JPH0628968A - 固体を含む陰極 - Google Patents
固体を含む陰極Info
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- JPH0628968A JPH0628968A JP4670293A JP4670293A JPH0628968A JP H0628968 A JPH0628968 A JP H0628968A JP 4670293 A JP4670293 A JP 4670293A JP 4670293 A JP4670293 A JP 4670293A JP H0628968 A JPH0628968 A JP H0628968A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/14—Solid thermionic cathodes characterised by the material
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- H01J1/28—Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い放出電流密度および長い寿命が低い使用
温度においても得られる、固体を含む陰極を得る。 【構成】 金属成分（例えばＷ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，Ｍ
ｏおよびＰｔ）並びに酸化物成分（例えばＢａＯ，Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，ＳｒＯ，ＴｈＯ2および
Ｌａ2 Ｏ3 ）を有する固体４を含む陰極。この陰極にお
いて、成分の構造および金属成分の固体の全容積に対す
る容積比を、抵抗率ρがρo ・10-4＞ρ＞ρm ・10
2 （式中ρo およびρm はそれぞれ、20℃において測定
した、純粋な酸化物成分および純粋な金属成分の抵抗率
である）の範囲内の値を有するように選択する。
温度においても得られる、固体を含む陰極を得る。 【構成】 金属成分（例えばＷ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，Ｍ
ｏおよびＰｔ）並びに酸化物成分（例えばＢａＯ，Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，ＳｒＯ，ＴｈＯ2および
Ｌａ2 Ｏ3 ）を有する固体４を含む陰極。この陰極にお
いて、成分の構造および金属成分の固体の全容積に対す
る容積比を、抵抗率ρがρo ・10-4＞ρ＞ρm ・10
2 （式中ρo およびρm はそれぞれ、20℃において測定
した、純粋な酸化物成分および純粋な金属成分の抵抗率
である）の範囲内の値を有するように選択する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属成分（特にＷ，Ｎ
ｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，ＭｏおよびＰｔ）並びに酸化物成分
（例えば特にＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3,Ｓｃ2 Ｏ3 ，
ＳｒＯ，ＴｈＯ 2 およびＬａ2 Ｏ3 ）を有する固体を含
む陰極に関する。
ｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，ＭｏおよびＰｔ）並びに酸化物成分
（例えば特にＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3,Ｓｃ2 Ｏ3 ，
ＳｒＯ，ＴｈＯ 2 およびＬａ2 Ｏ3 ）を有する固体を含
む陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディスペンサー陰極は70％より大きい金
属容積含有率を有する多孔質金属マトリックスの形態で
固体を含み、この結果、酸化物成分、例えば金属マトリ
ックスの細孔またはディスペンサー領域に存在するアル
カリ土類金属酸化物ＢａＯまたはＣａＯあるいは４Ｂａ
Ｏ・ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 と同様に十分な電気伝導率が得
られる。このような電極を900 〜1000℃で作動させた際
には、酸化物中に存在する金属(Ba)および金属陰極表面
（Ｗ）上に存在する原子状酸素（Ｏ）から成る原子フィ
ルムが生成し、仕事関数が確実に低くなる。このタイプ
の既知の陰極はＩ陰極（欧州特許出願公開第EP-A 0 333
369号明細書参照）およびスカンデート(scandate)陰極
（欧州特許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書参照）で
ある。このような陰極は、序文に記載した特性を有す
る。
属容積含有率を有する多孔質金属マトリックスの形態で
固体を含み、この結果、酸化物成分、例えば金属マトリ
ックスの細孔またはディスペンサー領域に存在するアル
カリ土類金属酸化物ＢａＯまたはＣａＯあるいは４Ｂａ
Ｏ・ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 と同様に十分な電気伝導率が得
られる。このような電極を900 〜1000℃で作動させた際
には、酸化物中に存在する金属(Ba)および金属陰極表面
（Ｗ）上に存在する原子状酸素（Ｏ）から成る原子フィ
ルムが生成し、仕事関数が確実に低くなる。このタイプ
の既知の陰極はＩ陰極（欧州特許出願公開第EP-A 0 333
369号明細書参照）およびスカンデート(scandate)陰極
（欧州特許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書参照）で
ある。このような陰極は、序文に記載した特性を有す
る。
【０００３】900 〜1000℃の使用温度において、10〜15
0 Ａ／ｃｍ2 の飽和電流密度が達成される。このような
陰極は、比較的高い加熱温度を必要とするが、これはＷ
加熱コイルの破壊により寿命を短縮する。酸化物陰極
（欧州特許出願公開第EP-A 0 395 157号明細書参照）
は、金属支持体、例えばニッケル上に、比較的厚いアル
カリ土類金属酸化物（例えばＢａＯおよびＳｒＯ）並び
に他の酸化物ドーパント（例えばＳｃ2 Ｏ3 およびＥｕ
2 Ｏ3）の多孔質酸化物層を有する。これらは、約730
〜850 ℃の十分に低い使用温度において10〜50Ａ／cm2
の放出電流密度で用いることができるが、マイクロ秒の
範囲においてのみである。酸化物成分の低い電気伝導率
のために、永久負荷容量（permanent load capacity)は
１〜３Ａ／cm2 に過ぎない。
0 Ａ／ｃｍ2 の飽和電流密度が達成される。このような
陰極は、比較的高い加熱温度を必要とするが、これはＷ
加熱コイルの破壊により寿命を短縮する。酸化物陰極
（欧州特許出願公開第EP-A 0 395 157号明細書参照）
は、金属支持体、例えばニッケル上に、比較的厚いアル
カリ土類金属酸化物（例えばＢａＯおよびＳｒＯ）並び
に他の酸化物ドーパント（例えばＳｃ2 Ｏ3 およびＥｕ
2 Ｏ3）の多孔質酸化物層を有する。これらは、約730
〜850 ℃の十分に低い使用温度において10〜50Ａ／cm2
の放出電流密度で用いることができるが、マイクロ秒の
範囲においてのみである。酸化物成分の低い電気伝導率
のために、永久負荷容量（permanent load capacity)は
１〜３Ａ／cm2 に過ぎない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高い
放出電流密度および長い寿命が低い使用温度においても
得られる、序文に記載したタイプの固体を提供すること
にある。
放出電流密度および長い寿命が低い使用温度においても
得られる、序文に記載したタイプの固体を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、成分の構造
および金属成分の固体の全容積に対する容積比ｖm を、
抵抗率ρがρo ・10-4＞ρ＞ρm ・102 （式中ρo およ
びρm はそれぞれ、20℃において測定した、純粋な酸化
物成分および純粋な金属成分の抵抗率である）の範囲内
の値を有するように選択することにより解決される。
および金属成分の固体の全容積に対する容積比ｖm を、
抵抗率ρがρo ・10-4＞ρ＞ρm ・102 （式中ρo およ
びρm はそれぞれ、20℃において測定した、純粋な酸化
物成分および純粋な金属成分の抵抗率である）の範囲内
の値を有するように選択することにより解決される。
【０００６】「パーコレーション(percolation) 」は、
アドブ・フィジックス(Adv. Physics)」24(1975), 424
頁等における粒子状金属の挙動に関して用いる。本発明
に係る固体の抵抗率ρは、パーコレーション限界として
知られる限界の範囲内の値を有する。従って、本発明の
固体を含む陰極をパーコレーション陰極と呼称すること
ができる。金属導電率は酸化物導電率に、金属および酸
化物微粒子から成る物質のパーコレーション限界の範囲
内で変化する。金属の固体に対する容量％含有率
（ｖm ）に依存して、ｖm ＝０とｖm ＝１との間の抵抗
率ρは代表的にＳ字型に変化する一方、パーコレーショ
ン限界の範囲は、ｖm の平均値において、急勾配の特性
曲線により与えられる。この範囲は次式
アドブ・フィジックス(Adv. Physics)」24(1975), 424
頁等における粒子状金属の挙動に関して用いる。本発明
に係る固体の抵抗率ρは、パーコレーション限界として
知られる限界の範囲内の値を有する。従って、本発明の
固体を含む陰極をパーコレーション陰極と呼称すること
ができる。金属導電率は酸化物導電率に、金属および酸
化物微粒子から成る物質のパーコレーション限界の範囲
内で変化する。金属の固体に対する容量％含有率
（ｖm ）に依存して、ｖm ＝０とｖm ＝１との間の抵抗
率ρは代表的にＳ字型に変化する一方、パーコレーショ
ン限界の範囲は、ｖm の平均値において、急勾配の特性
曲線により与えられる。この範囲は次式
【数１】ｄ2 ｌｏｇ ρ／ｄＶm 2 ＝０ および
【数２】ｄ3 ｌｏｇρ／ｄＶm 3 ＜０ の関係により数学的に定義することができる。この範囲
における抵抗率ρはρo・10-4とρm ・102 との間、好
ましくは103 〜10-3Ωcmである。本発明において表され
る範囲をさらに図２を参照して説明する。図２は、対数
目盛上に、容量％金属含有率ｖm に依存して30nmの平均
粒径を有するＢａＯおよびＷ粒子から成る固体の抵抗率
ρ（室温で測定した）を示す。ｖm ＝０の範囲において
ＢａＯ固体の高い抵抗率ρo が得られ、ｖm ＝100 ％の
範囲においてタングステンの抵抗率ρm が得られた。酸
化物コンダクタンスが０＜ｖm ＜ｖa の範囲において見
出され、金属コンダクタンスがｖmb＜ｖm 100 ％の範囲
において見出された。混成のコンダクタンスがｖma＜ｖ
m ＜ｖmbのパーコレーション限界の範囲において得られ
た。本発明に係る固体の相対容積組成を、限界値ｖmaと
ｖmbとの間の急勾配の特性曲線Ｐの範囲内で選択し、影
をつけた領域の容積含有率が陰極として極めて好まし
い。この影をつけた領域に対してｄ4 ｌｏｇ ρ／ｄＶ
m 4 が正であるという付加的条件を用いる。限界値ｖma
およびｖmbは、ｖm ＝20％とｖm ＝80％との間の範囲を
含む。特性曲線Ｐの勾配は、本発明に係る固体の構造、
すなわち金属および／または酸化物粒子の粒径並びにこ
れらの分布の均一性に大きく依存する。好適例は、金属
容積含有率が酸化物容積含有率より小さいことを特徴と
し、好ましくは33〜50％である。
における抵抗率ρはρo・10-4とρm ・102 との間、好
ましくは103 〜10-3Ωcmである。本発明において表され
る範囲をさらに図２を参照して説明する。図２は、対数
目盛上に、容量％金属含有率ｖm に依存して30nmの平均
粒径を有するＢａＯおよびＷ粒子から成る固体の抵抗率
ρ（室温で測定した）を示す。ｖm ＝０の範囲において
ＢａＯ固体の高い抵抗率ρo が得られ、ｖm ＝100 ％の
範囲においてタングステンの抵抗率ρm が得られた。酸
化物コンダクタンスが０＜ｖm ＜ｖa の範囲において見
出され、金属コンダクタンスがｖmb＜ｖm 100 ％の範囲
において見出された。混成のコンダクタンスがｖma＜ｖ
m ＜ｖmbのパーコレーション限界の範囲において得られ
た。本発明に係る固体の相対容積組成を、限界値ｖmaと
ｖmbとの間の急勾配の特性曲線Ｐの範囲内で選択し、影
をつけた領域の容積含有率が陰極として極めて好まし
い。この影をつけた領域に対してｄ4 ｌｏｇ ρ／ｄＶ
m 4 が正であるという付加的条件を用いる。限界値ｖma
およびｖmbは、ｖm ＝20％とｖm ＝80％との間の範囲を
含む。特性曲線Ｐの勾配は、本発明に係る固体の構造、
すなわち金属および／または酸化物粒子の粒径並びにこ
れらの分布の均一性に大きく依存する。好適例は、金属
容積含有率が酸化物容積含有率より小さいことを特徴と
し、好ましくは33〜50％である。
【０００７】本発明の意味での粒子は特に個別に形成し
（レーザーアブレーション(laser ablation)、ターゲッ
トのスパッタリング) 、配合されて蒸気相からの化学蒸
着（ＣＶＤ）により基板上に形成した固体または粒子で
ある特定的な粒子である。個別に形成した他の粒子をＣ
ＶＤ粒子（欧州特許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書
参照）と混合して、例えばガス流により基板上に供給さ
れたＢａＯ粒子をＣＶＤにより基板上に形成したタング
ステンマトリックス中に埋封する。
（レーザーアブレーション(laser ablation)、ターゲッ
トのスパッタリング) 、配合されて蒸気相からの化学蒸
着（ＣＶＤ）により基板上に形成した固体または粒子で
ある特定的な粒子である。個別に形成した他の粒子をＣ
ＶＤ粒子（欧州特許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書
参照）と混合して、例えばガス流により基板上に供給さ
れたＢａＯ粒子をＣＶＤにより基板上に形成したタング
ステンマトリックス中に埋封する。
【０００８】本発明に係る固体は個別に化学的に異なる
固体状態の要素の微細かつ均質に混合された構造を有
し、ここで金属粒子の空間的網状構造を酸化物成分の空
間的網状構造の間に挿入するかまたは逆に一方トンネル
電流通路が含まれる。酸化物成分と金属成分との両者を
粒子とすることができる。金属成分または酸化物成分が
他の成分中に粒子の形態で
固体状態の要素の微細かつ均質に混合された構造を有
し、ここで金属粒子の空間的網状構造を酸化物成分の空
間的網状構造の間に挿入するかまたは逆に一方トンネル
電流通路が含まれる。酸化物成分と金属成分との両者を
粒子とすることができる。金属成分または酸化物成分が
他の成分中に粒子の形態で
【外２】 の容積範囲の粒子の数が全固体の対応する容積含有率と
±20％以内の差を有するように均一に分布していること
で、極めて高い放出電流密度が達成される。ここで（外
１）は粒子の平均直径である。粒子の大きな局所的な凝
集を回避することができる。
±20％以内の差を有するように均一に分布していること
で、極めて高い放出電流密度が達成される。ここで（外
１）は粒子の平均直径である。粒子の大きな局所的な凝
集を回避することができる。
【０００９】本発明に係る固体は、金属粒子が所要に応
じてトンネル電流通路を介して酸化物網状構造が金属導
電性を有するダクトを含むように配置されたことを特徴
とするのが好ましい。粒子の平均粒径（外１）が800 nm
より小さく、好ましくは0.5 〜100nm であり、特に１〜
20nmである重質 の陰極が得られる。
じてトンネル電流通路を介して酸化物網状構造が金属導
電性を有するダクトを含むように配置されたことを特徴
とするのが好ましい。粒子の平均粒径（外１）が800 nm
より小さく、好ましくは0.5 〜100nm であり、特に１〜
20nmである重質 の陰極が得られる。
【００１０】小さな粒子の寸法である場合には、所望の
パーコレーション特性を有する固体を極めて確実な方法
で製造することができる。固体の特性（例えば電気抵
抗）は、粒子を均質に混合した際には十分に等方性であ
る。
パーコレーション特性を有する固体を極めて確実な方法
で製造することができる。固体の特性（例えば電気抵
抗）は、粒子を均質に混合した際には十分に等方性であ
る。
【００１１】図２に示した影をつけた領域の外側の次元
（dimensioning）の場合には、抵抗率ρを102 〜1012Ω
cmに設定し、粒子の平均粒径（外１）を0.5 〜４nmとす
るのが有利である。
（dimensioning）の場合には、抵抗率ρを102 〜1012Ω
cmに設定し、粒子の平均粒径（外１）を0.5 〜４nmとす
るのが有利である。
【００１２】粒子の粒径（外１）が（外１）の平均値に
おいてモノモーダル（monomodal ）分布および、≦50％
の半値幅を有することで、製造方法における経済性を維
持して所望の値を有利に達成することができる。
おいてモノモーダル（monomodal ）分布および、≦50％
の半値幅を有することで、製造方法における経済性を維
持して所望の値を有利に達成することができる。
【００１３】好適例において、金属成分と酸化物成分と
の両者が粒子の形態で存在し、この場合一方の成分の粒
子の平均粒径（外１）が約100nm より小さく、他方の成
分の粒子の平均粒径
の両者が粒子の形態で存在し、この場合一方の成分の粒
子の平均粒径（外１）が約100nm より小さく、他方の成
分の粒子の平均粒径
【外３】 が
【外４】 の値の10倍より小さく、２成分の粒子が
【外５】 の容積範囲で各成分の粒子の数が全固体中の対応する容
積含有率と±20％未満で異なるような均一な分布を有す
る。
積含有率と±20％未満で異なるような均一な分布を有す
る。
【００１４】すべての粒子の直径が0.5 〜100nm である
場合には、好ましい等方性固体特性を有する粒状粒子が
得られ、一方この特性を大量生産において小さな分布に
維持することができる。
場合には、好ましい等方性固体特性を有する粒状粒子が
得られ、一方この特性を大量生産において小さな分布に
維持することができる。
【００１５】本発明に係る固体から成るパーコレーショ
ン陰極は酸化物陰極より高い負荷容量を有し、ディスペ
ンサー陰極より低い使用温度を必要とする。
ン陰極は酸化物陰極より高い負荷容量を有し、ディスペ
ンサー陰極より低い使用温度を必要とする。
【００１６】以下の材料の組み合わせが極めて適切であ
る： 酸化物成分 金属成分 ＢａＯ ＣａＯ Ａｌ2 Ｏ3 Ｓｃ2 Ｏ3 Ｗ ＢａＯ ＳｒＯ Ｗ，Ｎｉ，Ｍｇ ＢａＯ ＳｒＯ Ｓｃ2 Ｏ3 Ｗ，Ｎｉ ＴｈＯ2 Ｗ* Ｒｅ Ｌａ2 Ｏ3 Ｍｏ* Ｐｔ* : Ｗ2 ＣおよびＭｏ2 それぞれとＷおよびＭｏとの混
合物が有利である。
る： 酸化物成分 金属成分 ＢａＯ ＣａＯ Ａｌ2 Ｏ3 Ｓｃ2 Ｏ3 Ｗ ＢａＯ ＳｒＯ Ｗ，Ｎｉ，Ｍｇ ＢａＯ ＳｒＯ Ｓｃ2 Ｏ3 Ｗ，Ｎｉ ＴｈＯ2 Ｗ* Ｒｅ Ｌａ2 Ｏ3 Ｍｏ* Ｐｔ* : Ｗ2 ＣおよびＭｏ2 それぞれとＷおよびＭｏとの混
合物が有利である。
【００１７】本発明に係る固体は730 〜850 ℃の比較的
低い使用温度のみを必要とする。1500℃を超える温度に
おける高温含浸または約1100℃における比較的長い活性
化が不必要であるため、本発明において製造された固体
の構造は、相互溶解度が無視できない成分を用いた際に
おいても実質的に安定を維持する。
低い使用温度のみを必要とする。1500℃を超える温度に
おける高温含浸または約1100℃における比較的長い活性
化が不必要であるため、本発明において製造された固体
の構造は、相互溶解度が無視できない成分を用いた際に
おいても実質的に安定を維持する。
【００１８】本発明に係る固体は、直接電流を通じるこ
とにより加熱することができる。このような解決方法
は、酸化物成分（負の温度係数）および／または金属成
分（正の温度係数）の含有率および／または粒度を、抵
抗率が周囲温度と使用温度との間で５％未満好ましくは
１％未満で変化するように選択することを特徴とするの
が有利である。これは、固体を直接加熱する際に、所与
の使用温度まで加熱するにあたり加熱電流および電圧を
再調整することが全くまたはほとんど不必要であるとい
う利点を有する。
とにより加熱することができる。このような解決方法
は、酸化物成分（負の温度係数）および／または金属成
分（正の温度係数）の含有率および／または粒度を、抵
抗率が周囲温度と使用温度との間で５％未満好ましくは
１％未満で変化するように選択することを特徴とするの
が有利である。これは、固体を直接加熱する際に、所与
の使用温度まで加熱するにあたり加熱電流および電圧を
再調整することが全くまたはほとんど不必要であるとい
う利点を有する。
【００１９】本発明に係る固体を任意の既知の方法によ
り製造することができる。適切な方法は、例えば欧州特
許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書または欧州特許出
願公開第EP-A 0 333 369号明細書に記載されている。
り製造することができる。適切な方法は、例えば欧州特
許出願公開第EP-A 0 442 163号明細書または欧州特許出
願公開第EP-A 0 333 369号明細書に記載されている。
【００２０】本発明に係る固体の有利な特性は、密であ
り100 ％の固体構造の場合のみにおいて達成されるもの
ではない。約20％までの多孔度もまた有利であり、これ
は、このために放射する薄膜成分の表面への施与工程が
促進されるためである。しかし、電気伝導率は本質的に
電子気体コンダクタンスによってではなく、実質的にパ
ーコレーション構造のみにより決定される。以下本発明
を図面を参照して説明する。
り100 ％の固体構造の場合のみにおいて達成されるもの
ではない。約20％までの多孔度もまた有利であり、これ
は、このために放射する薄膜成分の表面への施与工程が
促進されるためである。しかし、電気伝導率は本質的に
電子気体コンダクタンスによってではなく、実質的にパ
ーコレーション構造のみにより決定される。以下本発明
を図面を参照して説明する。
【００２１】断面図を図１に示したパーコレーション陰
極は、タングステン加熱コイル１，モリブデン加熱キャ
ップ２，タングステンまたはニッケルの金属支持体３お
よび本発明に従って構成され、図２に示した特性曲線Ｐ
のパーコレーション限界の範囲内の抵抗率ρを有する固
体４を備える。
極は、タングステン加熱コイル１，モリブデン加熱キャ
ップ２，タングステンまたはニッケルの金属支持体３お
よび本発明に従って構成され、図２に示した特性曲線Ｐ
のパーコレーション限界の範囲内の抵抗率ρを有する固
体４を備える。
【００２２】図３に固体４の構成要素の断面を著しく大
きな縮尺で示す。図３は、約10容量％の低い細孔含有率
を有する比較的密な構造の連続した粒子を示す。金属粒
子５（影をつけた）はタングステン（28容量％）を含
む。酸化物粒子６（濃く影をつけた）は酸化スカンジウ
ムＳｃ2 Ｏ3 （２容量％）を含む一方、酸化物粒子７
（影をつけていない）は酸化バリウム／酸化ストロンチ
ウム（ＢａＯ／ＳｒＯ）を約60容量％の全容積含有率で
含む。粒子５，６および７の平均粒径は（外１）＝３nm
である。
きな縮尺で示す。図３は、約10容量％の低い細孔含有率
を有する比較的密な構造の連続した粒子を示す。金属粒
子５（影をつけた）はタングステン（28容量％）を含
む。酸化物粒子６（濃く影をつけた）は酸化スカンジウ
ムＳｃ2 Ｏ3 （２容量％）を含む一方、酸化物粒子７
（影をつけていない）は酸化バリウム／酸化ストロンチ
ウム（ＢａＯ／ＳｒＯ）を約60容量％の全容積含有率で
含む。粒子５，６および７の平均粒径は（外１）＝３nm
である。
【００２３】730 ℃の使用温度、10-8トルの周囲圧力に
おいて、25Ａ／cm2 のパルス放出（５マイクロ秒）が達
成された。永久負荷として、空間電荷制限範囲において
10Ａ／cm2 の値が可能であった。すなわち、低い使用温
度にもかかわらず、酸化物陰極におけるよりも４倍高い
値が得られた。
おいて、25Ａ／cm2 のパルス放出（５マイクロ秒）が達
成された。永久負荷として、空間電荷制限範囲において
10Ａ／cm2 の値が可能であった。すなわち、低い使用温
度にもかかわらず、酸化物陰極におけるよりも４倍高い
値が得られた。
【００２４】880 ℃の使用温度において、160 Ａ／cm2
より高いパルス放出電流密度および20Ａ／cm2 の永久負
荷を測定した。永久負荷容量の値は104 時間より長い寿
命に相当する。同様に、満足な値が図４に示した修正さ
れた無細孔構造において達成され、この構造は図３に示
した構造と同一の含有率の成分Ｗ，Ｓｃ2 Ｏ3 またはＢ
ａＯ／ＳｒＯを有していた。しかし、この構造において
は、ＷおよびＳｃ2 Ｏ 3 はＢａＯ／ＳｒＯの固体マトリ
ックス10中に10nmの平均粒径を有する粒子８および９と
して埋封されている。
より高いパルス放出電流密度および20Ａ／cm2 の永久負
荷を測定した。永久負荷容量の値は104 時間より長い寿
命に相当する。同様に、満足な値が図４に示した修正さ
れた無細孔構造において達成され、この構造は図３に示
した構造と同一の含有率の成分Ｗ，Ｓｃ2 Ｏ3 またはＢ
ａＯ／ＳｒＯを有していた。しかし、この構造において
は、ＷおよびＳｃ2 Ｏ 3 はＢａＯ／ＳｒＯの固体マトリ
ックス10中に10nmの平均粒径を有する粒子８および９と
して埋封されている。
【図１】本発明の固体を含む陰極の構造を示した断面図
である。
である。
【図２】金属成分および酸化物成分を含むナノ構造の
（nano-structured ）固体の金属成分の容量％含有率ｖ
m に依存する抵抗率を示したグラフである。
（nano-structured ）固体の金属成分の容量％含有率ｖ
m に依存する抵抗率を示したグラフである。
【図３】図１に示した固体の構成要素の構造を示した拡
大断面図である。
大断面図である。
【図４】図１に示した固体の他の構造を示した拡大断面
図である。
図である。
１ タングステン加熱コイル ２ モリブデン加熱キャップ ３ 金属支持体 ４ 固体 ５ 金属粒子 ６ 酸化物粒子 ７ 酸化物粒子 ８ 固体マトリックス中に埋封された粒子 ９ 固体マトリックス中に埋封された粒子 10 固体マトリックス
Claims (10)
- 【請求項１】 Ｗ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，ＭｏまたはＰｔ
のような金属成分並びにＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3,Ｓ
ｃ2 Ｏ3 ，ＳｒＯ，ＴｈＯ2 またはＬａ2 Ｏ 3 のような
酸化物成分を有する固体を含む陰極において、成分の構
造および金属成分の固体の全容積に対する容積比ｖ
m が、抵抗率ρがρo ・10-4＞ρ＞ρm ・102 （式中ρ
o およびρm はそれぞれ、20℃において測定した、純粋
な酸化物成分および純粋な金属成分の抵抗率である) の
範囲内の値を有するように選択されたことを特徴とする
固体を含む陰極。 - 【請求項２】 抵抗率が103 Ωcm〜10-3Ωcmであること
を特徴とする請求項１記載の陰極。 - 【請求項３】 金属容積含有率ｖm が20〜80容量％であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の陰極。 - 【請求項４】 金属容積含有率が酸化物容積含有率より
小さく、好ましくは33〜50％であることを特徴とする請
求項１，２または３記載の陰極。 - 【請求項５】 金属粒子が所要に応じてトンネル電流通
路(tunnel currentpath) を介して、酸化物網状構造が
金属導電性を有するダクトを含むように配置されたこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項記載の陰
極。 - 【請求項６】 粒子５〜９の平均粒系 【外１】 が800nm より小さく、好ましくは0.5 〜100nm 、特に1
〜20ｎｍであることを特徴とする請求１〜５のいずれか
１つの項記載の陰極。 - 【請求項７】 加熱電流を固体を介して通じることがで
きる手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１つの項記載の陰極。 - 【請求項８】 酸化物および／または金属成分の含量お
よび／または粒度を、抵抗率ρが周囲温度と使用温度と
の間で５％未満、好ましくは１％未満で変化するように
選択したことを特徴とする請求項７記載の陰極。 - 【請求項９】 各金属成分が、Ｗ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｒｅ，
ＭｏおよびＰｔから成る群から選ばれた少なくとも１種
のものを含むことを特徴とする請求項１記載の陰極。 - 【請求項１０】 各酸化物成分が、ＢａＯ，ＣａＯ，Ａ
ｌ2 Ｏ3,ＳｃＯ，ＴｈＯ2 およびＬａ2 Ｏ3 から成る群
から選ばれた少なくとも１種のものを含むことを特徴と
する請求項１記載の陰極。
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