JPH0558207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、マトリツクスの少なくとも表面に
ある上層がほぼタングステン(W)及び酸化スカンジ
ウム（Sc₂O₃）よりなるマトリツクスを有し、か
つ前記マトリツクスの中又は下に電子放射物質を
有するスカンジウム デイスペンサ陰極
（scahdate dispenser cathode）の製造方法に関
する。 このような陰極は、デイスプレイ管、撮像管、
オシロスコープ管、クライストロン、送信機管等
における電子給源として用いられる。 このようなデイスペンサ陰極においては、その
性質に対して、一方では電子放射表面、他方では
前記放射表面のじゆうぶん低い仕事関数をもたら
すのに役立つ電子放射物質の貯蔵という機能分離
がある。デイスペンサ陰極の型の一つは、Ｌ−カ
ソードである。Ｌ−カソードの放射は、例えば、
仕事関数が吸着バリウム（Ba）及び酸素(O)によ
り低下されたタングステンの多孔質マトリツクス
の表面から起こる。前記マトリツクスの下に、Ｌ
−カソードは、タングステン粉末及び放射物質、
例えば、アルミン酸バリウム−カルシウム、の混
合物が中に存在する貯蔵空間を有する。表面の吸
着質は、前記混合物の反応により維持される。デ
イスペンサ陰極の第２の型は、圧縮し焼結した多
孔質タングステン体に放射物質を含浸させること
により得られる含浸型陰極である。この場合、必
要な吸着質は、放射物質とマトリツクスのタング
ステンとの反応により得られる。 冒頭に述べた型の方法は、参考のために記載す
る公開オランダ国特許出願番号第8201371号
（PHN10、308）明細書により知られる。この既
知方法に従つて製造されたデイスペンサ陰極の利
点は、良好な寿命及びイオン衝突後の適正
（reasonable）ないし中位（moderate）の回復で
ある。 したがつて、この発明の目的は、イオン衝突後
のいつそう良好な回復を有するスカンジウム デ
イスペンサ陰極の製造方法を提供することであ
る。この発明の他の目的は、スカンジウムが酸化
スカンジウム粒子を含む陰極におけるよりタング
ステンマトリツクス中に均一に分布する陰極を提
供することである。 冒頭に述べた種類の方法は、この発明に従つて
次の段階を備えることを特徴とする： (a) タングステン粉末を圧縮して多孔質プラグ
（plug）を形成すること； (b) 前記プラグを非反応性雰囲気中でスカンジウ
ムと接触させながらスカンジウムの溶融温度よ
り上に加熱すること； (c) プラグを水素（H₂）雰囲気中で冷却するこ
と； (d) プラグを微粉砕して断片を形成すること； (e) 断片を約800℃に加熱して、この温度で数分
〜数十分間水素雰囲気中焼成し、前記水素雰囲
気中冷却すること； (f) 断片を水素化スカンジウム−タングステン粉
末（ScH₂／Ｗ）に粉砕すること； (g) 前記ScH₂／Ｗ粉末から又は前記粉末とタン
グステン粉末との混合物からマトリツクス又は
純タングステンのマトリツクス上の上層を圧縮
すること； (h) 前記マトリツクスを焼結し冷却すること； (i) 放射物質を陰極に移すこと； 実験により、バルクの酸化スカンジウム上のバ
リウムの単原子層の大きさの被覆は高い放出を起
こさないということが証明された。更に、酸化ス
カンジウムのタングステン及び酸化タングステン
との反応は、陰極の表面上の酸素系に対して重要
である。したがつて酸化スカンジウムをタングス
テンと接触させることは重要である。酸化スカン
ジウム粒子の使用は、この目的のための最良の解
決とは思えない。その理由は、事実、この粒子の
心部は所望の方法に寄与しないからである。この
発明に従う方法を用いることにより、陰極表面の
タングステン粒子は、酸化スカンジウム又は酸化
スカンジウムを上に有するスカンジウムで部分的
に覆われる。もち論、酸化スカンジウム粒子とタ
ングステン粒子の混合物を用いる場合より陰極表
面上のスカンジウムのいつそう均一な分布が得ら
れる。 タングステン粉末の多孔質プラグ（段階ａ）
は、例えば、タングステン金属の密度の約60％の
密度に圧縮される。 ブラグを非反応性雰囲気中、好ましくは真空
中、加熱するが、（段階ｂ）、これはその際スカン
ジウムによるタングステンの良好な被覆が得られ
るからである。タングステンは、プラグをスカン
ジウムと接触させてスカンジウムの溶融温度より
上に加熱することにより被覆され、その結果、溶
融スカンジウムは多孔質プラグの細孔に引き込ま
れる。スカンジウムは、プラグ上に、例えば、ス
カンジウム塊の形で供給することができる。例え
ば、約３重量％のスカンジウムがプラグに取り入
れられる。次いで、プラグを水素中で冷却し、
（段階ｃ）、その結果、スカンジウムが一部水素化
スカンジウムに転化されるという事実によつても
ろくなり、体積増加が起こる。この結果、次にプ
ラグを微粉砕することができる（段階ｄ）。次い
で、断片をモリブデンるつぼ中、水素雰囲気中、
800℃まで加熱し、この温度に約15分間保ち前記
の同じ水素雰囲気中ゆつくり冷却して、ほとんど
すべてのスカンジウムを水素化スカンジウムに変
える（段階ｅ）。次いで、断片をめのうミル
（agate mill）中で所望の大きさの粒子に粉砕す
る（段階ｆ）。水素化スカンジウムは安定な化合
物である。したがつて、得られた粉末は、空気中
に蓄えることができる。 カソードマトリツクスを焼結する際、水素化ス
カンジウムは分解する（800℃超）。水素化スカン
ジウムはスカンジウムより比容が大きいので、水
素中で焼結及び冷却をする場合、800℃を超える
温度で、吸入排出により水素を除去することが好
ましい。真空中で焼結する場合、この問題は起こ
らない。しかし、その場合には、過剰のスカンジ
ウムの蒸発を避けるために、特別の手段を講じな
ければならない。水素中で焼結及び冷却をする場
合には、段階(f)で製造した粉末をタングステンマ
トリツクス上の上層として供給する場合、特に前
記粉末を脱水素する場合、又は前記粉末を25〜75
重量％のタングステン粉末、好ましくは約50重量
％のタングステン粉末と混合する場合に良好な結
果を得ることが実際可能である。このような上層
は、0.15mmより小さい厚さを有することが好まし
い。以下に述べる陰極における含浸剤としては、
従来のアルミン酸バリウム−カルシウムが使用さ
れた。タングステン粒子上に存在するスカンジウ
ムの全体又は部分的酸化が陰極の製造中、例え
ば、含浸及び／又は活性化に際して起こる。これ
に関連して、酸化スカンジウムは、酸化バリウム
より熱力学的に安定であることに注目すべきであ
る。 次に、この発明をいつそう詳細に、多数の特定
例及び図面を参照して、例によつて説明する。 第１図は、この発明の方法により製造されたス
カンジウム デイスペンサー陰極の側面断面図で
ある。1.8mmの直径を有する陰極体１が段階(f)に
従う粉末から上層２を有するマトリツクスを圧縮
することにより得られた。この粉末は、少なくと
も部分的に水素化スカンジウムで覆われたタング
ステン粒子から成る。焼結及び冷却後、陰極体１
は、約0.4mm厚さを有する多孔質タングステン層
の上の約0.1mm厚さの酸化スカンジウム及びスカ
ンジウム含有多孔質タングステン層からなる。次
いで、陰極体をアルミン酸バリウム−カルシウム
で含浸する。前記含浸陰極体を、容器３に圧入し
又は圧入せずに、カソードシヤンク４に溶接す
る。酸化アルミニウム絶縁層７を備えるら旋形に
巻いた金属心線６からなるら旋形カソードフイラ
メント５がカソードシヤンク４の中に存在する。 陰極におけるイオンの衝突後の回復は、種々の
型の電子管での利用に対して重要である。処理中
及び／又は動作中、管内の陰極は、残留ガスに由
来するイオンの衝突にさらされる。この回復は、
高真空装置中で陰極とは独立に焼成しうる陽極を
有するダイオードで測定された。放出を、300μ
ｍの電極間隔陰極−陽極距離を備えるダイオード
間に1500Vパルスをかけて測定した。陰極を真空
中で活性化した後、10^-5トール（1.36×10^-5ｇ／
cm²）のアルゴンを系に導入した。最初に陽極損が
５ワツトであるようなパルス幅を有する、陽極で
の1.5KVパルス（10Hz周波数）で、電流を40分間
流すと、前記電流は徐々に多少減少した。陰極温
度（モリブデン輝度）は、1200Kであつた。次い
で、アルゴンを吸入排出により除いた。次いで、
陰極の回復は、1200Kで1A／cm²の電流密度で２
時間、続いて１時間1320Kで1A／cm²で起こつた。
この回復の間、陽極上の1500Vパルスの間の電流
を10分毎に測定し、最初の値と比較した。次い
で、スパツタリングと回復の前記サイクルをもう
一度繰り返した。活性化後直ちに1500Vパルスを
かけて測定した電流をＩ(O)₁₅₀₀で、前記２サイク
ル後に測定した値をＩ(e)₁₅₀₀で示す。比Ｉ(e)
₁₅₀₀／Ｉ(O)₁₅₀₀は、イオン衝突後の回復の尺度Ｈ
（％）である。従来技術の陰極及び種々の温度T_S
（℃）で焼結した、この発明の方法により製造さ
れた陰極を下記の表で互いに比較した。良好な相
互比較を得るために、空隙率、すなわち含浸剤の
吸収量（表中重量％で表した「Imp」は、適当な
方法で焼結温度と共に圧力を変えることにより、
できる限り、常に同一であるようにした。

【表】 50％ScH₂／Ｗ（すなわち、ScH₂で部分的に被
覆したＷ）を50％Ｗと混合した上層を有するマト
リツクスは、Sc₂O₃＋Ｗ（すなわち、Sc₂O₃粒子と
Ｗ粒子との混合物）を有する既知上層よりはるか
に均一なスカンジウムの分布を示した。更に、
ScH₂／Ｗで製造し、1500℃で焼結した陰極のイ
オン衝突後の回復は、既知のScH₂O₃＋Ｗ上層陰
極より顕著に良好である（Ｈ＝65％に対してＨ＝
80％）。また、この表から分かることは、ScH₂／
Ｗ陰極の焼結温度が1000Vパルスをかけて測定し
た放出及びイオン衝突後の回復にいかに影響する
かということである。焼結は、スカンジウムの融
点、すなわち1541℃より低い温度で行うのが好ま
しい。もちろん、前記影響は、ScH₂O₃＋Ｗ上層
を有する陰極に対しては、はるかにいつそう小さ
い。25％のScH₂／Ｗ粉末と75％のＷ粉末を合わ
せて1500℃で焼結した上層をＷマトリツクス上に
有するScH₂／Ｗ陰極に対しても、1000Vパルス
の間の放出は、ほぼ同じ含浸剤消費で再び
3000mAである。また、これは、Ｗマトリツクス
上のＷを添加しなかつたScH₂／Ｗ上層及び
ScH₂／Ｗ粉末及びＷ粉末の１：１混合物からな
る上層であつて、物質をいつそう強く圧縮した
（含浸剤消費量３％）ものに対しても同様である。 第２図は、この発明の方法により製造されたＬ
−カソードの側面断面図である。陰極体１０は、
25％ScH₂／Ｗと75％Ｗの混合物から圧縮され、
次いで焼結された。この陰極体１０を直立エツジ
１２を有するモリブデンカソードシヤンク１１上
に設けた。陰極フイラメント１３は、カソードシ
ヤンク１１の中にある。放射物質（例えば、タン
グステンと混合したアルミン酸バリウム−カルシ
ウム）の貯蔵部１５は陰極体１０とカソードシヤ
ンク１１との間の中空空間１４中にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法により製造された含
浸型陰極の側面断面図であり、第２図は、この発
明の方法により製造されたＬ−カソードの側面断
面図である。 １……陰極体、２……上層、３……容器、４…
…カソードシヤンク、５……カソードフイラメン
ト、６……金属心線、７……絶縁層、１０……陰
極体、１１……カソードシヤンク、１２……直立
エツジ、１３……陰極フイラメント、１４……中
空空間、１５……貯蔵部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マトリツクスの少なくとも表面にある上層が
   ほぼタングステン(W)及び酸化スカンジウム
   （Sc₂O₃）よりなるマトリツクスを有し、かつ前
   記マトリツクスの中又は下に電子放射物質を有す
   るスカンジウム デイスペンサ陰極の製造にあた
   り、次の段階： (a) タングステン粉末を圧縮して多孔質プラグを
   形成すること； (b) 前記プラグを非反応性雰囲気中でスカンジウ
   ムと接触させながらスカンジウムの溶融温度よ
   り上に加熱すること； (c) プラグを水素（H₂）雰囲気中で冷却するこ
   と； (d) プラグを微粉砕して断片を形成すること； (e) 断片を約800℃に加熱して、この温度で数分
   〜数十分間水素雰囲気中焼成すること； (f) 断片を水素化スカンジウム−タングステン粉
   末（ScH₂／Ｗ）に粉砕すること； (g) このScH₂／Ｗ粉末から又はこの粉末とタン
   グステン粉末との混合物からマトリツクス又は
   純タングステンのマトリツクス上の上層を圧縮
   すること； (h) 前記マトリツクスを焼結し冷却すること； (i) 放射物質を陰極に移すこと； を備えることを特徴とするスカンジウムデイスペ
   ンサ陰極の製造方法。 ２ 段階(b)においてプラグを真空中で加熱する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 段階(b)においてスカンジウムをプラグに供給
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 ４ 段階(h)を水素雰囲気中で行い、水素を800℃
   より高い温度で吸入排出することにより除く特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの項に記載
   の方法。 ５ 段階(g)においてScH₂／Ｗをタングステンマ
   トリツクス上の上層の形で供給し、かつ段階(h)を
   水素中で行う特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の方法。 ６ 上層のScH₂／ＷをＷと混合し、かつ混合比
   が約１：１である特許請求の範囲第５項記載の方
   法。 ７ 上層の厚さが約0.15mmより小さい特許請求の
   範囲第５項又は第６項記載の方法。 ８ 段階(h)を真空中で行う特許請求の範囲第１〜
   ３項いずれか一つの項に記載の方法。 ９ 焼結を1541℃であるスカンジウムの融点より
   低い温度で行う特許請求の範囲第１〜８項のいず
   れか一つの項に記載の方法。