JPH0211968B2 - - Google Patents

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
りなる陰極チツ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（以下六ほう化物という）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
極チツ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つた。

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
う化物の陰極チツプを把持することが試みられた
けれども熱陰極チツ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
きくする必要があつたりして、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つた。

（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ツプの下半外周に、二ほう
化ジルコニウムや、二ほう化ニオブ及び二ほう化
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
つて代つて簡便に、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
チツ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ツプと、高融点
金属薄板のストリツプからなり、上記陰極チツプ
にその基部にて相対する側面に沿う折曲げ端を反
応障壁層としての焼結層を介して固着したコ字形
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ツプと高融点金属
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
対する陰極チツ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
極チツ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ツ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
グステンヘヤーピ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つて六ほう
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（LaB₆）、六ほう化カルシ
ウム（CaB₆）、六ほう化ユーロピウム（EuB₆）、
六ほう化バリウム（BaB₆）、六ほう化サマリウム
（SmB₆）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、これからロツドを切出
し、これを0.5×0.5×1.2mm程度の大きさのチツプ
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ツプとす
る。

本発明において支持片は高温下に陰極チツプの
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ツプを、陰極チツプの相対す
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。

陰極チツ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0.01〜50μｍの
微粒子であつて、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、タンタル、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
して炭化ほ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、ほう化チタン、ほう化ニオブ、ほう化ハフニ
ウム、ほう化クロム、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1μ
ｍ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。

（作用） 熱電子放射陰極の組立てには陰極チツプ基部に
上述のペーストを介して支持片を仮接着し、場合
によつては支持片に予めタングステン線をスポツ
トウエ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℃以上であつて
もよい。

この焼結の際１〜100ｇ／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。

（実施例） 以下図面を参照し、実施例を挙げて本発明を詳
細に説明するが、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、１は２本のリー
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
陰極チツプ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ツプ４の支持構造
を、拡大斜視図で示す。

図中５は陰極チツプ４の基部に装着した支持片
であつて、0.1mm厚の薄いタンタルストリツプを
コ字状に折曲げ形成して成る。６は陰極チツプ４
と支持片５とを結合する焼結層であつて、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ツプ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^-7Torr台の真空中で通電
加熱（陰極チツプ４の先端温度1600℃）し、約15
分間保持した。

陰極チツプの先端温度を1600℃に保つ電力は、
陰極チツプ４及び支持片５の小さい方が少いけれ
ども陰極チツプ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0.4×0.5×1.2mmの陰極チツプ
４と厚み0.1mm、幅0.5mm、長さ0.7mmのタンタルス
トリツプよりなる支持片を用い、5.2ワツトで
1600℃に加熱できた。

この熱電子放射陰極の輝度は多結晶六ほう化ラ
ンタンの陰極チツプ４を用いてタングステンの約
５倍であり、５×10⁵A／cm²・strであつた。

陰極チツプ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
観上何の変化もなかつた。

500時間使用後に陰極チツプ４の先端を樹脂に
包理し、通常の方法で、陰極チツプ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、陰極チツプ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ほう素の生
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。

次に単結晶六ほう化ランタンによる陰極チツプ
（サイズ0.4×0.5×1.2mm）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の厚さのタ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、陰極チツ
プ４の基部にコロイド状カーボンとチタン粉末と
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、熱分解グラフアイトか
らなるヒーターブロツク９で挟圧しつつ
10^-7Torr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℃（陰極チツプ
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つても加熱時間が短いの
で、陰極チツプ４の性能への影響はなかつた。

ヒーターブロツク９については熱分解グラフア
イト以外の異方性カーボンやガラス状カーボンで
あつてもよい。

熱圧着処理を施すことにより陰極チツプ４と支
持片５との間にて、より緻密な焼結層が生成し
た。

以上何れの例にあつても支持片５の外面にタン
グステン線３をスポツトウエルドし、第１図に示
したように熱陰極ベース１に取付け使用に供す
る。なお何れの場合でも第４図のように例えばコ
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を陰極チツプ４の支持片５に覆
われない露出側面に塗布し、10^-7Torrの真空下
で再び陰極チツプ温度1600℃まで通電加熱を施す
ことによつて陰極チツプ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。

（発明の効果） 以上本発明によれば、六ほう化物による陰極チ
ツプを、その基部にて相対する側面に沿つて挟
む、コ字形に予め形成した高融点金属薄板のスト
リツプからなる支持片の折曲げ端で反応障壁層と
しての焼結層を介して固着するようにしたので該
陰極チツ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、陰極チツ
プの反応障壁層としての焼結層を介した頑強な、
支持片との固着が可能となつてその使用寿命の延
長が図れ、又支持片は高融点金属薄板のストリツ
プをとくにコ字形に折曲げるのみなので、難加工
性であつても成形に難点を伴わない。

【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……陰極チツプ、５……支持
片、６……焼結層。

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ツプと、 高融点金属薄板のストリツプからなり、上記陰
   極チツプにその基部にて相対する側面に沿う折曲
   げ端を、反応障壁層としての焼結層を介して固着
   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。