JPH01267927A - 固液体マトリック陰極 - 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】 １罷た１ 本発明は、アルミン酸塩のような金属構成物のアルカリ
土類酸化物で含浸された多孔性マトリックスから成る熱
イオン陰極に関する。

ｋ股皮阪 基本的な含浸陰極は、Ｒ，Ｌｅｖｉによる米国特許第２
．７００．０００号（１９５５年１月１８日）に記載さ
れている。

多孔性ボディーはタングステンの扮末を圧縮し、固体多
孔性ボディーを形成するために焼結し、溶解した銅のよ
うな液体で孔を含浸し、その銅を凍結することで液体か
ら固体へ転換し、含浸された陰極ボディーを所望の形に
機械削りし、気化または薬品液により含浸剤を除去し、
およびアルミン酸バリウムでそのボディーを含浸するこ
とにより形成される。アルミン酸塩は、それが熔融状態
で注入させられ得ることがら、単に酸化バリウムの代わ
りに使用される。

さらに改良されたものが、Ｐ、Ｚａｌｍ、　Ｗ、Ｓｐｒ
ｅｎｇｅｒｓ。

＾、Ｊｏｌ＋ａｎｎｅｓ、＾、Ｖｏｎ　ＳｔｒａＬｕｍ
、およびＰ、ｖａｎ　ｄｅｒＬｉｎｄｅｎによる米国特
許第３，３７３，３０７号（１９Ｂ４年１１月１２日）
に記載されている。開示するのは、放出面に位置する、
オスミウム、イリジウム、ルテニウム、レニウムのよう
なプラチナグループの金属のｒ！Ｊ膜である。このこと
は、仕事関数を低下し、それにより高い放射および／ま
たはより低い動作温度が可能になる。この改良は寿命に
限定を与える。この限定が、タングステン基板と合金を
作る活性金属の拡散、および電子放電装置内の残存ガス
と加速された放出電子との衝突により形成される正イオ
ンの衝突でスパッタして飛び出すことによることが後に
分かった０合金化を減らし、より活性化金属を供給する
方法は、活性化金属をａ３Ｉｔ［な仕事関数に対して要
求されるのと同等の量をタングステンマトリックスそれ
自身に組み入れることであると言われてきた。この１１
４ｍには２つの欠点がある。プラチナグループ金属は、
表面に拡散し、放出を活性化するところの金属バリウム
を形成するために酸化バリウムを還元する際、純粋なタ
ングステンと同様に活性的でなくなる。また、これら金
属は非常に高価で、陰極の塊に中にこのような量を組み
入れることはコストを増大させる。

ボディーの表面層にのみプラチナグループ金属を組み入
れることが提唱された。この提唱には製造において問題
がある。そのボディーは焼結中に収縮し、そのため最終
的な幾何学的形状は歪み、余分な量の活性金属を辛うじ
て削り落とすことができるものである。　Ｍｉｃｌ＋ａ
ａｌ　ＣＧｒｅｅｎによる米国特許第４　、６７５　、
５７０号（１９８７年６月２３日）に記載された従来技
術は、酸化バリウムの還元を増大さぜ、合金化を防止し
するのに十分な純粋なタングステンの島をイリジウム合
金マトリックスに含めることである。マトリックスの残
余にはイリジウムが大部分を占める比較的少ない還元媒
体が残っている。

発明の詳細な説明を通して、発明の好適実施例が二兄明
されている。記載の材料は、他の同様な材料を含む範囲
内の代表例である。″タングステン１という語はモリブ
デンのような他の適当な活性の耐火性金属および合金を
含むものとして使用される。″イリジウム”という語は
、プラチナ、オスミウム、レニウムおよびルテニウムか
らなるグループの他の金属を含む、“バリウム“という
語は、カルシウム、ストロンチウムのような他のアルカ
リ土類および混合物を含む。

本１３Ｂ生１旬− 本発明の目的は、改良された放出および寿命をもつ陰極
を提供することである。

本発明の他の目的は、製造が単純な陰極を提供すること
である。

さらに、本発明の目的は、１つの標串的なバーストツク
からイヤられる多目的な形状の陰極を提供することであ
る。

さらに、本発明の他の目的は、比較的低コストの改良さ
れた陰極を提供することである。

これらの目的は、６％以下のプラチナグループの金属と
タングステンとの合金の陰極のための金属性マトリック
スにより達成できる。

尺度涯 一つの好適実施例を説明するが、他の同様の材料を本発
明の範囲内で使用しうる。以下の説明で、“タングステ
ン基という語は、タングステン、モツリブデン、および
それらの合金を包含するもので゛′イリジウム”という
語は、イリジウム、オスミウム、レニウム、ルテニウ１
１、およびそれらの６金を包含するものである。“バリ
ウム”という語は、アルカリ土類バリウム、ストロンチ
ウム、カルシウム、およびそれらの合金を包含するもの
である。゛アルミン酸塩”という語は、アルカリ土類の
他の可溶性の混合酸化物を包含するものである。

上述したように、イリジウムでコートされたタングステ
ン・マトリックス陰極は、イリジウムが、タングステン
基板の中に広く分散移動するため、その寿命が短いとい
う欠点をもつ、このことをなくすため、活性プラチナグ
ループ金属を、分散により生じる濃度傾斜を除去するた
めに陰極体全体に組み入れられる。残念ながら、多くの
プラチナグループ金属が非常に高価である。それは、放
出表面上に非常に薄い層として必要となるだけのもので
ある。我々の調査によれば、最適な表面層は約５０％の
イリジウムおよびタングステンの合金であることが解っ
ている。４０〜５０％の範囲のき金が大変良いものであ
るが、２５％以上のものも有用である。

他の提案は、イリジウムが豊富な放出体とタングステン
基板との間に不活性バリアー層を配して、タングステン
の分散を阻止することである。これはうまくいかなかっ
た。

他の提案は、イリジウムを比較的厚い表面層に組み入れ
ることである。焼結工程中の７トリツクスの歪みのため
、均一なｉｔＩ！ｌ！をＷＡ造することは非常に困難で
ある。その製造される実際の層は全く厚く、したがって
、高価となる０本発明の陰極は非常に儀かな量しか含ま
ず、分散程度も低く、したがって寿命も長いものである
。

第１図は、従来技術の陰極と機械的には同様の本発明の
最終的なＩｌｌ造物である。陰極の基本体１０は、１．
０から６．０％のイリジウムを含むタングステン合金粒
子１２の多孔質マトリックスである。この組成物の長所
は第２図と関連して説明する。マトリックス１０は、金
属粉末をプレスし、水素中で焼結して、タングステンと
イリジウムとを合金にし、相互連結した孔１４を有する
剛性なマトリックス１０を形成するという在来の工程に
より作られる。孔１４は、次に融解鋼または有機モノマ
のような液状処理含浸剤で含浸される。含浸剤は、固体
ストックビレットを作るために銅を凍結し、またはモノ
マを重合することにより、塩に転換される。いろいろな
陰極がビレットによる機械剤りにより形状付けられる。

処理含浸剤は、気化またはエツチングにより除去され、
孔１４には、アルミン酸バリウムのような熔融酸化バリ
ウムが浸透する。

上述したように、放出面上にイリジウムのような活性金
属が存在すると、仕事関数は減少し、動作温度が低下し
、そのため寿命が長くなり、熱イオン放出電流が高くな
ることが知られている。純粋な陰極にイリジウムのｒ４
膜を単に適用すると、良い放出面を形成するが、しかし
タングステン・マトリックスの中への拡散によるイリジ
ウムの合金化、および放出電子流より表面層がスパッタ
リングしてイオンが飛び出ずことにより、これは寿命が
短くなる。マトリックス全体にイリジウムを加えるとそ
の拡散を除去できるが、最適な仕事関数とするにはイリ
ジウムは約５０％の量となり前述したように高価なもの
となる。また、このようなイリジウム過多の６金は酸化
バリウムを減らすと、殆ど活性的でなくなる。

本発明において、イリジウムＡ多の層１６は放出面にの
み加えられる。本発明は、タングステン−イリジウムさ
金の冶金学的処理および特性、ならびに電子放出特性の
研究に基づいてなさたちのでる。第２図において、冶金
学上の相の図が、本発明を明確に理解できるように示さ
れている。電子測定によると、バリウムおよび／または
酸化バリウムで活性化された合金表面の最も低い仕事関
数が、約１０５０℃の動作温度で金属間化す物の混合物
の相１６にある５０％合金合金られる。タングステンの
体心立方格子（相）１８のイリジウムの最大平衡溶解度
は１％から６％の範囲にある。この範囲のイリジウムの
どの拡散も、タングステンの格子（相）１８と異なる結
晶′ｎ４遺を有する金属間化合物２０の形成によらなけ
ればならず、第２図が示しているように、この化合物は
、典型的な陰極の動作温度で存在する。そこでは、相１
６が相１８と平衡状態にある。タングステン過多マトリ
ックス１０が６％かそれ以下の合金で作られるならば、
イリジウム過多の表面活性層１６（第１図）からのイリ
ジウムの拡散は阻止される。なぜならば、マトリックス
粒子１２が既に固溶体相におけるイリジウムの溶解度の
飽和限界にあるからである。

拡散損失が最小であるので、タングステン−イリジウム
ｃ金をスパッタリングすることで加えられ得る表面層１
６はスパッタリングによる除去に対抗できる十分な厚さ
であることのみが必要である。

すなわち、数ミクロンの厚さである。したがって、陰極
の高価なイリジウムの全体の量は経済的観点から妥当な
ものである。拡散実験は、イリジウムの損失が少なくて
もマグニチュードのオーダで減少することを示す。

本発明の陰極の大きな経済的な利点は、マトリックス・
ビレットがたくさん製造され、ストックされることによ
り由来する。所望の陰極のどの形もストックされたもの
を単に機械削りすることにより形成することができる。

このことは、いくつかのいろいろな陰極が作られたとき
に重要になる。

スパッタリングにより活性コーティングを適用すること
は単なる処理である。

本発明の思想の範囲内でいろいろな材料、処理を採用で
きるので、上述の好適実施例は、説明のためのものであ
り、限定を加えるものではない。

本発明は特許ｆｆｉ’ｆ求の範囲およびそれと同等のも
のによってのみ限定される。

６％かそれ以下のイリジウムがバリウムを生成するため
の還元粉を減少させ得るこのが分かった。

反応度を増大さぜるために、純粋なタングステンの島は
、米国特許第４，６７５，５７０号に記載されているよ
うにマトリックスに組み入れられる。これによってもイ
リジウムの盟が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の略示断面図である。 第２図はタングステン−イリジウム合金の相を示すグラ
フである。 ［主要符号の説明］ １０・・・マトリックス　　　１２・・・合金粒子１４
・・・孔　　　　　　　　１６・・・相１８・・・相　
　　　　　　　２０・・・金属間化合物特許出願人　　
パリアン・アソシエイツ・インコーホレイテッド 代理人　弁理士　　竹　内　澄　夫 ダンゲステン０原子白り牢

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タングステンおよびモリブデンから成る組の耐火性
   金属と、イリジウム、オスミウム、レニウムおよびルテ
   ニウムから成る組の遷移金属との合金から成る多孔性マ
   トリックスと、前記マトリックスの孔に満たされる可溶
   性 アルカリ土類混合酸化物と、 から成り、 前記遷移金属の含有量が１．０％から６．０％である、 含浸された熱イオン陰極。 ２、請求項１記載の陰極であって、 前記耐火性金属がタングステンである、と ころの陰極。 ３、請求項１記載の陰極であって、 前記遷移金属がイリジウムである、ところ の陰極。 ４、請求項１記載の陰極であって、 さらに、前記陰極の表面上に位置する電子 放出層から成り、前記層が２５％を越える遷移金属であ
   る、 ところの陰極。 ５、請求項４記載の陰極であつて、 前記放出層の残部が耐火性金属である、と ころの陰極。 ６、請求項４記載の陰極であって、 前記放出層の厚さが、０．１から１０ミクロンの間であ
   る、ところの陰極。 ７、請求項１記載の陰極であって、 前記混合酸化物がアルカリ土類アルミン酸塩である、と
   ころの陰極。 ８、請求項第４記載の陰極であつて、 前記放出層が、４０％から６０％の範囲の遷移金属であ
   る、ところの陰極。 ９、請求項１記載の陰極であって、 前記合金マトリックスの相互連結した孔よ りも大きな前記耐火性金属の島を含む、ところの陰極。