JPH0690906B2 - Electron tube cathode - Google Patents

Electron tube cathode

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JPH0690906B2
JPH0690906B2 JP14664387A JP14664387A JPH0690906B2 JP H0690906 B2 JPH0690906 B2 JP H0690906B2 JP 14664387 A JP14664387 A JP 14664387A JP 14664387 A JP14664387 A JP 14664387A JP H0690906 B2 JPH0690906 B2 JP H0690906B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、受像管などに用いられる電子管陰極に関する
もので、陰極からら放出される電子の放射特性の向上が
図られたものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron tube cathode used in a picture tube or the like, and is intended to improve emission characteristics of electrons emitted from the cathode.

[従来の技術] 従来、受像管などに用いられる電子管陰極には、ニッケ
ル(Ni)を主成分としてマグネウム(Mg)、シリコン
(Si)などの還元剤を微量含有させた基体金属上に、バ
リウム(Ba)を含むアルカリ土類金属の酸化物層を被着
形成したいわゆる酸化物陰極が多用されている。
[Prior Art] Conventionally, an electron tube cathode used for a picture tube has barium on a base metal containing nickel (Ni) as a main component and a small amount of a reducing agent such as magnesium (Mg) and silicon (Si). A so-called oxide cathode, which is formed by depositing an oxide layer of an alkaline earth metal containing (Ba), is often used.

この酸化物陰極はアルカリ土類金属の炭酸塩を熱分解し
て酸化物に変換せしめたもので、のちに還元剤と酸化物
とを反応させて酸化物から遊離原子を生成させ、この遊
離原子を電子放射のドナー(源)として電子を放射せし
めるようにしたものである。
This oxide cathode is obtained by thermally decomposing an alkaline earth metal carbonate and converting it into an oxide.After that, a reducing agent is reacted with an oxide to generate a free atom from the oxide. Is used as an electron emission donor (source) to emit electrons.

このような手順を経る理由は、Baは電子放射能力に優れ
ているが非常に活性であるために空気中の水分と反応し
て水酸化バリウム(Ba(OH))になりやすく、このBa
(OH)から遊離Baを電子管内で生成させることが困難
であるので、化学的に安定である炭酸塩を出発物質にせ
ざるをえないからである。
The reason for going through such a procedure is that Ba has an excellent electron emission ability, but is very active, so that it easily reacts with moisture in the air to form barium hydroxide (Ba (OH) 2 ).
This is because it is difficult to generate free Ba from (OH) 2 in an electron tube, and therefore, a carbonate that is chemically stable must be used as a starting material.

前記炭酸塩には炭酸バリウム(BaCO3)の単元のものと
(Ba,Sr,Ca)CO3などの複元のものとがあるが、活性化
してドナーを形成する基本的な機構は同じであるから、
理解を容易にするために単元炭酸塩を例にとって詳細に
説明する。
There are two types of carbonates, one is barium carbonate (BaCO 3 ) and the other is (Ba, Sr, Ca) CO 3 , but the basic mechanism of activation to form donors is the same. because there is,
In order to facilitate understanding, a unitary carbonate will be described in detail as an example.

第6図は従来の電子管陰極の一例を示す概略断面図であ
って、基体金属(1)からなる陰極帽体と筒(2)とで
構成される陰極筒内部にはヒーター(3)が配備され加
熱昇温させる構造になっており、基体金属(1)の表面
には酸化バリウム(BaO)からなる電子放射物質層(5
5)が形成されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional electron tube cathode, in which a heater (3) is provided inside a cathode tube composed of a cathode cap body made of a base metal (1) and a tube (2). The structure is such that the temperature is raised by heating, and the electron-emitting material layer (5) made of barium oxide (BaO) is formed on the surface of the base metal (1).
5) has been formed.

この電子放射物質層(55)は、つぎのような工程によっ
て形成される。すなわち、有機溶剤に溶解したニトロセ
ルロースなどの樹脂溶液にBaCO3を混合せしめたのち、
吹き付け、電着、塗布などの方法で基体金属(1)上に
被着形成させる。
The electron emitting material layer (55) is formed by the following steps. That is, after mixing BaCO 3 in a resin solution such as nitrocellulose dissolved in an organic solvent,
It is deposited on the base metal (1) by a method such as spraying, electrodeposition or coating.

このようにして形成された陰極は、ついで電子管内に組
込まれ、電子管内を真空にするための排気工程でヒータ
ー(3)によって約1000℃に加熱昇温せしめられ、BaCO
3は次式で示されるように熱分解せしめられ、BaOに変換
せしめられる。
The cathode thus formed is then incorporated into an electron tube and heated to about 1000 ° C. by a heater (3) in an evacuation process for evacuating the inside of the electron tube.
3 is pyrolyzed as shown by the following equation and converted to BaO.

BaCO3→BaO+CO2 (I) この反応によって生成した炭酸ガス(CO2)は、ニトロ
セルロースの熱分解によって生じた気体とともに電子管
外に排出される。
BaCO 3 → BaO + CO 2 (I) Carbon dioxide gas (CO 2 ) generated by this reaction is discharged outside the electron tube together with the gas generated by the thermal decomposition of nitrocellulose.

しかしこの方法では、式(I)で示される反応の際に管
内の一酸化炭素(CO)、酸素(O2)などの酸化性雰囲気
により、還元反応の重要な役割を担う還元剤のSiやMgが
酸化されてしまうという欠点があるうえ、基体金属
(1)の表面のNiも酸化されてしまうという欠点があ
る。
However, in this method, during the reaction represented by the formula (I), due to the oxidizing atmosphere such as carbon monoxide (CO) and oxygen (O 2 ) in the tube, the reducing agent Si which plays an important role in the reduction reaction, In addition to the drawback that Mg is oxidized, Ni on the surface of the base metal (1) is also oxidized.

第7図は基体金属(1)と電子放射物質層(55)との界
面近傍を詳細に説明するための、該界面近傍の断面の一
部分を拡大した模式図である。一般に電子放射物質層
(5)を構成するBaOは棒状の微小な結晶(8)が凝集
して数μm〜数+μmの大きさの結晶粒(9)となる。
電子放射物質層(55)を構成する結晶粒(9)間には適
度の間隙(10)があり、多孔質となっている。このBaO
は基体金属(1)と接触する界面(11)において、前記
還元剤のSiやMgと反応し、遊離のBaが生成する。これら
の還元剤は基体金属(1)のNiの結晶粒(6)の間の結
晶粒界(7)を拡散移動し、界面(11)近傍でつぎのよ
うな還元反応を行なう。
FIG. 7 is an enlarged schematic view of a part of the cross section in the vicinity of the interface for detailed description of the vicinity of the interface between the base metal (1) and the electron emitting material layer (55). In general, BaO constituting the electron emitting material layer (5) is formed by crystallizing rod-shaped minute crystals (8) into crystal grains (9) having a size of several μm to several + μm.
There is an appropriate gap (10) between the crystal grains (9) forming the electron-emitting substance layer (55), which is porous. This BaO
Reacts with the reducing agent Si or Mg at the interface (11) in contact with the base metal (1) to generate free Ba. These reducing agents diffuse and move in the crystal grain boundaries (7) between the Ni crystal grains (6) of the base metal (1) and perform the following reduction reaction near the interface (11).

2BaO+Si→2Ba+SiO2 (II) この遊離Baが電子放射のドナーとして作用する。2BaO + Si → 2Ba + SiO 2 (II) This free Ba acts as a donor of electron emission.

また、この際式(III): SiO2+2BaO→Ba2SiO4 (III) で示される反応も同時におこる。At this time, the reaction represented by the formula (III): SiO 2 + 2BaO → Ba 2 SiO 4 (III) also occurs at the same time.

以上のようにドナーとして作用する遊離Baは電子放射物
質層(55)と基体金属(1)との界面で生成し、電子放
射物質層(55)の間隙(10)を移動し、その表面に出て
電子放射するという役割を担うが、該ドナーは蒸発した
り、電子管内に残留するCO、CO2、O2、H2Oなどのガスと
反応して消滅したりするので、絶えず上記のような反応
を行なわせてドナーを補給する必要があり、陰極では作
動中常にこの還元反応が行なわれている必要がある。こ
の補給と消滅とのバランスをとるため、この種の陰極は
一般に約800℃の高温で使用される。
As described above, free Ba that acts as a donor is generated at the interface between the electron-emitting substance layer (55) and the base metal (1), moves in the gap (10) of the electron-emitting substance layer (55), and then reaches the surface. Although it plays a role of emitting electrons and emitting electrons, the donor constantly evaporates or disappears by reacting with gases such as CO, CO 2 , O 2 and H 2 O remaining in the electron tube. It is necessary to replenish the donor by carrying out such a reaction, and it is necessary for the cathode to always perform this reduction reaction during operation. To balance this replenishment and extinction, this type of cathode is typically used at elevated temperatures of about 800 ° C.

しかしながら、陰極の作動中に式(II)または式(II
I)に示されるSiO2、Ba2、SiO4などの反応生成物(12)
が電子放射物質層(55)と基体金属(1)との接合面で
ある界面(11)において生成するので、この反応生成物
(12)が界面(11)や結晶粒界(7)にどんどん蓄積し
て結晶粒界(7)を移動するSiなどの障壁(一般に、こ
れを中間層という)となり、反応は次第に遅くなり、ド
ナーであるBaの生成が困難となる。また、この中間層が
高抵抗値を有し放射電子電流の流れを妨げるという問題
も生じる。
However, the formula (II) or the formula (II
Reaction products such as SiO 2 , Ba 2 , and SiO 4 shown in I) (12)
Are generated at the interface (11), which is the bonding surface between the electron-emitting substance layer (55) and the base metal (1), the reaction product (12) is gradually advancing to the interface (11) and the grain boundaries (7). It becomes a barrier (generally referred to as an intermediate layer) such as Si that accumulates and moves through the crystal grain boundaries (7), and the reaction gradually slows down, making it difficult to generate Ba as a donor. In addition, there is a problem that this intermediate layer has a high resistance value and hinders the flow of the emitted electron current.

このような問題点を解決するために、特開昭61-269828
号公報や特開昭61-271732号公報などには酸化スカンジ
ウム(Sc2O3)の粉末が分散した電子放射物質層を形成
することにより、 Sc2O3とアルカリ土類金属酸化物との反応で生成する
複合酸化物(たとえばBa2Sc4O9)が陰極の動作中に熱分
解をおこしてドナーである遊離Baを生成し、補給する 遊離した金属スカンジウム(Sc)が電子放射物質層の
導電性を高める 界面に生成するBa2SiO4などの反応生成物を解離させ
る ことなどが開示されている。
In order to solve such a problem, JP-A-61-269828
JP-A-61-271732 and other publications form an electron-emitting material layer in which powder of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is dispersed to form Sc 2 O 3 and an alkaline earth metal oxide. The complex oxide (eg, Ba 2 Sc 4 O 9 ) generated by the reaction causes thermal decomposition during the operation of the cathode to generate free Ba as a donor and supplies it. Free metal scandium (Sc) is the electron emitting material layer. It is disclosed that the reaction products such as Ba 2 SiO 4 generated at the interface are dissociated.

[発明が解決しようとする問題点] このように、Sc2O3の粉末が分散した電子放射物質層を
設けることにより、高電流密度で作動させうる電子管陰
極が開示されているが、製品ごとの電子放射特性にバラ
ツキができることがあり、一定の電子放射特性を有する
電子管陰極を製造することは困難である。また、Sc2O3
が電子放射物質層中に充分均一に分散しているにもかか
わらず、製品によってはSc2O3が電子放射物質層中に分
散させられていない陰極で比較して電子放射電流が少な
い、すなわちSc2O3の分散効果がえられていないばあい
もある。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, an electron tube cathode capable of operating at a high current density is disclosed by providing an electron emissive material layer in which Sc 2 O 3 powder is dispersed. The electron emission characteristics of the cathode may vary, and it is difficult to manufacture an electron tube cathode having a constant electron emission characteristic. Also, Sc 2 O 3
Is sufficiently evenly dispersed in the electron-emissive material layer, but some products have a smaller electron emission current than the cathode in which Sc 2 O 3 is not dispersed in the electron-emissive material layer, that is, In some cases, the dispersion effect of Sc 2 O 3 is not obtained.

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、12面体結晶構造のSc2O3が分散した電子放射物
質層を設けることによって、長時間にわたって安定した
電子放射特性がえられる電子管陰極をうることを目的と
する。
The present invention has been made to solve the above problems, by providing an electron emissive material layer in which Sc 2 O 3 having a dodecahedral crystal structure is dispersed, stable electron emission characteristics can be obtained over a long period of time. The purpose is to obtain an electron tube cathode.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、Niを主成分とし、少なくともSiを含有した陰
極基体金属と、Baを含有したアルカリ土類金属酸化物お
よびSc2O3からなる電子放射物質層とから構成された電
子管陰極であって、該Sc2O3が12面体の結晶形を有するS
c2O3で、電子放射物質層中に0.1〜20重量%分散してい
る電子管陰極に関する。
[Means for Solving the Problems] The present invention relates to an electron emitting material comprising a cathode base metal containing Ni as a main component and containing at least Si, an alkaline earth metal oxide containing Ba and Sc 2 O 3. An electron tube cathode composed of a layer, wherein the Sc 2 O 3 has a dodecahedral crystal form.
c 2 O 3 and an electron tube cathode in which 0.1 to 20% by weight is dispersed in the electron emitting material layer.

[作 用] 本発明における電子放射物質層に分散した12面体の結晶
構造を有するSc2O3は、電子放射物質層の結晶間隙を埋
めることがなく、アルカリ土類金属の炭酸塩が分解して
酸化物に変換する際、またはこの酸化物(BaOなど)が
還元反応によって解離する際に基体金属の酸化反応を防
止するとともに、還元剤の複合酸化物からなる中間層が
基体金属と電子放射物質層との界面近傍に集中して形成
されることを防止し、遊離原子(Baなど)の層内移動が
妨げられないようにしたものである。
[Operation] Sc 2 O 3 having a dodecahedral crystal structure dispersed in the electron-emitting substance layer according to the present invention does not fill the crystal gaps in the electron-emitting substance layer, and the alkaline earth metal carbonate decomposes. When it is converted to an oxide or when this oxide (BaO, etc.) dissociates by a reduction reaction, it prevents the oxidation reaction of the base metal, and the intermediate layer consisting of a composite oxide of a reducing agent causes electron emission with the base metal. It is formed so as to be prevented from being concentratedly formed in the vicinity of the interface with the material layer so that movement of free atoms (such as Ba) in the layer is not hindered.

[実施例] 本発明の一実施例を第1〜5図に基づいて説明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1図は、本発明の電子管陰極の一実施例を示す概略断
面図であって、基体金属(1)からなる陰極帽体と筒
(2)とで構成される陰極筒の内部にはヒーター(3)
が配備され、加熱昇温される構成となっている。陰極帽
体の表面には、電子放射物質層(5)が被着形成されて
いる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the electron tube cathode of the present invention, in which a heater is provided inside a cathode tube composed of a cathode cap body made of a base metal (1) and a tube (2). (3)
Is installed and is configured to heat and raise the temperature. An electron emitting material layer (5) is formed on the surface of the cathode cap body.

本発明に用いられる基体金属としては、Niを主成分と
し、少なくともSiを含有したものであればいずれのもの
であってもよく、従来から陰極基体金属として用いられ
ているものが使用されうる。陰極基体金属の具体例とし
ては、たとえばSiを含有し、要すればMg、W、Zr、Alな
どを含有したNiやニクロム(Ni-Cr)などがあげられ
る。かかるSiの含有率は基体金属中0.01〜1.0%(重量
%、以下同様)であるのが好ましい。
The base metal used in the present invention may be any as long as it contains Ni as a main component and at least Si, and those conventionally used as a cathode base metal can be used. Specific examples of the cathode base metal include Ni and Nichrome (Ni-Cr) containing Si, and if necessary, containing Mg, W, Zr, Al and the like. The Si content is preferably 0.01 to 1.0% (weight%, the same applies hereinafter) in the base metal.

本発明に用いられる筒にはとくに限定はなく、従来から
陰極筒に用いられているものが使用でき、たとえばニク
ロム(Ni−Cr)からなるものがあれられる。
The cylinder used in the present invention is not particularly limited, and those conventionally used for the cathode cylinder can be used, and examples thereof include those made of nichrome (Ni-Cr).

電子放射物質層はBaを含有したアルカリ土類金属酸化物
を主体とする層であって、12面体の結晶形を有するSc2O
3(やむなく砕けたものが含まれていてもよく、好まし
くは12面体結晶が50%以上、さらに好ましくは70%以
上、とくに好ましくは90%以上のものである)が該層中
に0.1〜20%好ましくは3〜10%分散した層である。該
層の厚さは50〜200μmであるのが好ましい。
The electron emissive material layer is a layer mainly composed of Ba-containing alkaline earth metal oxide, and has a dodecahedral crystalline form of Sc 2 O 2.
3 (which may be unavoidably crushed, preferably dodecahedral crystals are 50% or more, more preferably 70% or more, particularly preferably 90% or more) is 0.1 to 20 in the layer %, Preferably 3 to 10% dispersed layer. The thickness of the layer is preferably 50 to 200 μm.

前記アルカリ土類金属酸化物としては、たとえばBaC
O3、(Ba,Sr)CO3、(Ba,Sr,Ca)CO3などを熱分解して
酸化物に変換せしめたものなどがあげらる。
Examples of the alkaline earth metal oxide include BaC
Examples include O 3 , (Ba, Sr) CO 3 , and (Ba, Sr, Ca) CO 3 that are thermally decomposed and converted into oxides.

12面体の結晶形を有するSc2O3は第2図に示されるよう
な結晶構造を有し、実際は第3図(倍率800倍の電子顕
微鏡写真)に示されるような結晶構造を有するものであ
る。前記Sc2O3の平均粒径は5〜50μmであるのが好ま
しい。平均粒径が5μm未満のばあい、電子放射物質層
中の間隙を埋めやすくなり、また50μmをこえるばあ
い、電子放射物質層を吹き付け法によって形成すると、
吹き付け時にSc2O3の結晶が沈澱しやすく、該層内の分
散状態がわるくなりやすい。
Sc 2 O 3 having a dodecahedron crystal form has a crystal structure as shown in FIG. 2, and actually has a crystal structure as shown in FIG. 3 (electron micrograph at 800 times magnification). is there. The average particle size of Sc 2 O 3 is preferably 5 to 50 μm. If the average particle size is less than 5 μm, it becomes easier to fill the gaps in the electron emitting material layer, and if it exceeds 50 μm, the electron emitting material layer is formed by the spraying method.
Crystals of Sc 2 O 3 tend to precipitate during spraying, and the dispersed state within the layer tends to become poor.

12面体の結晶形を有するSc2O3はいずれの方法を用いて
製造してもよいが、水酸化スカンジウムを塩酸(HCl)
に溶解し、シュウ酸アンモニウム(C2O4(NH4)に
より沈殿させることにより製造することができる。一
方、Sc2O3を硝酸(HNO3)に溶解し、炭酸アンモニウム
(NH42CO3)により沈殿させたものは、第4図(倍率8
00倍の電子顕微鏡写真)に示されるような微細な略球形
の結晶構造となり、破砕されやすく、電子放射物質層中
の間隙を埋めやすいものとなるので望ましくない。
Sc 2 O 3 having a dodecahedral crystal form may be produced by any method, but scandium hydroxide is converted into hydrochloric acid (HCl).
It can be produced by dissolving it in water and precipitating it with ammonium oxalate (C 2 O 4 (NH 4 ) 2 ). On the other hand, the one prepared by dissolving Sc 2 O 3 in nitric acid (HNO 3 ) and precipitating it with ammonium carbonate (NH 4 ) 2 CO 3 is shown in FIG.
It becomes a fine substantially spherical crystal structure as shown in (00 times electron micrograph), which is easily broken and easily fills the gaps in the electron emitting material layer, which is not desirable.

前記Sc2O3の含有率が、電子放射物質層中0.1%未満のば
あい、高電流密度動作下での電子放射の劣化を防止する
効果が充分でなく、また20%をこえると陰極の活性化工
程を終了した段階(初期特性)で充分な電子放射電流を
とることができず、実用的でない。
When the content of Sc 2 O 3 is less than 0.1% in the electron emitting material layer, the effect of preventing the deterioration of electron emission under high current density operation is not sufficient, and when it exceeds 20%, the cathode It is not practical because a sufficient electron emission current cannot be obtained at the stage (initial characteristic) when the activation process is completed.

電子放射物質層の形成方法にはとくに限定はなく、電
着、塗布、吹き付けなどの方法によってもよいが、良好
な電子放射性能をうるために多孔質の層膜に形成するこ
とが重要であるので吹き付け法が好ましい。たとえば有
機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液にBaCO3と前
記Sc2O3とを所望の割合(前記アルカリ土類金属の炭酸
塩(たとえばBaCO3)が酸化物(たとえばBaO)なるもの
として求めた該酸化物とSc2O3との割合)で混合して懸
濁液とし、吹き付け法によって被着形成するのが好まし
い。
The method for forming the electron-emitting substance layer is not particularly limited and may be a method such as electrodeposition, coating or spraying, but it is important to form a porous layer film in order to obtain good electron emission performance. Therefore, the spraying method is preferable. For example, it was determined that BaCO 3 and Sc 2 O 3 were mixed in a solution of nitrocellulose dissolved in an organic solvent at a desired ratio (the carbonate of the alkaline earth metal (for example, BaCO 3 ) becomes an oxide (for example, BaO)). It is preferable that the oxide and Sc 2 O 3 are mixed at a ratio) to form a suspension, which is then deposited by a spraying method.

以上のような構成で製作された排気工程や活性化工程に
より電子管陰極になるものは、電子放射源であるドナー
を生成させるための従来と同様の排気工程や活性化工程
により電子管陰極となる。
The electron tube cathode manufactured by the above-described structure by the evacuation process and the activation process becomes the electron tube cathode by the same evacuation process and activation process as the conventional process for generating the donor as the electron emission source.

このようにして製造された電子管陰極の作用効果を、ド
ナーの出発物質として単元炭酸塩(BaCO3)を例にあげ
て説明する。
The function and effect of the electron tube cathode manufactured in this manner will be described by taking a single carbonate (BaCO 3 ) as a starting material of a donor.

上記のようにして作製された排気工程・活性化工程によ
って電子管陰極となるものは電子管内に組込まれ、電子
管内を真空にするための排気工程でヒーター(3)によ
って約1000℃に昇温加熱されてBaCO3が次式のように熱
分解される。
The electron tube cathode produced by the evacuation process / activation process manufactured as described above is incorporated into the electron tube, and heated to about 1000 ° C. by the heater (3) in the evacuation process for evacuating the electron tube. Then BaCO 3 is pyrolyzed as shown in the following equation.

BaCO3→BaO+CO2 (I) この反応時に生じたCO2は電子管外に排出される。電子
放射物質層の形成時にニトロセルロースの懸濁液を用い
たばあいは、同時にニトロセルロースも熱分解されて気
体となり、CO2とともに管外に排出される。ころ反応に
よって、BaCO3は電子放射物質層(5)を形成するBaOに
変換する。
BaCO 3 → BaO + CO 2 (I) CO 2 produced during this reaction is discharged outside the electron tube. When a suspension of nitrocellulose is used during the formation of the electron-emitting substance layer, the nitrocellulose is also thermally decomposed into a gas at the same time and is discharged out of the tube together with CO 2 . By the roller reaction, BaCO 3 is converted into BaO which forms the electron emitting material layer (5).

第5図は、基体金属(1)と電子放射物質層(5)との
界面近傍を詳細に説明するための、該界面近傍の断面の
一部分を拡大した模式図である。電子放射物質層(5)
を構成するBaOは棒状の微小な結晶(8)が凝集して数
μm〜数十μmの大きさの結晶粒(9)となる。電子放
射物質層(5)は、結晶粒間に適度の間隙(10)を有す
る多孔質であることが電子放射性能の点から望ましい。
このような特性は、BaCO3を被着形成する際にほぼ決定
される。電子放射物質層(5)内には、12面体の結晶形
を有するSc2O3(4)が分散している。
FIG. 5 is an enlarged schematic view of a part of the cross section in the vicinity of the interface for detailed description of the vicinity of the interface between the base metal (1) and the electron emitting material layer (5). Electron emitting material layer (5)
In the BaO constituting, the rod-shaped minute crystals (8) are aggregated to form crystal grains (9) having a size of several μm to several tens of μm. From the viewpoint of electron emission performance, it is desirable that the electron emitting material layer (5) be porous having a proper gap (10) between crystal grains.
Such properties are mostly determined during deposition of BaCO 3 . Sc 2 O 3 (4) having a dodecahedral crystal form is dispersed in the electron emitting material layer (5).

還元剤のSiやMgは基体金属(1)のNiを主成分とする結
晶粒(6)の間の結晶粒界(7)を拡散移動し、式
(I)に示されるような反応で生成したBaOは、このBaO
を還元させる活性化工程中に界面(11)において、基体
金属(1)から拡散してくる還元剤と式(II): 2BaO+Si→2Ba+SiO2 (II) に示される反応を行なう。この遊離Baが電子放射のドナ
ーとして電子を放射する。
The reducing agents Si and Mg diffuse and move in the crystal grain boundaries (7) between the crystal grains (6) containing Ni as the main component of the base metal (1), and are generated by the reaction as shown in the formula (I). This BaO
At the interface (11) during the activation step of reducing the hydrogen, a reaction represented by the formula (II): 2BaO + Si → 2Ba + SiO 2 (II) is performed with the reducing agent diffusing from the base metal (1). The free Ba emits electrons as a donor of electron emission.

また、この際式(III): SiO2+2BaO→Ba2SiO4 (III) で示される反応もおこる。At this time, a reaction represented by the formula (III): SiO 2 + 2BaO → Ba 2 SiO 4 (III) also occurs.

以上のように、ドナーとなるBaは電子放射物質層(5)
と基体金属(1)との界面(11)で生成され、電子放射
物質層(5)の結晶粒(9)の間隙(10)を移動し、そ
の表面に出て電子放射の役割を担うが、蒸発したり電子
管内に残留するCO、CO2、O2、などのガスと反応して消
滅したりするので、絶えず上記のような反応を行なって
補給する必要があり、陰極では作動中常にこの還元反応
が行なわれている。この補給と消滅のバランスをとるた
めに、作動中、陰極を約800℃に保持することが望まし
い。
As described above, the electron donor Ba is the electron-emitting material layer (5).
Is generated at the interface (11) between the base metal (1) and the base metal (1), moves through the gap (10) between the crystal grains (9) of the electron-emitting substance layer (5), and emerges on the surface to play the role of electron emission. , It evaporates or disappears by reacting with the gases such as CO, CO 2 , O 2 , etc. remaining in the electron tube, so it is necessary to constantly carry out the above reactions to replenish, and the cathode always operates during operation. This reduction reaction is performed. To balance this replenishment and extinction, it is desirable to keep the cathode at about 800 ° C during operation.

本発明の電子管陰極では、電子放射物質層(5)に分散
した12面体の結晶形を有するSc2O3は、間隙(10)を埋
めることは少なく、むしろ間隙(10)を作りやすいとい
う特性を有している。また、第2図および第5図から容
易に理解できるように、基体金属(1)と12面体の結晶
形を有するSc2O3(4)の表面(13)とが接しやすい結
晶構造であるので、以下に説明する作用もえやすいとい
う利点がある。
In the electron tube cathode of the present invention, Sc 2 O 3 having a dodecahedral crystal form dispersed in the electron-emitting substance layer (5) rarely fills the gap (10) and rather easily forms the gap (10). have. Further, as can be easily understood from FIGS. 2 and 5, the base metal (1) and the surface (13) of Sc 2 O 3 (4) having a dodecahedral crystal form have a crystal structure which is easily in contact with each other. Therefore, there is an advantage that the operation described below is easy to obtain.

すなわち、前記式(III)で示される反応生成物であるB
a2SiO4は、式(IV): Sc2O3+10Ni→2ScNi5+30 (IV) で示される反応によって生成したScNi5と式(V): 9Ba2SiO4+16ScNi5→ 4Ba3Sc4O9+6Ba+9Si+80Ni (V) に示されるように反応し、Sc2O3とNiとにより分解され
るので、電子放射物質層(5)と基体金属(1)との界
面(11)に蓄積されにくくなる。
That is, the reaction product B represented by the above formula (III)
a 2 SiO 4 of the formula (IV): Sc 2 O 3 + 10Ni → 2ScNi 5 +30 ScNi 5 and equation produced by the reaction represented by (IV) (V): 9Ba 2 SiO 4 + 16ScNi 5 → 4Ba 3 Sc 4 O 9 + 6Ba + 9Si + 80Ni (V) Reacts as shown in (V) and is decomposed by Sc 2 O 3 and Ni, so that it is hard to be accumulated at the interface (11) between the electron emitting material layer (5) and the base metal (1). .

したがって、従来の陰極のようにBa2SiO4などの反応生
成物が基体金属と電子放射物質層との界面に蓄積してSi
などの還元剤の通る障壁となり、還元反応が次第に遅く
なり、ドナーとなる遊離Baの生成が困難になることはな
い。そのうえ、高抵抗値の中間層がないので、電子放射
電流を妨げることもなく、電子管陰極を高い電流密度で
作動させることができる。また、(NH42CO3により沈
殿生成させた略球状のSc2O3が分散した電子放射物質層
を設けたばあいとは異なり、多孔質の電子放射物質層を
形成できるで、遊離原子の補給がしやすく充分な電子放
射電流をうることができる。さらに、本発明の電子管陰
極は電子放射物質層の分解活性化工程が従来のものと同
じでよいので、電子管の製造工程が従来と同じでよいと
いう利点がある。
Therefore, like the conventional cathode, reaction products such as Ba 2 SiO 4 accumulate at the interface between the base metal and the electron-emitting material layer, and Si
As a barrier for the reducing agent to pass through, the reduction reaction gradually slows down, and the generation of free Ba as a donor does not become difficult. Moreover, since there is no high resistance intermediate layer, the electron tube cathode can be operated at a high current density without disturbing the electron emission current. Also, unlike the case where an electron emitting material layer in which substantially spherical Sc 2 O 3 precipitated by (NH 4 ) 2 CO 3 is dispersed is provided, a porous electron emitting material layer can be formed and Atoms can be easily replenished and a sufficient electron emission current can be obtained. Furthermore, the electron tube cathode of the present invention has the advantage that the steps of decomposing and activating the electron emitting material layer may be the same as the conventional ones, and thus the manufacturing steps of the electron tube may be the same as the conventional ones.

実施例1および比較例1 水酸化スカンジウムを塩酸(HCl)に溶解し、シュウ酸
アンモニウム(C2O4(NH4)によりSc2O3を沈殿さ
せ、12面体の結晶形を有するものが90%以上で、平均粒
径20μmのSc2O3をえた。
Example 1 and Comparative Example 1 Scandium hydroxide was dissolved in hydrochloric acid (HCl) and Sc 2 O 3 was precipitated with ammonium oxalate (C 2 O 4 (NH 4 ) 2 ) to have a dodecahedral crystal form. Was 90% or more, and Sc 2 O 3 having an average particle size of 20 μm was obtained.

有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶媒に、電子放
射物質層中の前記Sc2O3の含有率が5%になるようにBaC
O3とSc2O3とを混合して懸濁液とし、この懸濁液を用い
て、Siを0.03%含有し、Mgを0.05%含有したNiからなる
陰極基体金属の表面に、厚さが約100μmとなるように
吹き付け法によって電子放射物質層となる層を形成し、
排気工程や活性化工程により第1図に示されるような電
子管陰極になるものを作製した。
In the solvent of nitrocellulose dissolved in an organic solvent, the content of Sc 2 O 3 in the electron emitting material layer was adjusted to 5% by BaC.
O 3 and Sc 2 O 3 were mixed to form a suspension, and using this suspension, the thickness of the cathode base metal made of Ni containing 0.03% of Si and 0.05% of Mg was measured. Is formed by the spraying method so that the thickness becomes about 100 μm,
An electron tube cathode as shown in FIG. 1 was produced by an exhausting step and an activating step.

えられた電子管陰極になるものを、3原色を有するカラ
ーブラウン管の3個の陰極に従来の電子管陰極になるも
の(比較例1:電子放射物質層としてSc2O3を含有してい
ないものが設けられているほかは、実施例1と同じも
の)と組わせて組込み、通常の排気工程および活性化工
程により電子管を製造した。
The obtained electron tube cathode was used as a conventional electron tube cathode in three cathodes of a color cathode ray tube having three primary colors (Comparative Example 1: one not containing Sc 2 O 3 as an electron emitting material layer. (Except for being provided, it is the same as that of Example 1) and incorporated, and an electron tube was manufactured by a usual exhausting step and activating step.

えられた電子管を用いて電子放射電流劣化状態を調べる
ために電流密度3A/cm2の強制加速条件で、6000時間の寿
命試験を行なった結果、Sc2O3を分散させていない従来
の陰極は6000時間後で初期値の50%に劣化する特性を示
したが、本発明の電子管陰極では6000時間で初期値の70
%に保たれ、寿命時間で表わせば約2.5倍の長寿命がえ
られたことになる。
Using the obtained electron tube, we carried out a life test for 6000 hours under the forced acceleration condition of the current density of 3 A / cm 2 to investigate the deterioration state of the electron emission current, and as a result, the conventional cathode in which Sc 2 O 3 was not dispersed Showed a characteristic of degrading to 50% of the initial value after 6000 hours, but the electron tube cathode of the present invention showed 70% of the initial value at 6000 hours.
%, Which is about 2.5 times as long as the life time.

また、実施例1の電子管陰極数万個を繰返し作製した
が、電子管製造工程を終了し、検査工程の試験で所望の
放射電子流量を達する歩留は常に99%以上と、いずれの
電子管陰極も安定した電子放射性能を有していた。
Also, although tens of thousands of electron tube cathodes of Example 1 were repeatedly manufactured, the yield to reach the desired radiated electron flow rate in the test of the inspection step after the electron tube manufacturing process was always 99% or more, and any electron tube cathode was produced. It had stable electron emission performance.

実施例2および3 電子放射物質層中のSc2O3の含有量を第1表に示される
ように変えたほかは、実施例1と同様にして電子管陰極
ついで電子管を作製した。
Examples 2 and 3 An electron tube cathode and an electron tube were produced in the same manner as in Example 1 except that the content of Sc 2 O 3 in the electron emitting material layer was changed as shown in Table 1.

つぎに実施例1と同様にして6000時間の寿命試験を行な
った。その結果を第1表に示す。
Then, in the same manner as in Example 1, a life test was performed for 6000 hours. The results are shown in Table 1.

さらに、実施例1と同様にそれぞれの電子管陰極を繰返
し作製したが、いずれの電子管陰極も実施例1と同様の
安定した電子放射性能を有していた。
Further, each electron tube cathode was repeatedly manufactured in the same manner as in Example 1, and all the electron tube cathodes had the same stable electron emission performance as in Example 1.

[発明の効果] 以上のように本発明の電子管陰極は、少なくともSiを還
元剤として含有する基体金属の表面に、アルカリ土類金
属酸化物に12面体の結晶形を有するSc2O3が分散した電
子放射物質層を形成したもので、長時間にわたって安定
した電子放射特性をうることができる。また、本発明の
電子管陰極を繰返し作製しても常に安定した電子放射性
能を有する電子管陰極をうることができる。
[Advantages of the Invention] As described above, in the electron tube cathode of the present invention, Sc 2 O 3 having a dodecahedral crystal form is dispersed in an alkaline earth metal oxide on the surface of a base metal containing at least Si as a reducing agent. It is possible to obtain stable electron emission characteristics for a long time by forming the electron emission material layer. Further, even if the electron tube cathode of the present invention is repeatedly manufactured, it is possible to obtain an electron tube cathode having stable electron emission performance.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の電子管陰極の一実施例の概略断面図、
第2図は本発明の電子管陰極に用いる酸化スカンジウム
の12面体結晶構造を示す模式図、第3図は本発明の電子
管陰極に用いる酸化スカンジウムの結晶構造を示す電子
顕微鏡写真(倍率は800倍)、第4図は炭酸アンモニウ
ムにより沈澱生成してえられた酸化スカンジウムの結晶
構造を示す電子顕微鏡写真(倍率は800倍)、第5図は
本発明の電子管陰極における基体金属と電子放射物質層
との界面近傍を示す該界面の断面の一部分を拡大した模
式図、第6図は従来の電子管陰極の概略断面図、第7図
は従来の電子管陰極における基体金属と電子放射物質層
との界面近傍を示す該界面の断面の一部分を拡大した模
式図である。 (図面の主要符号) (1):基体金属 (4):12面体の結晶構造を有する酸化スカンジウムの
結晶 (5):電子放射物質層
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an electron tube cathode of the present invention,
FIG. 2 is a schematic diagram showing the dodecahedral crystal structure of scandium oxide used in the electron tube cathode of the present invention, and FIG. 3 is an electron micrograph (magnification of 800 times) showing the crystal structure of scandium oxide used in the electron tube cathode of the present invention. FIG. 4 is an electron micrograph showing the crystal structure of scandium oxide obtained by precipitation with ammonium carbonate (magnification: 800 times), and FIG. 5 shows the base metal and the electron-emitting substance layer in the electron tube cathode of the present invention. 6 is an enlarged schematic view of a part of the cross section of the interface showing the vicinity of the interface, FIG. 6 is a schematic sectional view of the conventional electron tube cathode, and FIG. 7 is the vicinity of the interface between the base metal and the electron emitting material layer in the conventional electron tube cathode. FIG. 4 is an enlarged schematic view of a part of a cross section of the interface showing the above. (Main symbols in the drawings) (1): Base metal (4): Scandium oxide crystal having a dodecahedral crystal structure (5): Electron emitting material layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ニッケルを主成分とし、少なくともシリコ
ンを含有した陰極基体金属と、バリウムを含有したアル
カリ土類金属酸化物および酸化スカンジウムからなる電
子放射物質層とから構成された電子管陰極であって、該
酸化スカンジウムが12面体の結晶形を有する酸化スカン
ジウムで、電子放射物質層中に0.1〜20重量%分散して
いる電子管陰極。
1. An electron tube cathode comprising a cathode base metal containing nickel as a main component and containing at least silicon, and an electron emitting material layer containing barium containing alkaline earth metal oxide and scandium oxide. An electron tube cathode in which the scandium oxide is scandium oxide having a dodecahedral crystal form and is dispersed in an electron emitting material layer in an amount of 0.1 to 20% by weight.
【請求項2】12面体の結晶形を有する酸化スカンジウム
が、シュウ酸アンモニウムによる沈澱によって合成され
たものである特許請求の範囲第(1)項記載の電子管陰
極。
2. An electron tube cathode according to claim 1, wherein scandium oxide having a dodecahedral crystal form is synthesized by precipitation with ammonium oxalate.
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