EP0757370A1

EP0757370A1 - Elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe und Scandat-Vorratskathode

Info

Publication number: EP0757370A1
Application number: EP96202114A
Authority: EP
Inventors: Georg Dr. Gärtner; Peter Dr. Geittner; Ernst Klein
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH; Philips Patentverwaltung GmbH; Koninklijke Philips Electronics NV; Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JPH09106751A; DE19527723A1; JP3957344B2; EP0757370B1; DE59605538D1; US6348756B1

Abstract

Elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe mit einer Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt und die Deckschicht ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder einer Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/oder einer Scandiumlegierung enthält, zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer und eine hohe Emissionsstromdichte aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre, insbesondere eine Vakuumelektronenröhre, oder Entladungslampe, insbesondere Niederdruckgasentladungslampe, mit mindestens einer Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt. Sie betrifft weiterhin eine derartige Scandat-Vorratskathode.
Elektronenröhren, insbesondere Vakuumelektronenröhren, werden vornehmlich als Bildröhren in Fernsehern, als Monitorröhren, als Röntgenröhre, als Hochfrequenz- und Mikrowellenröhre für verschiedene Anwendungen im Geräte- und Anlagenbau jeder Sparte, in der Medizintechnik, in Diagnose- und Meßeinrichtungen in Werkstätten und auch in Spielgeräten eingesetzt.
An Fernseh- und Monitorröhren werden ständig steigende Anforderungen in Bezug aus größere Helligkeit, gesteigerte Auflösung, konstante Bildqualität und besseren Langzeitbetrieb gestellt. Um eine größere Bildhelligkeit und eine bessere Auflösung des Elektronenstrahls zu erreichen, sind höhere Elektronen-Emissionsstromdichten in den Röhren notwendig, die nur mit verbesserten Elektronenquellen, d.h. Kathoden, erreichbar sind. Mitte der achtziger Jahre genügten Standardoxidkathoden mit einer Emissionsstromdichte von 2 A/cm² im Langzeitbetrieb den Anforderungen, gegenwärtig werden 10 A/cm² gefordert und für die neuen Hochleistungsröhren sind weit höhere Emissionsstromdichten erforderlich.
Ähnliches gilt bezüglich der Emissionsstromdichte und der Langzeitstabilität auch für Röntgen-, Hochfrequenz- und Mikrowellenröhren.
Die Emissionsstromdichte an einer Kathode ist gemäß der Richardson-Gleichung $I_{0} {= A}_{R} T^{2} exp (-φ/kT)$
abhängig von der Austrittsarbeit an der Kathodenoberfläche φ und der Betriebstemperatur T.
Eine Kathode mit einer niedrigeren Austrittsarbeit φ kann eine höhere Emissionsstromdichte bei gleicher Betriebstemperatur T liefern. Alternativ erlaubt eine Kathode mit einer niedereren Austrittsarbeit φ einen Betrieb bei niedrigeren Temperaturen bei gleicher Stromdichte. Eine niedrigere Betriebstemperatur wirkt sich dabei positiv auf die Lebensdauer der Kathode und der Entladungsröhre aus.
Scandat-Vorratskathoden sind derzeit die Kathoden mit der höchsten Elektronenemission. Die beiden wichtigsten Typen der Scandat-Vorratskathoden sind die "Mixed Matrix Scandat Kathode" und die "Top Layer Scandat Kathode". Die "Mixed Matrix Scandat Kathode" besteht aus einem porösen Kathodenkörper aus Wolfram und Scandiumoxid, der mit 4 BaO.CaO.Al₂O₃ imprägniert ist. "Top Layer Scandat Kathoden" bestehen aus einem porösen Wolframkörper, der mit 4 BaO.CaO.Al₂O₃ imprägniert ist und mit einer dünnen Deckschicht aus Wolfram und Scandiumoxid oder Sc₂ W₃O₁₂ bedeckt ist.
Während des Betriebes der Kathode bildet sich durch chemische Reaktion zwischen Wolfram, Scandiumoxid und dem Barium-Calcium-Aluminat ein Oberflächenkomplex, der die hohe Elektronenemission bewirkt und aufrechterhält. Da dieser Oberflächenkomplex durch das Ionenbombardment in der Röhre zerstört wird, muß er ständig nachgebildet werden. Scandiumoxid ist aber nicht sehr mobil, sodaß die Nachlieferung (Segregation) von Scandium zur Bildung des Oberflächenkomplexes gestört ist und die Kathodenemission sich während des Betriebes der Entladungsröhre oder Entladungslampe schnell verringert. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde in der EP 0 317 002 vorgeschlagen, scandiumhaltige Metallverbindungen oder Legierungen, die eine Verbindung von Scandium mit einem oder mehreren der Metalle Rhenium, Ruthenium, Hafnium, Nickel, Kobalt, Palladium, Zirkon, oder Wolfram sind, zur Scandium-Segregation in die Oberfläche der Kathode zu verwenden. Das Langzeitverhalten der Kathoden gemäß der EP 0 317 002 ist verbessert, jedoch läßt die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu wünschen übrig.
Weiterhin ist aus der EP 0 549 034 eine Kathode mit einem mit einer Erdalkali-Verbindung imprägnierten Matrixkörper, auf dessen Oberfläche eine Deckschicht aufgebracht ist, welche hochschmelzendes Metall wie insbesondere Wolfram und Scandium enthält, bekannt. Eine hohe Emission bei niedriger Bertriebstemperatur und gleichzeitig eine schnelle Erholung nach Ionenbombardement sowie eine lange Lebensdauer werden dadurch erreicht, daß die Deckschicht wenigstens zwei Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung enthält, wobei eine rein metallische Schicht auf den imprägnierten Matrixkörper aufgebracht ist, welche Scandium sowie ein hochschmelzendes Metall wie insbesondere Wolfram und/oder Rhenium enthält, und daß als abschließende Schicht eine metallische Schicht aus einem hochschmelzenden Metall wie insbesondere Wolfram aufgebracht ist. Diese Kathoden werden bevorzugt durch ein Verfahren hergestellt, bei dem zunächst rein metallische Schichten aus Scandium und/oder Rhenium mittels eines insbesondere plasmaaktivierten CVD-Verfahrens, vorzugsweise mittels eines durch Gleichstromglimmentladung erzeugten Plasmas, hergestellt werden, und daß anschließend als letzte Schicht eine metallische Wolframschicht mittels CVD-Verfahren aufgebracht wird. Die Emissionsstromdichte dieser Art von Kathoden ist jedoch niedrig.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe zu schaffen, die reproduzierbar hohe Emissionsstromdichten über einen langen Zeitraum liefert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe mit mindestens einer Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt und die Deckschicht ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder einer Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/oder einer Scandiumlegierung enthält.
Eine derartige Entladungsröhre oder Entladungslampe hat eine lange Lebensdauer, weil sie eine gute Resistenz gegen Ionenbombardement mit Dosen bis zu einigen 10¹⁹ Ionen /cm² zeigt. Sie kann beispielsweise als hochauflösender Computermonitor (CMT), in hochauflösenden Fernsehgeräten mit einem Bildschirmseitenverhältnis von 16:9 und als Hochleistungs-Röntgenröhre verwendet werden, da sie bei 965°C, gemessen als Strahlungstemperatur der Molybdänkappe der Kathodenhalterung, eine Sättigungsemissionsstromdichte i₀ von ≧ 25 A/cm² erreicht.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt und die Deckschicht ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder einer Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/oder einer Scandiumlegierung enthält.
Die erfindungsgemäße Scandat-Vorratskathode hat wenig Wolframverluste und die Scandiumnachlieferung in die emittierende Oberfläche wird während des Betriebes nicht passiviert. Der Schichtaufbau verhindert die Sauerstoffdiffusion zum Wolfram.
Eine erfindungsgemäße Scandat-Vorratskathode, bei der der Kathodenkörper eine Scandiumverbindung oder eine Scandiumlegierung zur Scandiumnachlieferung an die emittierende Oberfläche aufweist, hat eine besonders lange Lebensdauer.
Es ist bevorzugt, daß der Schichtverbund aus ultrafeinen Partikeln besteht. Scandatvorratskathoden mit einer Deckschicht aus ultrafeinen Partikeln weisen eine Oberflächenstrukturen und Oberflächenmodulationen aus Partikeln im Durchmesserbereich von 1 bis 100 nm auf, haben also relativ kleine Krümmungsradien in dichter Partikel- und Spitzenverteilung auf der makroskopischen Oberfläche.
Es ist bevorzugt, daß der Schichtverbund in der Deckschicht der erfindungsgemäßen Scandat-Vorratskathode durch ein Laserablation-Depositionsverfahren hergestellt wird. Im Gegensatz zu bekannten naßchemischen Verfahren hat das Laserablation-Depositionsverfahren kurze Reaktionszeiten. Außerdem ist die Korngrößenverteilung der ultrafeinen Partikel im Gegensatz zu bekannten Verdampfungsverfahren leicht kontrollierbar.
Es ist weiterhin bevorzugt, daß Unterschicht, Zwischenschicht und Oberschicht jeweils eine Schichtdicke von 5 bis 150 nm haben. Scandat-Vorratskathoden mit derartigen Schichten haben hervorragende Emittereigenschaften.
Es ist besonders bevorzugt, daß die Deckschicht der erfindungsgemäßen Scandat-Vorratskathoden eine Schichtdicke von 50 bis 1000 nm, vorzugsweise 400 bis 600 nm hat. Damit wird eine Lebensdauer der Kathode von 10 000 h erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung weiter erläutert und es werden Beispiele angegeben.
Eine elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe besteht aus vier Funktionsgruppen: aus der Elektronenstrahlerzeugung, der Strahlfokussierung, der Strahlablenkung und dem Leuchtschirm.
Das Elektronenstrahlerzeugungssystem der erfindungsgemäßen Entladungsröhren oder Entladungslampen enthält eine Anordnung aus ein oder mehreren Vorratskathoden. Beispielsweise kann das Elektronenstrahlerzeugungssystem eine oder mehrere Punktkathoden oder ein System aus einem oder mehreren Drahtkathoden, Flachbandkathoden oder Flächenkathoden sein. Drahtkathoden, Flächenkathoden und Flachbandkathoden müssen nicht über ihre ganze Fläche emittieren. Sie können die emittierende Vorratskathodenanordnung auch nur in einzelnen Oberflächensegmenten enthalten.
Eine Vorratskathode nach der Erfindung besteht aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht. Der Kathodenkörper umfaßt eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial.
Geeignet als Kathodenkörper für die Erfindung sind Vorratskathoden bekannter Bauart wie L-Kathoden, M-Kathoden und I-Kathoden und Mixed-Matrix-Kathoden.
Besonders geeignet als Kathodenkörper sind I-Kathoden und Mixed -Matrix-Kathoden.
Die Deckschicht der erfindungsgemäßen Kathoden enthält ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/oder einer Scandiumlegierung. Die Gesamtdicke der Deckschicht wird so bemessen, daß die Kathode eine angemessene Lebensdauer hat. Die Lebensdauer von Vorratskathoden wird u.a. durch Erosion durch Sputterreaktionen an der Kathodenoberfläche begrenzt. An der Sputterreaktion sind Ionen beteiligt, die durch den Elektronenstrahl aus den Restgasen im Vakuum der Entladungsröhre oder Entladungslampe gebildet werden. Diese Ionen werden durch die anliegende Spannung gegen die Kathode beschleunigt und erodieren deren Oberfläche. Dieser Erosionsvorgang durch Ionenbombardment kann mittels einer Ionenkanone simuliert und die Erosionsrate bestimmt werden. Aus dieser Erosionsrate wird die Gesamtschichtdicke der Deckschicht abgeschätzt. Im allgemeinen wird die Gesamtdicke der Deckschicht bei 600 bis 1000 nm liegen.
Die einzelnen Schichten des Schichtverbundes, d.h. die Unterschicht mit Wolfram, die Zwischenschicht aus Rhenium und die Oberschicht mit Scandiumoxid oder einer Scandiumlegierung sollen bevorzugt sehr dünn sein. Die massenäquivalente Schichtdicke der Scandiumschicht soll bevorzugt im Nanometerbereich zwischen 5 und 20 nm liegen, die der wolfram- und der rheniumhaltigen Schicht zwischen 20 und 200 nm. Die massenäquvalenten Schichtdicken werden aus den theoretischen Dichten und aufgebrachten Flächengewichten der Deckschichtsubstanzen bestimmt. Diese sehr dünnen Einzelschichten bewirken einen besseren Verbund der Einzelphasen und hemmen die Kornvergrößerung durch Sinterwachstum während des Betriebes. Die Schichten sind dann nanostrukturiert, d.h. sie bestehen aus einzelnen Partikelhaufen, die durch große, im wesentlichen offene Poren getrennt sind. Dadurch hat die Deckschicht eine etwas aufgelöste, radial und lateral strukturierte Oberfläche. Wenn nacheinander die Partikel der Unterschicht, der Zwischenschicht und der Oberschicht abgeschieden werden, greifen deren Nanostrukturen ineinander und es entsteht eine Werkstoffkombination in der Deckschicht, die hervorragende Emittereigenschaften hat.
Wenn die erfindungsgemäße Vorratskathode den Schichrverbund nur einfach enthält, kann die unterste wolframhaltige Schicht auch durch die wolframhaltige Matrix des Kathodenkörpers gebildet werden.
Als Material für die scandiumhaltige Oberschicht kann Scandiumoxid Sc₂O₃ oder Scandiumoxid, das mit den Oxiden anderer Seltenerdmetalle wie Europium, Samarium und Cer gemischt ist, sowie Scandate, z.B. Erdalkaliscandate, verwendet werden. Alternativ können scandiumhaltige Legierungen und/oder intermetallische Verbindungen wie Re₂₄Sc₅, Re₂Sc, Ru₂Sc, Co₂Sc, Pd₂Sc und Ni₂Sc verwendet werden. Diese Verbindungen, Verbindungsgemische oder Legierungen sollen jedoch kein Wolfram enthalten.
Als Material für die rheniumhaltige Zwischenschicht wird metallisches Rhenium verwendet.
Als Material für die Unterschicht wird Wolfram oder eine Wolframlegierung, die Osmium, Iridium, Ruthenium, Tantal und/oder Molybdän enthält, gewählt.
Das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Vorratskathode ist ein zweistufiges Verfahren. Es beginnt mit der Herstellung des Kathodenkörpers, auf den dann in einem zweiten Schritt die emittierende Deckschicht aufgebracht wird.
Bevorzugt werden als Kathodenkörper konventionelle I-Kathoden oder Mixed-Matrix Kathoden.
I-Kathoden sind imprägnierte Vorratskathoden. Sie bestehen aus einer pulvermetallurgisch aus Wolframpulver hergestellten porösen Wolframmatrix. Diese poröse Matrix wird mit einer Mischung aus BaO, CaO und Al₂O₃ imprägniert. Dazu wird eine Mischung aus BaCO₃, CaCO₃ und Al₂O₃ aufgeschmolzen und die poröse Matrix durch Schmelzinfiltration mit der Mischung gefüllt. Die Oberfläche des Körpers wird dann durch Ultraschall und Wasser von äußerlich anhaftender Oxidmischung gereinigt.
Mixed Matrix-Kathoden enthalten Scandium in einer gemeinsamen Matrix aus Wolfram und Scandiumoxid. Die Matrix wird durch Sintern eines Pulvergemisches aus Wolfram und Scandiumoxid hergestellt, wobei der Sintervorgang so geführt wird, daß ein poröser Körper entsteht. Dieser poröse Sinterkörper wird dann mit dem gleichen Verfahren wie bei den I-Kathoden mit einer Mischung aus BaO, CaO und Al₂O₃ imprägniert. Auch die Verfahren zur Reinigung und Aktivierung sind gleich.
Die Deckschicht kann mittels konventioneller Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Zu diesen Verfahren gehören CVD, PCVD, und Sputtern. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Einzelschichten der Deckschicht aus ultrafeinen Partikeln in einem Laser-Ablations-Depositionsverfahren hergestellt werden.
Dazu wird der Kathodenkörper in die Depositionskammer einer Laser-Ablations-Depositionsanlage gebracht. Es ist günstig, als Laser einen Excimer-Laser zu verwenden, der im Gegensatz zu CO₂-Lasern auch Wolfram problemlos ablatiert. Als erstes wird gegebenenfalls die wolframhaltige Schicht abgeschieden, als zweites die rheniumhaltige und als drittes die scandiumhaltige. Es ist günstig, Multitargets zu verwenden, die alle drei Komponenten auf einer Targetanordnung enthalten. Die Emissionseigenschaften der fertigen Scandat-Vorratskathode werden günstig beeinflußt, wenn die Gasatmospäre bei dem Ablationsverfahren aus hochreinem Argon oder Argon/Wasserstoff besteht. Weiterhin kann es günstig sein, wenn die Substrate (Kathodenkörper) für die Deckschicht während des Ablation-Depositionsverfahren geheizt werden. Die Bedingungen für das Laserablation-Depositionsverfahren werden so eingestellt, daß die Korngröße der ultrafeinen Partikel in einem mittleren bis hohen Bereich liegt.
Im allgemeinen wird die emittierende Oberfläche der Kathode in einem weiteren Verfahrensschritt aktiviert.

BEISPIEL 1

Ein I-Kathodenkörper wird in Form einer porösen Pille hergestellt, indem Wolframpulver bei 1500°C in Wasserstoffatmosphäre zu einem zylindrischen Körper von 1,8 mm Durchmesser und 0,5 mm Höhe gesintert und mit 7 Gew.-% Bariumcalciumaluminatpulver der Zusammensetzung 4 BaO-CaO-Al₂O₃ imprägniert wird. Die Pille wird in einen Molybdännapf eingefügt und in die Ablationskammer einer Laser-Ablations-Depositions-Apparatur gebracht. Als Target wird ein zylindrisches Multitarget verwendet, das nebeneinander Sc₂O₃, Rhenium und Wolfram enthält. Der Laser ist ein UV-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer mittleren Leistung von 100 W, der auf dem rotierenden Target eine kalte Ablation erzeugt. Als Trägergas wird ein Gemisch aus hochreinem Argon und Wasserstoff verwendet. Der Gesamtdruck in der Ablationskammer betrug 1 mbar. Während der Ablation wird das Multitarget translatiert und die drei Teilbereiche des Targets werden kontinuierlich in der Reihenfolge Wolfram, Rhenium, Scandiumoxid abgerastert. Zur Fixierung der Beschichtung werden die Wolframpillen während des Beschichtungsvorganges auf 800°C erhitzt.
Das Ablations-Depositionsverfahren wird fortgesetzt, bis eine massenäquvalente Gesamtschichtdicke von 600 nm erreicht ist.
Die Pille mit der erfindungsgemäßen Deckschicht wird auf einen Kathodenschaft aufgeschweißt, der eine Heizwendel enthält. Diese indirekt heizbare Kathode wird mit weiteren Bestandteilen, wie Strahlungszylinder und Keramikisolation, zu einer Kathodeneinheit zusammengesetzt. Jeweils drei dieser Einheiten werden dann in eine Farbfernsehröhre eingebaut.
Die gemessene Emissionsstromdichte der Kathode war 120 A/cm² bei einer Kathodentemperatur von 950°C.

BEISPIEL 2

Ein I-Kathodenkörper wird in Form einer porösen Pille hergestellt, indem Wolframpulver bei 1500°C in Wasserstoffatmosphäre zu einem zylindrischen Körper von 1,8 mm Durchmesser und 0,5 mm Höhe gesintert und mit 7 Gew.-% Bariumcalciumaluminatpulver der Zusammensetzung 4 BaO-CaO-Al₂O₃ imprägniert wird. Die Pille wird in einen Molybdännapf eingefügt und in die Ablationskammer einer Laser-Ablations-Depositions-Apparatur gebracht. Als Target wird ein zylindrisches Multitarget verwendet, das nebeneinander Sc₂O₃ und Rhenium enthält. Der Laser ist ein UV-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer mittleren Leistung von 100 W, der auf dem rotierenden Target eine kalte Ablation erzeugt. Als Trägergas wird ein Gemisch aus hochreinem Argon und Wasserstoff verwendet. Der Gesamtdruck in der Ablationskammer betrug 1 mbar. Es wird jeweils eine Re-Schicht mit einer massenäquivalenten Schichtdicke von 120 nm und eine Scandiumoxidschicht mit einer massenäquivalenten Schichtdicke von 20 nm abgeschieden. Diese Schichtabfolge wird fünfmal wiederholt. Zur Fixierung der Beschichtung werden die Wolframpillen während des Beschichtungsvorganges auf 800°C erhitzt.
Die Pille mit der erfindungsgemäßen Deckschicht wird auf einen Kathodenschaft aufgeschweißt, der eine Heizwendel enthält. Diese indirekt heizbare Kathode wird mit weiteren Bestandteilen, wie Strahlungszylinder und Keramikisolation, zu einer Kathodeneinheit zusammengesetzt. Jeweils drei dieser Einheiten werden dann in eine Farbfernsehröhre eingebaut.
Die gemessene Emissionsstromdichte der Kathode war 25 A/cm² bei einer Kathodentemperatur von 980°C.

Claims

Elektrische Entladungsröhre oder Entladungslampe mit einer Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und eine Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt und
die Deckschicht ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/ oder einer Scandiumlegierung enthält.
Scandat-Vorratskathode, die aus einem Kathodenkörper und einer Deckschicht mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei der Kathodenkörper eine Matrix aus wenigstens einem hochschmelzendem Metall und /oder einer hochschmelzenden Legierung und ein Bariumverbindung in Kontakt mit dem Matrixmaterial zur Lieferung von Barium an die emittierende Oberfläche durch chemische Reaktion mit dem Matrixmaterial umfaßt und
die Deckschicht ein- oder mehrfach einen Schichtverbund aus gegebenenfalls einer Unterschicht aus Wolfram und/oder einer Wolframlegierung, einer Zwischenschicht aus Rhenium und/oder Rheniumlegierung und einer Oberschicht aus Scandiumoxid, einem Gemisch von Scandiumoxid mit Seltenerdmetalloxiden, einem Scandat und/ oder einer Scandiumlegierung enthält.
Scandat-Vorratskathode nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kathodenkörper eine Scandiumverbindung oder eine Scandiumlegierung zur Scandiumnachlieferung an die emittierende Oberfläche aufweist.
Scandat-Vorratskathode nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schichtverbund aus ultrafeinen Partikeln besteht.
Scandat-Vorratskathode nach Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schichtverbund durch ein Laserablation-Depositionsverfahren hergestellt wird.
Scandat-Vorratskathode nach Anspruch 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Unterschicht, Zwischenschicht und Oberschicht jeweils eine Schichtdicke von 5 bis 150 nm haben.
Scandat-Vorratskathode nach Anspruch 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschicht eine Schichtdicke von 50 bis 1000 nm, vorzugsweise 400 bis 600 nm hat.