in 4. Die Gerade i gibt die Grenzlinie an, die den prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern von 5% zeigt.
Wie in 6 dargestellt, verschlechtert sich die Formbarkeit der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid wie in der Oxidkathode, wenn das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, unter 10 Gew.% sinkt, was in einem extrem hohen prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern resultiert. So wurde festgestellt, dass im Hinblick auf die Produktivität vorzugsweise das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von wenigstens 10 Gew.% vorhanden waren.
7 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und dem Betrag der Verformung der Heizvorrichtung. Die Symbole • (die gekrümmte Linie E),
(die gekrümmte Linie F), O (die gekrümmte Linie G) und Δ (die gekrümmte Linie H) zeigen Versuchsergebnisse unter denselben Bedingungen wie diejenigen für die jeweiligen Symbole in 4. Die Gerade j gibt eine Grenzlinie an, die den Betrag der Verformung der Heizvorrichtung von 200 μm zeigt.
Wie in 7 dargestellt, ist hinsichtlich des Betrages der Verformung der Heizvorrichtung der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung klein, und es können daher wie in der oben beschriebenen Oxidkathode gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger einen Na-Gehalt von 20 ppm aufweisen. Andererseits hat der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung nichts zu tun mit dem Na-Gehalt in den Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm. Wenn jedoch das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger unter 40 Gew.% geht, erreicht der Betrag der Verfor mung der Heizvorrichtung das Fehlerniveau (ein Niveau, das sich auf die Eigenschaften der Kathodenstrahlröhre negativ auswirkt). Im Hinblick auf die Verringerung des Betrages der Verformung der Heizvorrichtung weisen daher die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger vorzugsweise einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf und sind in einem Verhältnis von 40 Gew.% oder weniger enthalten. Wenn jedes Aluminiumoxidteilchen einen Na-Gehalt von 20 ppm aufwies, wurde ungeachtet seiner Teilchengröße das beste Ergebnis erzielt.
Zusätzlich wurde die Zusammensetzung von Aluminiumoxidteilchen, die in dem Fall verwendet wurden, in dem sich der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung in einem guten Niveau befand und der prozentuale Anteil an Herstellungsfehlern innerhalb von 5 % (innerhalb des zulässigen Bereichs bei der Herstellung) befand, untersucht. Die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm waren in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% enthalten, und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm waren in einem Verhältnis von 10 Gew.% oder weniger vorhanden.
Anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse wurde festgestellt, dass in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid einer imprägnierten Kathode die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger vorzugsweise einen Na-Gehalt von 20 ppm aufwiesen und in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.% vorhanden waren, die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% vorhanden waren und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm in einem Verhältnis von 10 Gew.% oder weniger vorhanden waren. Noch bevorzugter wies jedes Aluminiumoxidteilchen einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger auf.
Die Erfinder richteten ihr Augenmerk darauf, dass sich der Si- Gehalt in Aluminiumoxidteilchen auch auf die Faktoren bezog, die sich erheblich auf die Lebensdauer einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid auswirken. Der Grund wird wie folgt erläutert.
Da Si während des Sinterns nur schwer verdampft, besitzt Si eine unterschiedliche Eigenschaft zur der von Na. Das Vorhandensein von Si auf Oberflächen von Aluminiumoxidteilchen jedoch beeinträchtigt den Sintergrad und es werden so schwache gesinterte Abschnitte mit niedriger Flexibilität gebildet. Dies wird besonders wichtig, wenn der Si-Gehalt steigt. In diesem Punkt beeinträchtigt Si die Lebensdauer der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid, wie Na dies tut.
Daher wird der Si-Gehalt in Aluminiumoxidteilchen vorzugsweise auch so niedrig wie möglich definiert. Beim Definieren des Na-Gehaltes wurde das Augenmerk auf die Teilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger gerichtet. Wird der Si-Gehalt jedoch definiert, indem man nicht die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger allein, sondern die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen berücksichtigt, so kann eine größere Wirkung erzielt werden.
So wurde bei der vorliegenden Erfindung der Si-Gehalt in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem bestimmten Bereich definiert.
Ausführungsbeispiel 2
Nachfolgend wir ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In einer indirekt beheizten Kathode gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxidteilchen gebildet. Jedes Aluminiumoxidteilchen besitzt eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% oder die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen besitzen eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.%. Jedes Aluminiumoxidteilchen oder die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen weisen einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger auf. Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger sind in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.% enthalten.
Vorzugsweise sind Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm in einem Verhältnis von wenigstens 10 Gew.% enthalten.
Anhand des folgenden Versuches haben die Erfinder festgestellt, dass es notwendig war, die Größenverteilung von Aluminiumoxidteilchen in der elektrisch leitenden Schicht aus Aluminiumoxid und den Si-Gehalt in den Aluminiumoxidteilchen innerhalb des oben beschriebenen numerischen Bereichs zu definieren.
In einer indirekt beheizten Kathode, die einen Elektronen emittierenden Abschnitt besitzt, welcher aus einem imprägnierten Kathodenmaterial besteht, wurde der Einfluss der Teilchengrößenverteilung und der Si-Gehalt auf den Betrag der Verformung der Heizvorrichtung untersucht. Das Ergebnis wird nachfolgend erläutert.
Die für den Versuch verwendeten Aluminiumoxidteilchen waren diejenigen mit einer Reinheit von 99,7 Gew.% und einem Si-Gehalt von 50 ppm, diejenigen mit einer Reinheit von 99,7 Gew.% und einem Si-Gehalt von 100 ppm, diejenigen mit einer Reinheit von 99,9 Gew.% und einem Si-Gehalt von 200 ppm oder diejenigen mit einer Reinheit von 99,9 Gew.% und einem Si-Gehalt von 300 ppm. Die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen hatten in jedem Fall einen Na-Gehalt von 20 ppm.
Hinsichtlich der Teilchengrößenverteilung der oben beschriebenen Teilchen hatten die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,5 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 0,1 bis 1 μm) in Volumenverteilung und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 2 μm hatten eine mittlere Teilchengröße von etwa 10 μm (verteilt hauptsächlich in einem Bereich von 5 bis 20 μm) in Volumenverteilung, die in einem zu verwendenden festgelegten Verhältnis gemischt wurden.
Heizvorrichtungen, die eine elektrisch isolierende Schicht aus Aluminiumoxid aufweisen, wurden unter den folgenden jeweiligen Bedingungen um den Si-Gehalt in Aluminiumoxidteilchen hergestellt. Indirekt beheizte Kathoden, die die jeweiligen Heizvorrichtungen umfassen, wurden in die Kathodenstrahlröhren eingesetzt. In jeder Kathodenstrahlröhre wurde ein Zwangsheizzyklusversuch durchgeführt, indem an die Heizvorrichtung wiederholt eine Spannung von etwa 8 V (ungefähr 1,3 mal die Spannung zum Zeitpunkt des praktischen Betriebs) angelegt wurde.
8 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und dem prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern.
In 8 zeigen die Symbole • (die gekrümmte Linie a'),
(die gekrümmte Linie b'), O (die gekrümmte Linie c') und Δ (die gekrümmte Linie d') die Fälle an, bei denen die Aluminiumoxidteilchen jeweils einen Si-Gehalt von 300 ppm, 200 ppm, 100 ppm bzw. 50 ppm aufweisen. Die Gerade i' gibt die Grenzlinie an, die den prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern von 5 % zeigt. Der zulässige Bereich des prozentualen Anteils an Herstellungssfehlern ist unterhalb der Linie i' gezeigt.
Wie in 8 dargestellt, verschlechtert sich die Formbarkeit der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid, wenn das Verhältnis der winzigen Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in einer elektrisch leitenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, unter 10 Gew.% in jedem oben beschriebenen Fall sinkt, was in einem hohen prozentualen Anteil an Herstellungsfehlern resultiert. So wurde festgestellt, dass vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von wenigstens 10 Gew.% vorhanden waren.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und dem Betrag der Verformung der Heizvorrichtung (der Betrag 15 der Verformung der Heizvorrichtung in 9). Die Symbole • (die gekrümmte Linie e'),
(die gekrümmte Linie f') , O (die gekrümmte Linie g') und Δ (die gekrümmte Linie h') zeigen die Versuchsergebnisse unter denselben Bedingungen wie diejenigen für die jeweiligen Symbole in 7. Die Gerade i' gibt die Grenzlinie an, die den Betrag der Verformung der Heizvorrichtung von 200 μm zeigt. Wird der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung oberhalb der Linie j' gezeigt, so bedeutet dies "fehlerhaft".
Wie anhand der gekrümmten Linien e' bis h' in 9 gezeigt, ist der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung gering und es können daher gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Aluminiumoxidteilchen einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger aufweisen. Wenn die Aluminiumoxidteilchen eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% besitzen, kann ungeachtet der Reinheit nahezu die gleiche Wirkung erzielt werden. Das heißt, die Wirkung variiert je nach dem Si-Gehalt erheblich. Geht jedoch das Verhältnis der Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger unter 40 Gew.%, erreicht der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung das Fehlerniveau (ein Niveau, das die Eigenschaften einer Kathodenstrahlröhre beeinträchtigt). So wurde festgestellt, dass im Hinblick auf eine Verringerung des Betrages der Verformung der Heizvorrichtung, vorzugsweise die Aluminiumoxidteilchen einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger aufwiesen und in einem Verhältnis von 40 Gew.% oder weniger vorhanden waren.
Zur Referenz sind in Tabelle 1 eine typische Reinheit von Aluminiumoxidteilchen und typische Unreinheiten in den Aluminiu moxidteilchen unter den Bedingungen, unter denen bei dem oben beschriebenen Versuch das beste Ergebnis erzielt wurde, gezeigt. Die Aluminiumoxidteilchen enthalten neben Na und Si insbesondere kleine Mengen an Mg, Ca, Fe und ähnlichem. Die Gehalte an Mg, Ca, Fe und ähnlichem sind nicht auf die in Tabelle 1 gezeigten Werte beschränkt. Jedoch liegt jeder Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von einigen ppm bis mehreren Zehn ppm.
Tabelle 1 Typische Reinheit von Aluminiumoxidteilchen und Unreinheiten
Anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse wurde festgestellt, dass in einer elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid einer imprägnierten Kathode die Aluminiumoxidteilchen vorzugsweise einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.% vorhanden waren.
Außerdem wurde die Zusammensetzung der Aluminiumoxidteilchen, die in dem Fall verwendet wurden, in dem der Betrag der Verformung der Heizvorrichtung in einem guten Niveau und der prozentuale Anteil an Herstellungsfehlern innerhalb von 5% lag (innerhalb des zulässigen Bereichs bei der Herstellung) untersucht. Die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm waren in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% vorhan den, und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm waren in einem Verhältnis von 10 Gew.% oder weniger vorhanden.
Anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse wurde festgestellt, dass in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid einer imprägnierten Kathode der Si-Gehalt im Ganzen in Aluminiumoxidteilchen vorzugsweise 100 ppm oder weniger betrug, die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.% oder weniger vorhanden waren, die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.% vorhanden waren und die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße über 20 μm in einem Verhältnis von 10 Gew.% oder weniger vorhanden waren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde für den Elektronen emittierenden Abschnitt imprägniertes Kathodenmaterial verwendet. Jedoch kann das gleiche Ergebnis erzielt werden, wenn für den Elektronen emittierenden Abschnitt ein Oxidkathodenmaterial verwendet wird. Insbesondere in diesem Fall sind noch bevorzugter die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.% vorhanden.

Claims

Indirekt beheizte Kathode (8), die eine Heizvorrichtung (13), welche eine elektrisch isolierende Schicht (11) aus Aluminiumoxid aufweist, die durch Schichten und Sintern von Aluminiumoxidteilchen auf einer Oberfläche eines Metalldrahtes (14) gebildet wird, und einen Elektronen emittierenden Teil umfasst, der von der Heizvorrichtung Wärme empfängt und Thermoelektronen emittiert, wobei die Aluminiumoxidteilchen, die in der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid enthalten sind, eine Reinheit von wenigstens 99,7 Gew.% aufweisen, und Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in den für die Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen enthalten sind, einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufweisen und/oder die Aluminiumoxidteilchen, die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendet werden, einen Si-Gehalt von 100 ppm oder weniger aufweisen.
Indirekt beheizte Kathode nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger, die in den für die Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumoxidteilchen enthalten sind, in den Aluminiumoxidteilchen im Ganzen in einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.% vorhanden sind.
Indirekt beheizte Kathode nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektronen emittierende Teil aus einem Oxidkathodenmaterial gebildet ist.
Indirekt beheizte Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen, die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendet werden, Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger in einem Verhältnis von 10 bis 40 Gew.%, diejenigen mit einer Teilchengröße von 5 bis 20 μm in einem Verhältnis von 40 bis 70 Gew.%, und diejenigen mit einer Teilchengröße über 20 μm in einem Verhältnis von 10 Gew.% oder weniger enthalten.
Indirekt beheizte Kathode nach einem der Ansprüche 1 oder 4, wobei der Elektronen emittierende Teil aus einem imprägnierten Kathodenmaterial besteht.
Indirekt beheizte Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aluminiumoxidteilchen im Ganzen, die zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid verwendet werden, einen Na-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufweisen.
Kathodenstrahlröhre, umfassend: eine Frontplatte (3), die auf ihrer Innenfläche einen Leuchtschirm (2) aufweist; einen Trichterabschnitt (4), der mit der Rückseite der Frontplatte verbunden ist; und einen Halsabschnitt (7), der an der Rückseite des Trichterabschnitts ausgebildet ist, wobei der Halsabschnitt eine Elektronenkanone (6) aufweist, die Elektronenstrahlen emittiert, wobei die Elektronenkanone eine indirekt beheizte Kathode (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.