JPH01154424A - 熱電子放射陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱電子放射陰極、さらに詳しくは六ほう化カル
シウム型結晶構造を有する六ほう化物よりなる陰極チッ
プの支持構造に工夫を加えた熱電子放射陰極に関するも
のである。

一般に六ほう化カルシウム型の立方晶系構造を有するア
ルカリ土類金属または希土類金属の六ほう化物（以下穴
はう化物という）は仕事関数が小さく、高融点で、高温
における強度が高く、高輝度でしかも寿命が長いなどの
すぐれた物性を有するので、熱電子放射陰極材料として
有用である。

しかし、これを熱陰極として用いる場合、電子放射温度
が約１５００〜１６００℃のような高温下では、陰極チ
ップとこれを支持する金属部片との反応が激しく、熱陰
極として実際使用できるようにするにはその反応を防止
する必要があった。

六ほう化物とカーボンとは高温において反応性が少ない
ことから、例えば異方性カーボンで六ほう化物の陰極チ
ップを把持することが試みられたけれども熱陰極チップ
を所定の温度にまで加熱するための使用電力が大きく、
また、電源容量を大きくする必要があったりして、従来
電子顕微鏡などの使途で多用されるタングステンヘヤー
ピン型熱電子放射陰極を搭載した機器の電子銃に直接搭
載することはできず、タングステン熱電子放射陰極に代
替使用し得ない欠点があった。

（従来の技術） 出願人は特公昭５８−２６７６６号公報にて、六ほう化
ランタンよりなるチップの下半外周に、二はう化ジルコ
ニウムや、二はう化ニオブ及び二はう化チタンのペース
ト、さらにタングステン粉又はタンタル粉を含むペース
トを塗布し焼結して三層構造とする六ほう化ランタン熱
陰極の製造法につきさきに、開示したところであるが、
こうして形成される最外層の難融性金属層はぜい弱で、
強度上なお充分と言い難く、取扱いの面で難点を残して
いる。

（発明が解決しようとする課題） タングステンヘヤーピン型熱電子放射陰極にとって代っ
て簡便に、電子顕微鏡などの機器の電子銃に直接搭載す
ることができる六ほう化物の陰極チップに対する頑強な
支持構造を与えることがこの発明の目的である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、アルカリ土類金属又は希土類金属の六ほう化
物からなり頂部に円錐尖鋭端を有する微細な方形断面角
柱状をなす陰極チップと、高融点金属薄板のス）　ＩＪ
ツブからなり、上記陰極チップの基部にて相対する側面
に沿う、折曲げ端を一体に焼結固着したコ字形の支持片
とから成ることを特徴とする熱電子放射陰極である。

本発明は六ほう化物の陰極チップと高融点金属の支持片
とを、コロイド状カーボンと高融点金属粉を含有するペ
ーストを用いて接合し、不活性雰囲気中で焼成すること
によりペーストの焼結層に対する陰極チップ及び支持片
との境界面で強固な結合がもたらされるのみならず、こ
の焼結層は陰極チップに対する反応障壁層としても寄与
するばかりかその酸化防止効果を有することの知見に由
来するものである。

このようにして陰極チップの消耗による脱落のうれいが
ない頑丈な支持構造のもとに従来のタングステンヘヤー
ビン型熱電子放射陰極との互換性を有し、六ほう化物の
電子ビーム特性を充分に発揮することができる。

本発明に用いる六ほう化物とはアルカリ土類金属または
希土類金属の六ほう化物であって六ほう化カルシウム型
の立方晶系構造を有するものであり、六ほう化ランタン
（ＬａＢ５）、六ほう化カルシウム（ＣａＢｓ）、六ほ
う化ユーロピウム（ｌＥｕＢｓ）、六ほう化バリウム（
ＢａＢｅ）　、六ほう化サマリウム（ＳｍＢｅ）などが
挙げられる。

これらは熱電子放射陰極として使用するには多結晶体又
は単結晶体とし、これからロッドを切出し、これを０．
５　ｘＱ、　５　ｘｉ、　２　ｍｍ程度の大きさのチッ
プとし、先端を電解研摩法、又は機械研摩法により尖鋭
な円錐形に加工して微細な陰極チップとする。

本発明において支持片は高温下に陰極チップの基部を堅
固に支持するため当然に高融点金属であることを要し、
タンタル、モリブデン、タングステン等の薄板ストリッ
プを、陰極チップの相対する側面に沿う折曲げ端を有す
るコ字形に成形して使用する。

陰極チップと支持片との一体焼結には、すでに触れたコ
ロイド状カーボンと高融点金属粉とを含有するペースト
を用いることが有利である。

このコロイド状カーボンは粒径肌０１〜５０μｍの微粒
子であって、一般に市販されているものを使用すること
ができる。

ペースト成分の高融点金属粉はコロイド状カーボンとの
配合下に不活性雰囲気中で加熱したとき、ペースト塗布
層に接する六ほう化物の表面部分及び支持片の内面とも
反応して緻密な結合を成就するほか六ほう化物と支持片
の高融点金属との相互間における熱陰極使用温度での反
応を遮断するのに役立つ反応障壁層の成形に寄与する。

高融点金属粉としては上記の機能を発揮するために、チ
タン、ジルコニウム、タンタ／Ｌ／、ニオブ、ハフニウ
ム、バナジウム、レニウム、希土類金属などが適合する
がこのほかにペースト成分として炭化はう素や上記金属
のほう化物、炭化物、珪化物、窒化物など、例えばほう
化ジルコニウム・、はう化チタン、はう化ニオブ、はう
化ハフニウム、はつ化クロム、窒化ジルコニウム、窒化
ニオブ、窒化バナジウム、窒化ハフニウム、タンタルカ
ーバイドなども用いることもできる。

高融点金属粉に対するコロイド状カーボンの配合量は、
コロイド状カーボン中の固形分として、金属粉１００体
積に対し、２００体積以下、１０体積以上、好ましくは
２０体積以上を可とする。

コロイド状カーボンの多すぎる配合は接合力が劣り、ま
た酸化による消耗も大きくなる不利があり、逆に配合量
が少なすぎる場合はペーストとして焼結層が形成される
までの間における仮接着性が乏しく作業性の点で問題が
ある。

高融点金属粉の粉末度は可能な限り、粒径１μｍ以下の
ような微粉末が混合しやすく、均質なペーストが得られ
るので望ましいが、取扱いの点などからは２０μｍ以下
を可とする。

反応障壁層形成に用いるペーストは、上記の配合でその
まま、又は水その他の媒体を用いて充分に混合して製す
る。

熱電子放射陰極の組立てには陰極チップ基部に上述のペ
ーストを介して支持片を仮接着し、場合によっては支持
片に予めタングステン線をスポットウェルドしておいて
もよい。

次いで不活性雰囲気中で高温で一体に焼結する。

焼結温度は特に限定しないが１５００〜１７００℃であ
り、焼結時間が短い場合は２０００℃以上であってもよ
い。

この焼結の際１〜１００　ｇ／ｃｍ２程度の加圧下に熱
圧着を行うと一層強固な結合を生じる。

以下図面を参照し、実施例を挙げて本発明の詳細な説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず第５図に従来のタングステンヘヤーピン型熱電子放
射陰極を模式図で示し、■は２本のＩＪ−ド線２を固定
保持する熱陰極ベースで、図のように中央部をＵ型、Ｖ
型などに湾曲させたタングステン線３の両端部を、リー
ド線２の先端にそれぞれ接続して成るものである。

これに対し第１図に示す本発明の熱電子放射陰極は、タ
ングステン線３の中央部に六ほう化物の陰極チップ４を
保持するように改良するもので、第２図には六ほう化物
の陰極チップ４の支持構造を、拡大斜視図で示す。

図中５は陰極チップ４の基部に装着した支持片であって
、０．１ｍｍ厚の薄いタンタルストリップをコ字状に折
曲げ形成して成る。６は陰極チップ４と支持片５とを結
合する焼結層であって、この焼結層６はこの例でコロイ
ド状カーボン（商品名ヒタゾル）とチタン粉末とを体積
比１：５の割合で混合し、水でといたペーストを陰極チ
ップ４の基部外表面に塗布し支持片５を仮接着した上で
焼結を行うことにより反応障壁層としても役立つ焼結層
６となる。

この焼結は例えば１０−”Ｔｏｒｒ台の真空中で通電加
熱（陰極チップ４の先端温度１６００℃）し、約１５分
間保持した。

陰極チップの先端温度を１６００℃に保つ電力は、陰極
チップ４及び支持片５の小さい方が少いけれども陰極チ
ップ４が小さすぎるとその蒸発消耗による寿命が短くな
るので、期待する使用期間と、個々の電子銃加熱電源の
容量とを考慮して決定されるが本実施例では０．４　ｘ
Ｑ、５　ｘｉ、２　ｍｍの陰極チップ４と厚み０．１ｍ
＋ｎ、幅０．５ｍｍ、長さ０．７ｍｍのタンタルストリ
ップよりなる支持片を用い、５．２　ワットで１６００
℃に加熱できた。

この熱電子放射陰極の輝度は多結晶穴はう化ランタンの
陰極チップ４を用いてタングステンの約５倍であり、５
　ＸＩＯ’　Ａ／Ｃｍ２・ｓｔｒであった。

陰極チップ４と支持片５との結合は強固で、くり返し点
滅試験にも耐え、５００時間の使用後も外観上回の変化
もなかった。

５００時間使用後に陰極チップ４の先端を樹脂に包埋し
、通常の方法で、陰極チップ４と焼結層６及び支持片５
との反応の様子を観察した。その結果、陰極チップ４と
焼結層６との間の界面にはチタンのほう化物、炭化物の
ほかに炭化はう素の生成が観察された。一方焼結層６と
支持片５との間の境界にも金属光沢を有する結合層が認
められ、Ｘ線分析の結果、炭素がタンタル中に拡散した
炭化物の生成が認められた。

次に単結晶穴はう化ランタンによる陰極チップ（サイズ
０．４Ｘ０．５Ｘ１．２　ｎ＋＋ｎ）の先端を頂角９０
゜の円錐形として、その頂端は曲率半径１０μｍＲに研
摩し、一方、０．１ｍｍの厚さのクンタル薄板を折曲げ
てコ字形に成形した支持片５を用意し、陰極チップ４の
基部にコロイド状カーボンとチタン粉末どを体積比で５
：１に混合したペーストを塗布して支持片５に挿入し仮
接着した。次いで第３図に示す挟持治具１０を用いて、
熱分解グラファイトからなるヒータ・−ブロック９で挟
圧しつつ１Ｏ−７Ｔ。

ｒｒ台の真空下で通電して熱圧着を施した。この熱圧着
条件は５ｇ／ｃｍ２．１９００℃（陰極チップ温度）に
て３分間保持したが、１７００℃以上２１００℃以下で
あればよい。

このような高温であっても加熱時間が短いので、陰極チ
ップ４の性能への影響はなかった。

ヒーターブロック９については熱分解グラファイト以外
の異方性カーボンやガラス状カーボンであってもよい。

熱圧着処理を施すことにより陰極チップ４と支持片５と
の間にて、より緻密な焼結層が生成した。

以上何れの例にあっても支持片５の外面にタングステン
線３をスポットウェルドし、第１図に示したように熱陰
極ベース１に取付は使用に供する。

なお何れの場合でも例えばコロイド状カーボンとＢ４Ｃ
の体積比１：２からなる別のペースト１１を陰極チップ
４の支持片５に覆われない露出側面に塗布し、１Ｏ−７
Ｔｏｒｒの真空下で再び陰極チップ温度１６００℃まで
通電加熱を施すことによって陰極チップ４の基部全外周
が焼結層により囲繞されて酸化防止効果が高められる。

以−４二本発明によれば、六ほう化物による陰極チップ
の優れた熱電子放射特性を損うことなく、また従来のタ
ングステンヘヤーピン型熱電子放射陰極に対する互換性
に問題のない陰極チップの頑強な支持が可能になり、使
用寿命の延長が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、 第２図はその要部の詳細をそれぞれ示す模式図であり、 第３図は熱圧着による焼結要領説明図、第４図は別の実
施例の模式図、 第５図は従来の熱電子放射陰極の模式図である。 １・・・熱陰極ベース　　　２・・・リード線３・・・
タングステン線　　４・・・陰極チップ５・・・支持片
　　　　　　６・・・焼結層特許出願人　電気化学工業
株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ土類金属又は希土類金属の六ほう化物から
   なり頂部に円錐尖鋭端を有する微細な方形断面角柱状を
   なす陰極チップと、 高融点金属薄板のストリップからなり上記 陰極チップの基部にて相対する側面に沿う、折曲げ端を
   一体に焼結固着したコ字形の支持片とから成ることを特
   徴とする熱電子放射陰極。