HU220471B1 - Eljárás közvetlen fűtésű katódként használható ötvözet tabletta előállítására és az eljárással előállított ötvözet tabletta - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya elektroncsövekben, különösen színes képcsövekbenfelhasználásra kerülő közvetlen fűtésű, fémötvözetből készült soroskatódként alkalmazható ötvözettabletta előállítására alkalmas eljárás.A találmányi eljárás szerint adott keverési arányban fő alkotórészkéntporított irídiumot (Ir) és másodlagos alkotórészként porítottcériummal (Ce) kevernek össze, majd ötvözik ezeket. A találmányértelmében a fémporok összekeverését követően a keveréketgolyósmalomban 90–700 fordulat/perc fordulatszámon, 10–1000 óránkeresztül mechanikai hatásnak teszik ki, amíg az ötvözetpor kialakul.Közben a műveletet szabályozó közegként sztearinsavat alkalmaznak, ésaz ötvözést a golyók és a porított fémkeverék 50:1–150:1 tömegarányamellett végzik. Ezt követően az ötvözetport összesajtolvaötvözettablettát képeznek. Végül a tablettát 1–500 órán keresztülinert gázban vagy vákuumban 1300– 1800 °C-ra hevítve a visszamaradógázokat a tablettából eltávolítják. A találmány tárgya az eljárássalelőállított ötvözettabletta is. ŕ

Description

Jelen találmány általában a színes képcsövekbe beépített három elektronágyúban használatos közvetlen fűtésű katódokként használható ötvözettablettára, és az ilyen közvetlen fűtésű katódokként használható ötvözettabletta előállítására alkalmas eljárásra vonatkozik. Jelen találmány különösen fémötvözetből készült soros katódra, és ilyen katód előállítására alkalmas eljárásra vonatkozik, amely közvetlen fűtésű fémötvözetkatóddal nagy áramsűrűség érhető el, hosszabb élettartammal, és a katód egyszerűbb eljárással állítható elő.

A GB 1 591 789 számú szabadalmi leírásból olyan eljárás ismerhető meg, amely során hordozófémből, például irídiumból és redukálófémből, például cériumból állítanak elő katódalapanyagot. A porított fémeket rezgőmalomban őrlik és szinterelik, és így hozzák létre a szilárd hordozóba beágyazott emitteranyagot. Az őrlőművelet az ismert golyósmalmokhoz képest nagyobb energiával, viszonylag rövid ideig tart, tipikusan 1 óránál kevesebb ideig. Ennél a megoldásnál problémaként említik, hogy a létrejött ötvözetből az aktív állapotban gáz szabadulhat fel, ami erős mechanikai megterhelést okoz a katódalapanyagban. Az előálló katód alapanyag más szempontból sem bizonyult mindig kielégítőnek.

Az US 3,877,930 számú szabadalmi leírás speciális mechanikai tulajdonságú, úgynevezett szuperötvözetek szinterelésénél alkalmazható, hideg körülmények között hatásos szerként ismerteti a sztearinsavat. Ez a szakirodalom nem tartalmaz utalást arra, hogy a sztearinsav használata elektronemitter-ötvözeteknél is előnyös lenne. Ugyanakkor nincsen említve az irídium sem a lehetséges ötvözőfémek között.

Amint a szakmában járatosak számára jól ismert, a Braun csövekhez termikus elektronokat emittáló kátédként jellemzően oxidkatódokat vagy impregnált katódokat használnak. A fenti jellegzetes katódok, vagyis az oxid és az impregnált katódok azonban problematikusak annyiban, hogy nem csupán késleltetik az azonnali működést, de az élettartamuk is rövid. A fenti probléma kiküszöbölésére az utóbbi időben felélénkült a fémötvözetkatódok tanulmányozása a jellegzetes katódok helyettesítéséhez. A fémötvözetkatódok kialakíthatók különféle ötvözetekből, vagy egyedi fémekből. Megfigyelték, hogy az Ir-Ce-ötvözetű vagy Ir-La ötvözetű katódok különféle szempontokból kiváló üzemi tulajdonságokkal bírnak, mind a fent említett oxidkatódokkal, mind az impregnált katódokkal összehasonlítva. A fémötvözetű katódok azonban iparilag nem terjedtek el, mivel előállításukhoz ívolvasztásos eljárásra van szükség. Ez azért hátrányos, mert az ívolvasztásos eljárás során az egyik, alacsonyabb olvadásponté fém hamarabb megolvad, mint a másik, magasabb olvadáspontú fém, és a fémek ötvözése közben párolog.

Egy tipikus képcsőbe három elektronágyú van beépítve három elektronsugár előállításához, vezérléséhez, fokuszálásához, eltérítéséhez és összetereléséhez. A színes képcsőbe beépített minden egyes elektronágyúban van egy 1 oxidkatód, egy 2 alapfém és egy 3 fűtőelem, amint az 1. ábrán látható.

Az elektronok emittálására szolgáló 1 oxidkatód rá van ragasztva a 2 alapfém tetejére, amit a 3 fűtőelem felhevít. A 3 fűtőelem a 2 alapfémen belül helyezkedik el. A 3 fűtőelem hőt fejleszt, amikor villamos áram folyik a 3 fűtőelemben.

A fenti 2 alapfém konstrukciós feltételei az alábbiak. A fenti 2 alapfém elég rövid legyen, ne csak azért, hogy ne növelje a villamos ellenállást, hanem azért is, hogy a katód gyorsan működőképes legyen. Emellett a 2 alapfém arányaiban karcsú is legyen, hogy jobb legyen a termikus emisszió. A 2 alapfémnek magas hőmérsékleten elég nagy legyen a szilárdsága, hogy a katód magas üzemi hőmérsékletén megtartsa az előírt alakzatát. A 2 alapfémnek továbbá előírt struktúrája van, ami lehetővé teszi, hogy az 1 oxidkatód hosszú időn át elegendő mennyiségű elektront emittáljon, még akkor is, ha a 2 fémre alkáliföldfém-oxidok rakódnak rá.

A fenti konstrukciós feltételek elérésére törekedve a 2 alapfém a következő módon állítható elő. Mind egy kiváló hőálló tulajdonságokkal rendelkező magas olvadáspontú fémet, mint például W wolframot vagy Mo molibdént, mind pedig egy kis mennyiségű, az elektront emittáló oxidokra aktivátorként ható Zr cirkóniumot adunk hozzá a fő alkotórészt képező Ni nikkelhez. Azonban a fenti eljárással előállított fémet 2 alapfémként használva közbenső réteg képződik a 2 alapfém és az 1 oxidkatód között, miáltal leválik az 1 oxidkatód a 2 alapfémről a színes képcsövek előállítása vagy gyakorlati felhasználása során.

A fenti probléma kiküszöbölése érdekében javasoltak egy olyan eljárást, amelyben Ni-részecskékből képezett oxidréteget rögzítenek mechanikailag a 2 alapfém és az 1 oxidkatód között. Azonban ez az eljárás is problematikus, amennyiben a Ni-részecskék elrendezése az elektronágyú működése közben deformálódhat, ezáltal az oxidkatód rögzített állapota az alapfémen labilissá válik, és leválik az 1 oxidkatód a 2 alapfémről.

Ezért egyik célkitűzése jelen találmánynak olyan közvetlen fűtésű, elektroncsövekben használható katód létrehozása, különösen az elektroncsövek elektronágyúihoz, amelyben a fenti problémák leküzdhetők, és amellyel nagy áramsűrűség érhető el, nagyobb lesz a várható élettartam, és egyszerűbb eljárással állítható elő a katód.

A jelen találmány egy további célkitűzése eljárás megadása a fenti közvetlen fűtésű katód előállításához.

A fenti célkitűzések megvalósításához jelen találmány olyan eljárást javasol, amely során adott keverési arányban fő alkotórészként porított irídiumot és másodlagos alkotórészként porított cériumot keverünk össze, majd ötvözzük ezeket. A találmány értelmében a fémporok összekeverését követően a keveréket golyósmalomban 90-700 fordulat/perc fordulatszámon, 10-1000 órán keresztül mechanikai hatásnak tesszük ki, amíg az ötvözetpor kialakul. A műveletet szabályozó közegként sztearinsavat alkalmazunk. Az ötvözést a golyók és a porított fémkeverék 50:1 — 150:1 tömegaránya mellett végezzük. Ezt követően az ötvözetport összesajtolva ötvözettablettát képezünk, majd a tablettákat 1-500 órán keresztül inért gázban vagy vákuumban 1300-1800 °C-ra hevítve a visszamaradó gázokat a tablettából eltávolítjuk.

HU 220 471 Bl

A jelen találmány tárgya még a találmány szerinti eljárással előállított közvetlen fűtésű katód.

A találmány fenti és egyéb célkitűzései, jellemző tulajdonságai és egyéb előnyei világosabban érthetővé válnak az alábbi részletes leírásból és a mellékelt rajzokból, ahol az

1. ábra elektroncsövek jellegzetes oxidkatódjának a szerkezeti felépítését vázlatosan bemutató metszeti kép; a

2. ábra egy mechanikai ötvözőeszközként alkalmazható golyósmalom keresztmetszeti képe, a jelen találmány szerinti közvetlen fűtésű katód előállításához; és a

3. ábra a jelen találmány szerinti közvetlen fűtésű katód szerkezeti felépítését bemutató vázlatos térbeli kép.

Jelen találmány nem csupán elektronokat emittáló, fémötvözetből készült, közvetlen fűtésű katódot szolgáltat elektroncsövekhez, hanem eljárást is nyújt a fenti közvetlen fűtésű katód előállításához. A fenti közvetlen fűtésű katód előállításához kétféle porított fémet keverünk össze egymással az első lépésben porfémkeverékké. Azaz 85-95 súlyszázalék porított irídiumot (ír) mint fő alkotórészt, összekeverünk 5-15 súlyszázalék porított cériummal (Ce) mint másodlagos alkotórésszel, adott keverési arányban, ezáltal porított fémkeveréket képezve.

Ezután a porított irídium és a porított cérium a fenti keverékben mechanikusan ötvöződik a második lépésben ötvözetté. Ebben a mechanikai ötvözőlépésben akár nagy energiájú golyósmalom, akár kis energiájú golyósmalom alkalmazható a porított fémek mechanikai ötvözéséhez.

A kis energiájú golyósmalmos eljárásban a golyósmalom viszonylag alacsony, 90-120 fordulat/perc fordulatszámmal működik 100-1000 óráig. A folyamatot szabályozó közegként sztearinsavat használunk. A golyók tömegaránya a porított fémkeverékhez 50:1 és 150:1 között van.

A nagy energiájú golyósmalmos eljárásban alkalmazott golyósmalomra mutat be egy példát a 2. ábra. Amint a rajzon látható, az első lépésben nyert porított fémkeveréket egy porító- 20 hengerbe tesszük, mielőtt a 20 hengerben elhelyezkedő 22 rudakat forgásba hoznánk. A 22 rudak forgó mozgásának hatására a hengerben elhelyezkedő 24 golyók ütköznek egymással, miközben sorozatosan ütközve körben keringenek a 20 hengerben. Ezáltal az ír és Ce porított keverékét a 20 hengerben a 24 golyók nagy mechanikai ütköző hatásnak teszik ki, így a keverék ötvözetporrá alakul át. A fenti állapotban a hőmérséklet a 20 hengeren belül a 24 golyók ütközésének eredményeként emelkedik.

A 20 hengeren belüli hőmérséklet-növekedést csökkenti a 20 henger, és a 20 hengert körülfogó 18 hűtőköpeny közötti hűtőkamrában áramló hűtővíz. Ebben az esetben a hűtővíz a 18 köpeny aljánál folyik be a kamrába, és a 18 köpeny felső részén folyik ki abból. A hűtővíz folyásirányát a 2. ábrán nyilak mutatják.

A fenti golyósmalmot alkalmazó nagy energiájú golyósmalmos eljárásban a golyósmalom viszonylag nagyobb, 300-700 fordulat/perc fordulatszámmal működik 10-50 óráig. Ugyanúgy, mint a kis energiájú golyósmalmos eljárásban, sztearinsavat használunk az eljárást vezérlő közegként. A golyók és a porított fémkeverék tömegaránya 50:1 és 150:1 között van. Természetesen belátható, hogy e találmány mechanikus ötvözőlépése rezgőmalommal vagy rázómalommal is elvégezhető a fenti úgynevezett attritoros golyósmalom helyett.

A fenti ötvözőlépést egy komprimáló-, sajtolólépés követi. A komprimálólépésben a mechanikai ötvözőlépésből kikerülő ötvözetporra cm²-ként 3-8 tonna nyomás hat, miáltal a 3. ábra szerinti 30 tabletta (úgynevezett „pellet”) képződik.

A fenti 30 tabletta kialakítását követően a 30 tablettát vákuumban 400-700 °C hőmérsékletre hevítjük fel, hogy a 30 tablettából eltávolítsuk a visszamaradó gázokat, mint amilyen a H₂O, O₂ és (OH)₂.

Ezek után az így kapott tabletta elektronemittáló tulajdonságát vizsgáljuk 1000-1500 °C hőmérsékleten, vákuumban.

A fenti eljárásban egy hőkezelő lépést lehet szelektív módon elvégezni a visszamaradó gáz eltávolítását követően. A fenti hőkezelő lépést a 30 tabletta ötvözetének egyöntetű minősége érdekében végezzük el. A fenti hőkezelő lépésben a 30 tablettát felhevítjük 1300-1800 °C-ra, 1-500 órára. A fenti hőkezelést előnyösen vákuumban végezzük.

A 3. ábra a fenti eljárással előállított tabletta felhasználásával készült közvetlen fűtésű katód szerkezeti felépítését bemutató vázlatos térbeli nézet. Amint a rajzon látható, e találmány szerinti ötvözettablettából előállított közvetlen fűtésű katódon keresztül több volffám32 huzal van vezetve. A volfrám- 32 huzalok vízszintesen áthatolnak az elektronokat emittáló- 30 tablettán. A fenti katód működése közben, a volfrám- 32 huzalokban hő fejlődik, amikor azokban villamos áram folyik. A 30 tabletta átveszi a hőt a 32 huzaloktól, és ezáltal emittálja az elektronokat.

Jelen találmányban az elektroncsövekhez való közvetlen fűtésű kátédként alkalmazható ötvözettabletta fő alkotórésze 85-95 súly százalék ír, Pt vagy Au, másodlagos alkotórésze pedig 5-15 súlyszázalék Ce, La vagy Pr.

A fenti eljárással előállított Ir₅Ce-ötvözet olvadáspontja 1900 °C. A fenti Ir₅Ce-ötvözet kiváló üzemi tulajdonságokkal rendelkezik magas hőmérsékleteken is, a kilépési munka értéke alacsony, ezért az elektronemissziós tulajdonságai jobbak, mint bármelyik tipikus elektronemittáló anyagé. Különösen az ötvözet magas hőmérsékleten tanúsított kiváló üzemi tulajdonságai folytán megnövelhető a közvetlen fűtésű katódok várható élettartama.

A porított ír és Ce keveréket ötvözetporrá ötvöző mechanikus ötvözőlépés szilárd fázisú reakció. A fenti mechanikus ötvözőlépéssel előállított közvetlen fűtésű katód áramsűrűsége 7 10 A/cm² 1400 °C-on. Ennek a közvetlen fűtésű katódnak a fenti áramsűrűsége mintegy 2-5 A/cm²-el nagyobb, mint a jellegzetes ívolvasztásos eljárással készült tipikus közvetlen fűtésű katódoké. A fenti megnövelt áramsűrűséggel a találmány szerinti közvetlen fűtésű katód kiváló elektronemissziós tulajdonságokkal rendelkezik.

HU 220 471 Bl

Amellett a jelen találmány szerinti ötvözettablettán alapuló katódelőállító eljárás nem tartalmaz sem K-lebontó lépést, sem öregbítőlépést, ezért egyszerűbb. Mind a K-lebontó lépés, mind az öregbítőlépés a tipikus katódelőállító eljárásnak szükséges lépései. A K-lebontó lépésben a katódot vákuumban felhevítjük, hogy így a katód karbonátjai oxidokká bomoljanak le. Az öregbítőlépésben a katódot meghatározott ideig állandó hőmérsékleten tartjuk a K-lebontó lépést követően, annak érdekében, hogy jobb legyen az elektronemissziós teljesítőképessége. Jelen találmánynak egy másik előnye abban rejlik, hogy ez a találmány porfémeket használ fel, ezért alkalmas arra, hogy nagy mennyiségben állítsunk elő közvetlen fűtésű katódokat elektroncsövekhez.

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás elektroncsövekben alkalmazott közvetlen fűtésű kátédként használható ötvözettabletta előállítására, amely során adott keverési arányban fő alkotórészként porított irídiumot (ír) és másodlagos alkotórészként porított cériumot (Ce) keverünk össze, majd ötvözetport kialakítva ötvözzük ezeket, azzal jellemezve, hogy a fémporok összekeverését követően a keveréket golyósmalomban 90-700 f/perc fordulatszámon, 10-1000 órán keresztül mechanikai hatásnak tesszük ki, amíg az ötvözetpor kialakul, ahol a műveletet a golyók és a porított fémkeverék 50:1-150:1 tömegaránya mellett végezzük, ezt követően az ötvözetport összesajtolva ötvözettablettát (30) képezünk, a tablattákat 1-500 órán keresztül inért gázban vagy vákuumban 1300-1800 C°-ra hevítve a visszamaradó gázokat a tablettából eltávolítjuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ötvözetport kis energiájú golyósmalomban 90-120 f/perc fordulatszámon, 100-1000 órán keresztül tesszük ki mechanikai hatásnak.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ötvözetport nagy energiájú golyósmalomban 300-700 f/perc fordulatszámon, 10-50 órán keresztül tesszük ki mechanikai hatásnak.
4. 4. Elektroncsövekben közvetlen fűtésű kátédként alkalmazott, fő alkotórészként porított irídiumot (ír) és másodlagos alkotórészként porított cérumot (Ce) tartalmazó tartalmazó kevert ötvözetporból ötvözéssel előállított ötvözettabletta, azzal jellemezve, hogy az alábbi lépéseket tartalmazó eljárással készült:

   a fémporok összekeverését követően a keveréket golyósmalomban 90-700 fordulat/perc fordulatszámon, 10-1000 órán keresztül mechanikai hatásnak tesszük ki, amíg az ötvözetpor kialakul, ahol a műveletet szabályozó közegként sztearinsavat alkalmazunk, és az ötvözőműveletet a golyók és a porított fémkeverék 50:1-150:1 tömegaránya mellett végezzük;

   ezt követően az ötvözetport összesajtolva ötvözettablettát (30) képezünk;

   a tablettákat 1-500 órán keresztül inért gázban vagy vákuumban 1300-1800 °C-ra hevítve a visszamaradó gázokat a tablettából eltávolítjuk.