JPH0660797A - 冷電子放出電極及びその製造方法 - Google Patents

冷電子放出電極及びその製造方法

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JPH0660797A
JPH0660797A JP23316292A JP23316292A JPH0660797A JP H0660797 A JPH0660797 A JP H0660797A JP 23316292 A JP23316292 A JP 23316292A JP 23316292 A JP23316292 A JP 23316292A JP H0660797 A JPH0660797 A JP H0660797A
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JP
Japan
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metal
cold electron
powder
metal powder
thin film
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JP23316292A
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Inventor
Mikio Hayashi
幹生 林
Ryuichiro Wada
龍一郎 和田
Yukio Hamachi
幸生 浜地
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷電子放出能に優れているとともに、放電電
圧が低く、使用可能時間(寿命)の長い冷電子放出電極
を得る。 【構成】 アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なく
とも1種と構成成分である金属との複合酸化物薄膜2を
その表面に形成した金属粉体1を、所定の形状に成形、
熱処理することにより多孔体3とする。上記冷電子放出
電極を製造するにあたっては、金属粉体をアルカリ金属
イオン及びアルカリ土類金属イオンの少なくとも1種を
含有する処理水溶液に浸漬して100℃以上の温度で水
熱処理することにより、金属粉体の表面に該金属と前記
金属イオンとの複合酸化物薄膜を形成した後、該複合酸
化物薄膜が形成された金属粉体を所定形状に成形した後
熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、放電電極に関し、詳
しくは、冷電子放出能及び放電特性に優れ、かつ使用可
能時間(寿命)の長い冷電子放出電極及びその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】金属の表面に強い電場を加えたとき、そ
の表面から電子が放出される。この現象はフィールドエ
ミッション(電界放出)と呼ばれている。このような冷
電子放出能(電界放出能)を有する金属材料としては、
タングステン、ゲルマニウム、シリコン、ガリウム−砒
素、カドミウム−テルルなどが知られている。
【0003】そして、通常は、エミッション強度を向上
させるために、例えば、タングステンフィラメントなど
の冷電子放出能を有する材料(冷電子放出材料)からな
る電極基材の表面にエミッターと呼ばれる冷電子放出能
を向上促進させる材料を塗布して用いている。このエミ
ッター材料としては、通常、炭酸バリウム、炭酸ストロ
ンチウム、炭酸カルシウムなどが用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、冷電子放出能を有する材料からなる電極基材にエミ
ッター材料を塗布した冷電子放出電極においては、エミ
ッター材料をスラリー状にして冷電子放出材料からなる
電極基材に塗布しているため、エミッター材料が剥離し
やすく、冷電子放出電極の長寿命化を妨げる大きな要因
となっている。
【0005】また、上記従来の冷電子放出電極を、例え
ば蛍光灯に用いた場合、蛍光灯を小型化しようとすると
蛍光灯の管径が小さくなり、それにともなってフィラメ
ントの径も小さくなるため、耐衝撃性が劣化してエミッ
ター材料が剥離しやすくなり、寿命が短くなるという問
題点がある。さらに、下地となる冷電子放出材料からな
る電極基材との密着強度が小さいエミッター材料を用い
た場合、放電中に発生するスパッタによって容易に蒸発
してしまい、管内を黒化させるとともに、放電電圧の上
昇を引き起こすという問題点がある。
【0006】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、冷電子放出能に優れ、かつ、放電電圧が低く、使
用可能時間(寿命)の長い冷電子放出電極及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明の冷電子放出電極は、金属粉体をアルカリ
イオン及びアルカリ土類金属イオンの少なくとも1種を
含有する処理水溶液中で水熱処理することにより、その
表面に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくと
も1種と金属粉体を構成する金属との複合酸化物薄膜を
形成した金属粉体(複合粉体)を、所定の形状に成形、
熱処理することにより多孔体としたことを特徴とする。
【0008】また、本願発明の冷電子放出電極の製造方
法は、金属粉体をアルカリ金属イオン及びアルカリ土類
金属イオンの少なくとも1種を含有する処理水溶液に浸
漬して100℃以上の温度で水熱処理することにより、
金属粉体の表面に該金属と前記アルカリ金属及びアルカ
リ土類金属の少なくとも1種との複合酸化物薄膜を形成
した後、該金属粉体(複合粉体)を成形、熱処理するこ
とにより多孔体とすることを特徴とする。
【0009】本願発明の冷電子放出電極においては、金
属粉体の表面に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の
少なくとも1種と構成成分である金属との複合酸化物薄
膜が形成されており、複合酸化物薄膜は、多孔体を構成
する金属粉体の粒子の表面と化学結合していることか
ら、均一で、かつ、金属粉体への密着強度が大きい。し
たがって、この金属粉体(複合粉体)を成形、焼成して
多孔体とした冷電子放出電極は、複合酸化物薄膜が均一
であるとともに密着強度が大きく、かつ、単位体積当り
の表面積も大きいことから、冷電子放出能及び放電特性
が向上するとともに耐スパッタ性が改善され、使用可能
時間(寿命)が長くなる。なお、図1に多孔体(冷電子
放出電極)3を構成する粒子(金属粉体)1の表面に複
合酸化物薄膜2が形成された状態を模式的に示す。
【0010】また、本願発明の冷電子放出電極の製造方
法においては、金属粉体をアルカリ金属イオン及びアル
カリ土類金属イオンの少なくとも1種を含有する処理水
溶液に浸漬して水熱処理することにより、個々の金属粉
体の表面に密着強度の大きい複合酸化物薄膜が形成さ
れ、この金属粉体(複合粉体)を成形、熱処理すること
により形成される多孔体は、細部にまで複合酸化物薄膜
が確実に形成されているため、冷電子放出能及び放電特
性に優れた長寿命の冷電子放出電極を得ることができ
る。
【0011】
【実施例】以下、実施例を示して本願発明の特徴をさら
に詳しく説明する。
【0012】実施例1 金属粉体としてモリブデン金属粉末を用い、これをオー
トクレーブに入れたアルカリ金属イオン及びアルカリ土
類金属イオンの少なくとも1種を含む処理水溶液(例え
ば、0.5N水酸化バリウム水溶液)に浸漬し、200
℃の温度条件下に1時間水熱処理(化成処理)を施し、
モリブデン金属粉末の表面にモリブデンとバリウムの複
合酸化物薄膜(モリブデン酸バリウム(BaMo
4))を形成する。図2に、表面に複合酸化物薄膜が
形成されたモリブデン金属粉末(複合粉体)のX線回折
パターンを示す。図2に示すように、この複合粉体にお
いては、金属−複合酸化物層間に化学結合が生じてお
り、密着強度の大きい複合酸化物薄膜が得られているこ
とがわかる。
【0013】それから、この複合粉体を短冊状に成形し
た後、900〜1000℃の温度条件下に真空焼結を行
い、電極として必要な強度を有する多孔体を形成する。
図3に、多孔体(焼結体)のX線回折パターンを示す。
図3に示すように、真空焼結を行うことにより多孔体を
形成した後にも複合酸化物薄膜(モリブデン酸バリウ
ム)が保持されていることがわかる。
【0014】また、この実施例の冷電子放出電極におい
ては、モリブデン金属粉末の段階で、水熱処理を施すこ
とによりその表面に複合酸化物薄膜が形成されているこ
とから、それを真空焼結することにより形成された冷電
子放出電極は、多孔体で単位体積当りの表面積が大き
く、そこに一様な化合物層(複合酸化物薄膜)が密着性
よく形成されているため、冷電子放出能が高く、かつ、
耐スパッタ性に優れた電極を得ることができる。
【0015】さらに、この実施例の冷電子放出電極を蛍
光灯(圧力1torr)内に封入して放電特性を測定した結
果(蛍光灯の電圧−電流特性)を図4に示す。図4よ
り、この実施例の冷電子放出電極の放電電圧は、従来の
水銀電極の放電電圧と比較して相当に低くなっているこ
とがわかる。
【0016】実施例2 モリブデン金属粉末とチタン金属粉末を重量比で1:1
の割合で配合した金属粉体を出発材料とし、これを上記
実施例1と同様に、0.5N水酸化バリウム水溶液に浸
漬して、150℃で30分間水熱処理を施し、金属粉体
の表面に複合酸化物薄膜を形成する。その後、この複合
粉体を成形した後900〜1000℃の温度条件下に真
空焼結を行って多孔体(冷電子放出電極)を形成する。
【0017】図5に、この実施例の冷電子放出電極のX
線回折パターンを示す。図5より、複合酸化物薄膜とし
て合金金属−酸化物複合体(モリブデン・チタン酸バリ
ウム)が形成されていることがわかる。
【0018】この実施例の冷電子放出電極について、上
記実施例1と同様の方法で放電特性を測定した結果、こ
の実施例の冷電子放出電極も、放電電圧が従来の水銀電
極と比較して相当に低くなっていることが確認された。
【0019】実施例3 モリブデン金属粉末とニッケル金属粉末を出発物質とし
て用い、これを、上記実施例1と同様の方法で水熱処理
して、その表面に複合酸化物薄膜を形成する。それか
ら、複合粉体を短冊状に成形する際に、これを段階的に
成形して、図6に示すように、ニッケル層4を両側から
モリブデン層5で挾持してなる3層構造の成形体(圧粉
体)6を作製する。
【0020】そして、この成形体を、900〜1000
℃の温度条件下に真空焼結して、電極として必要な強度
を有する多孔体を形成する。
【0021】この実施例において得られた冷電子放出電
極についても、上記実施例1の冷電子放出電極と同様の
放電特性を得ることができた。なお、この冷電子放出電
極を蛍光管内に封入して使用する場合、モリブデン層に
挟まれたニッケル層のゲッター作用を期待することがで
きる。
【0022】上記の各実施例では、多孔体を構成する粉
末金属材料としてモリブデン及びモリブデンとニッケル
を用いた場合について説明したが、本願発明において
は、粉末金属材料はこれらに限られるものではなく、チ
タン、タングステンなどの他の金属粉末を用いることも
可能である。なお、実施例3のように、多層構造の多孔
体(冷電子放出電極)を形成する場合には、最外層に用
いる粉末金属材料は高融点材料であることが望ましい。
なお、実施例3では、多孔体を3層構造とした場合につ
いて説明したが、2層構造あるいは4層以上の多層構造
にすることも可能である。
【0023】また、上記の各実施例では、アルカリ金属
イオン及びアルカリ土類金属イオンの少なくとも1種を
含有する処理水溶液として、0.5N水酸化バリウム水
溶液を用いた場合について説明したが、処理水溶液とし
ては、これに限られるものではなく、アルカリ土類金属
イオンとして、バリウムイオン以外のストロンチウムイ
オン、マグネシウムイオンなどの他の金属イオンを用い
ることが可能であり、また、ナトリウムイオン、カリウ
ムイオンその他のアルカリ金属イオンを用いてもよい。
さらに、アルカリ金属イオンとアルカリ土類金属イオン
を共存させることも可能である。また、アルカリ金属イ
オン及びアルカリ土類金属イオンの濃度についても特別
の制約はなく、本願発明の効果を損わない範囲で任意の
濃度を選択することが可能である。
【0024】また、上記実施例では、多孔体を短冊状に
成形した場合について説明したが、本願発明において
は、多孔体の形状は短冊状の形状に限定されるものでは
なく、表面積の増大などを目的として、種々の形状に成
形することが可能である。
【0025】さらに、上記実施例では、得られた冷電子
放出電極を蛍光灯に使用した場合について説明したが、
本願発明にかかる冷電子放出電極は、半導体超微細加工
プロセッシング用エミッタ、電子顕微鏡用電子銃エミッ
タ、超高真空質量分析装置のイオンソース用フィラメン
ト、真空管、放電管などの用途に用いることが可能であ
る。
【0026】
【発明の効果】上述のように、本願発明の冷電子放出電
極は、表面にアルカリ金属及びアルカリ土類金属の少な
くとも1種と構成成分である金属との複合酸化物薄膜を
形成した金属粉体(複合粉体)を、所定の形状に成形、
熱処理することにより多孔体としているので、複合酸化
物薄膜の表面積が大きく、かつ、多孔体への密着強度に
優れており、冷電子放出能及び放電特性を向上させると
ともに、使用可能時間(寿命)を延長することができ
る。
【0027】また、本願発明の冷電子放出電極の製造方
法によれば、金属粉体を処理水溶液に浸漬して水熱処理
することにより、その表面に複合酸化物薄膜を形成した
後、この金属粉体(複合粉体)を成形、熱処理すること
により多孔体を形成するようにしているので、細部にま
で複合酸化物薄膜が確実に形成され、冷電子放出能及び
放電特性に優れた長寿命の冷電子放出電極を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の冷電子放出電極の複合酸化物薄膜の
形成状態を模式的に示す断面図である。
【図2】本願発明の一実施例において、表面に複合酸化
物薄膜を形成した金属粉体(複合粉体)のX線回折パタ
ーンを示す図である。
【図3】本願発明の一実施例にかかる冷電子放出電極の
X線回折パターンを示す図である。
【図4】本願発明の一実施例にかかる冷電子放出電極の
電流−電圧特性を示す線図である。
【図5】本願発明の他の実施例にかかる冷電子放出電極
の複合酸化物薄膜のX線回折パターンを示す図である。
【図6】本願発明の他の実施例にかかる冷電子放出電極
の3層構造の成形体(圧粉体)を示す断面図である。
【符号の説明】
1 多孔体を構成する粒子(金属粉
体) 2 複合酸化物薄膜 3 多孔体(冷電子放出電極) 4 ニッケル層 5 モリブデン層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属粉体をアルカリイオン及びアルカリ
    土類金属イオンの少なくとも1種を含有する処理水溶液
    中で水熱処理することにより、その表面に、アルカリ金
    属及びアルカリ土類金属の少なくとも1種と金属粉体を
    構成する金属との複合酸化物薄膜を形成した金属粉体
    (複合粉体)を、所定の形状に成形、熱処理することに
    より多孔体としたことを特徴とする冷電子放出電極。
  2. 【請求項2】 金属粉体をアルカリ金属イオン及びアル
    カリ土類金属イオンの少なくとも1種を含有する処理水
    溶液に浸漬して100℃以上の温度で水熱処理すること
    により、金属粉体の表面に該金属と前記アルカリ金属及
    びアルカリ土類金属の少なくとも1種との複合酸化物薄
    膜を形成した後、該金属粉体(複合粉体)を成形、熱処
    理することにより多孔体とすることを特徴とする冷電子
    放出電極の製造方法。
JP23316292A 1992-08-06 1992-08-06 冷電子放出電極及びその製造方法 Withdrawn JPH0660797A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203184A (ja) * 2004-01-14 2005-07-28 Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd 冷陰極蛍光ランプ用電極材および放電電極、その製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203184A (ja) * 2004-01-14 2005-07-28 Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd 冷陰極蛍光ランプ用電極材および放電電極、その製造方法
JP4544868B2 (ja) * 2004-01-14 2010-09-15 日立粉末冶金株式会社 冷陰極蛍光ランプ用電極材の製造方法および放電電極の製造方法

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