JPH03173034A - スカンダート陰極およびその製造方法 - 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】 本発明は少なくとも高融点金属および／または合金のマ
トリックス、およびマトリックス材料と接触する少なく
ともマトリックス中のバリウム化合物を含んでいる陰極
本体を有するスカンジウム（ｓｃａｎｄａ　ｔｅ　）陰
極に関するものであり、この場合上記化合物はマトリッ
クス材料との化学反応によりバリウムを放射面に供給す
ることができる。

また、本発明は上述する陰極の製造方法、およびかかる
陰極を具えた電子ビーム管に関する。

上述するタイプの陰極はＪ、Ｈａｓｋｅｒ、　Ｊ、Ｖａ
ｎ　ＥｓｄｏｎｋおよびＪ、Ｅ、Ｃｒｏｍｂｅｅｎ氏ｒ
Ａｐｐｌｉｅｄ　５ｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ」２
６、ページ１７３〜１９５　　（１９８６）　　；題目
「上層スカンダート陰極の特性および製造」に記載され
ている。この文献に記載されている陰極においては、数
ミクロンの酸化スカンジウム（ＳＣ２０：ｌ　）粒子、
またはスカンジウム（Ｓｃ）または水素化スカンジウム
（Ｓｃｆ（ｚ）で部分的に被覆されているタングステン
（Ｗ）粒子を陰極本体の少なくとも上層において処理し
ている。陰極本体は加圧および焼結し、しかる後に細孔
をアルミン酸バリウムカルシウムで含浸して作られてい
る。電子放射を維持するために、アルミン酸バリウムカ
ルシウムを放射面に、陰極の作動中マトリックスのタン
グステンとの化学反応によって供給している。例えば、
陰極線管に固定した後極めて高い陰極負荷、および陰極
の活性化を得るために、１つの単分子層の厚さを有する
スカンジウム含有層を陰極表面に、含浸剤による反応に
よって含浸中に形成している。上記文献に記載している
試験において確かめられているように、スカンジウム含
有層はイオン衝撃によって完全にまたは部分的に除去す
ることができる。

このイオン衝撃は電子放射において有害な結果を導く、
例えばテレビブラウン管の製造中に、実際に生ずる。５
ｃｚＯｓは極めて流動性でないから（酸化が、Ｓｃまた
はＳｃＨ！で部分的に被覆するＷによって作られた陰極
において含浸中に生ずる）、かかるスカンジウム含有層
を陰極の再活性化により十分に再生することができない
。また、上述する文献に記載されている試験によって、
放射の完全な再生に効果的である再生を達成できないこ
とが確かめられている。例えばオスミウム−ルテニウム
またはイリジウムによって被覆した、または被覆しない
含浸タングステン陰極と比較すると、この事は欠点とし
て考察することができる。

本発明の目的は、上述する欠点と比較して著しく優れた
スカンダート陰極を提供することである。

本発明は、この事はスカンジウムまたはスカンジウム含
有化合物の凝離を用いることによって達成できるという
認識に基づくものである。

本発明のスカンダート陰掘は、陰極本体の少なくとも上
層が複合元素として少なくともバリウムおよびスカンジ
ウムを含む少なくとも１つの酸化相を含むことを特徴と
する。酸化相は酸素欠乏に関して非化学量論的であるの
が好ましい。

真空中において温度を上げる場合には、スカンジウム（
またはスカンジウム含有化合物）が上記酸化相から凝離
するために、スカンジウム含有単分子層が上層の表面に
堆積する。凝離は、例えば酸化スカンジウムに関する上
記酸化相の低い安定性によって促進されるものと思われ
る。単分子層のスカンジウムが、例えばイオン衝撃によ
って失われたとしても、凝離のためにスカンジウムの供
給を維持することができる。この凝離は酸化層における
酸素欠乏によって一層促進される。

好適例において、酸化層は３５〜７０重量％のバリウム
を含めることができる。

酸化層におけるスカンジウムの量は５〜４０重景％の範
囲が好ましい。

これらの割合において、高い放射（７１００Ａ／ｃｍ”
）は、特に酸化バナジウム−カルシウム−スカンジウム
−アルミニウム相による陰極において達成したと共に、
イオン衝撃後、良好な再生特性が得られたことを確かめ
た。

スカンダート陰極は、バリウム化合物を陰極本体に含浸
により導入する含浸タイプにすることができるが、しか
し陰極を加圧成形（Ｐｒｅｓｓｅｄ　）スカンダート陰
極またはＬ−陰極にすることができる。

酸化相は選択した製造方法により影響するが、異なる手
段で作ることができる。

本発明の含浸陰極を製造する１つの方法は、マトリック
スをスカンジウム粉末または水素化スカンジウム粉末、
および高融点金属（例えばタングステン）の粉末から加
圧し、しかる後に必要に応じてスカンジウム（水素化物
）粉末を部分酸化し、全体を焼結および含浸することを
特徴とする。スカンジウムは水素化スカンジウムの脱水
によって得ることができる。まだ存在している酸化スカ
ンジウムおよびスカンジウムは含浸剤と反応するために
、上述する酸化相は含浸中に生ずる。

本発明の他の観点によれば、スカンジウムの代わりに窒
化スカンジウムを出発材料として選択することができる
。焼結および含浸前に、マトリックスを高融点材料およ
び窒化スカンジウムから加圧する。その大きい安定性の
ために、窒化スカンジウムはスカンジウムおよび水素化
スカンジウムより高い焼結温度によく耐える。それにも
かかわらず、窒化スカンジウムは、酸化相（酸素欠乏に
よる）が含浸中に生成できるように含浸剤と反応する。

高温度で焼結する場合に、スカンジウムは蒸発により失
う。この事をできるだけ多く避けるために、焼結操作を
水素中（約１気圧）、約１５００°Ｃまでの温度で行う
のが好ましい。

スカンジウムをマトリックス中に存在させる、いわゆる
、混合マトリックス（ｍｉｘｅｄ−ｍａｔｒｉｘ）陰極
においては、吸収含浸剤の量はスカンジウム、水素化ス
カンジウム、窒化スカンジウムおよび／または酸化相の
量に影響する。

本発明の他の方法は、陰極を高融点金属および／または
合金およびスカンジウムまたは窒化スカンジウムまたは
水素化スカンジウム、または酸化物被膜で被覆したスカ
ンジウムまたは水素化スカンジウムの粉末、または酸化
相の粉末を含浸剤粉末と共に混合し、加圧し、次いで焼
結して得ることを特徴とする。

本発明の他の簡単な方法は、高融点金属および／または
合金を１または２種以上の酸化相の粉末と一緒に混合し
、加圧し、次いで焼結して得ることを特徴とする。これ
らの方法において、焼結温度は陰極本体によって要求さ
れるかぎり、最大温度にする。この温度は上述する方法
において通常、用いられている含浸温度より実質的に低
くすることができる。

次に、本発明を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のスカンダート陰極の縦断面図である。

放射面２１を有する直径、例えば１．８皿の陰極本体１
１を、Ｗ粉末および水素化スカンジウム粉末（約０．７
重量％）またはスカンジウム粉末からマトリックスを加
圧成形し、湿アルゴン中約８００１である時間にわたっ
て加熱し、例えば水素雰囲気中１５００’Ｃで焼結する
。マトリックスの厚さは約０．５ｍｍである。次いで、
マトリックスにアルミン酸バリうムカルシウム（例えば
４ＢａＯ−ＩＣａ０４Ａ１ｚＯ：＋）を含浸する。

含浸中、含浸剤は焼結中に形成した酸化スカンジウムと
、またはなお存在するスカンジウムと反応して陰極の作
動中にスカンジウムを供給する酸化相（Ｂａ　−Ｃａ　
−Ａｌ５ｃＯ）を形成する。ＥＰＭＡ測定（電子プロー
ブ微量分析）によって、次の酸化相：　［１ａ２Ｇ、５
ｃａＺＡ１１１ｓｃｌＯｏＳ４−　Ｂａ＋５Ｃａ３Ａ１
３ＳＣＨＯ５４−ＢａｚＣａａＡＩＳｃｚｓＯｓ４（酸
素欠乏によるおよびこれによらない）を示した。

かようにして得られ、かつ容器３１を設け、または設け
ない陰極本体を陰極支柱４１上にはんだ付けする。コア
６１を酸化アルミニウム絶縁層７１で螺旋状に巻いた金
属からなる螺旋状陰極フィラメント５１を支柱４１内に
存在する。取付けおよび活性化した後、上記陰極の放射
をパルス負荷および９５０°Ｃの陰極温度（輝度温度）
で配置したダイオードにおいて測定した。この放射は１
００Ａ／ｃｍ２以上であった。

他の例において、出発材料としてタングステン粉末およ
び窒化スカンジウム粉末（約１重量％）を用い、次いで
加圧成形し、例えば水素雰囲気中、約１５００°Ｃで焼
結する。アルミン酸バリウムカルシウムによる含浸中、
酸化相が含浸剤と窒化物との反応によって生じた。製造
方法および出発材料により影響されるが、上記酸化相の
組成を異にすることができ、例えば３５〜７０重景％の
バリウムおよび５〜４０重景％のスカンジウムを含ませ
ることができる。関連する例において、酸化相は上述す
る例におけると同様の組成を有していた。

パルス負荷および９５０°Ｃの陰極温度（輝度温度）で
のダイオード配置において測定して、かかる陰極の放射
は１００Ａ／ｃｍ”以上であった。

本発明の他の陰極において、直径１．８ｍｍおよび厚さ
約０．５ｍｍを有する陰極本体１１を、約５重量％の酸
化相を含むタングステン粉末混合物を加圧成形し、次い
で水素雰囲気中１５００°Ｃで１時間にわたって焼結し
た。

酸化相としてＢａｚｏ、　５Ｃａｚ＾１ｚｓｃ＋ｏＯｓ
４−　Ｂａ＋５Ｃａ３Ａ１３ＳＣ２１０，４−ＢａｚＣ
ａ４ＡＩＳＣｚｓＯｓａを用いると共に、混合物におけ
る少な（とも１種の酸化相は酸素欠乏を有していた。

陰極本体を上述すると同様にして取付けた（含浸後）。

同様にして測定した放射は１００　Ａ　／　ｃ＋＋＋　
２以上であった。

更に、比較放射を得るために、約１０重量％の酸化相を
用いた場合には、その後の含浸は不必要であった。

また、類似する放射特性を有する加圧成形陰極は、高融
点金属および／または合金およびスカンジウム、水素化
スカンジウムまたは窒化スカンジウムの粉末または酸化
相の粉末を含浸剤粉末と共に混合し、加圧成形し、次い
で焼結して作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスカンダート陰極の縦断面図である。 １１・・・陰極本体 ２１・・・放射面 ３１・・・容器 ４１・・・陰極支柱 ５１・・・陰極フィラメント ６１・・・コア ７１・・・酸化アルミニウム絶縁層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも高融点金属および／または合金のマトリ
   ックス、およびマトリックス材料と接触する少なくとも
   マトリックス中のマトリックス材料との化学反応によっ
   てバリウムを放射面に供給するバリウム化合物を含む陰
   極本体を有するスカンダート陰極において、陰極本体の
   少なくとも上層が複合元素として少なくともバリウムお
   よびスカンジウムを含む少なくとも１つの酸化相を含む
   ことを特徴とするスカンダート陰極。 ２、酸化相が酸素欠乏によって非化学量論的である請求
   項１記載のスカンダート陰極。 ３、酸化相がカルシウムおよびアルミニウムを含む請求
   項１または２記載のスカンダート陰極。 ４、酸化相が３５〜７５重量％のバリウムを含む請求項
   １〜３のいずれか一つの項記載のスカンダート陰極。 ５、酸化相が５〜４０重量％のスカンジウムを含む請求
   項１〜４のいずれか一つの項記載のスカンダート陰極。 ６、バリウム化合物を陰極本体に含浸により導入した請
   求項１〜５のいずれか一つの項記載のスカンダート陰極
   。 ７、請求項１に記載する陰極を製造する方法において、
   マトリックスをスカンジウムまたは水素化スカンジウム
   を含む粉末、および高融点金属の粉末から加圧し、しか
   る後に、必要に応じてスカンジウム（水素化物）粉末を
   部分酸化し、次いで全体を焼結および含浸することを特
   徴とするスカンダート陰極の製造方法。 ８、請求項２に記載する陰極を製造する方法において、
   マトリックスを窒化スカンジウムを含む粉末および高融
   点金属粉末から加圧し、しかる後に全体を焼結し、およ
   び含浸することを特徴とするスカンダート陰極の製造方
   法。 ９、請求項１に記載するスカンダート陰極を製造する方
   法において、陰極を高融点金属および／または合金およ
   びスカンジウムまたは水素化スカンジウムまたは窒化ス
   カンジウム、または酸化スカンジウムまたは水素化スカ
   ンジウムまたは窒化スカンジウムで被覆したスカンウム
   の粉末、または酸化相の粉末を含浸剤粉末と共に混合し
   、加圧し、次いで焼結して形成することを特徴とするス
   カンダート陰極の製造方法。 １０、請求項１に記載するスカンダート陰極を製造する
   方法において、陰極を高融点金属および／または合金を
   １または２種以上の酸化相の粉末と一緒に混合し、加圧
   し、次いで焼結して形成することを特徴とするスカンダ
   ート陰極の製造方法。 １１、請求項１〜６のいずれか一つの項に記載した陰極
   を具えた電子ビーム管。