JPH0795422B2 - Method for manufacturing impregnated cathode - Google Patents

Method for manufacturing impregnated cathode

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JPH0795422B2
JPH0795422B2 JP61130224A JP13022486A JPH0795422B2 JP H0795422 B2 JPH0795422 B2 JP H0795422B2 JP 61130224 A JP61130224 A JP 61130224A JP 13022486 A JP13022486 A JP 13022486A JP H0795422 B2 JPH0795422 B2 JP H0795422B2
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勝美 柳橋
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、電子管等に使用する含浸形陰極の製造方法
に係わり、とくにその電子放出表面に安定な結晶構造を
もつ合金層を形成する製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to a method for producing an impregnated cathode used in an electron tube or the like, and particularly to an alloy having a stable crystal structure on its electron emission surface. A manufacturing method for forming a layer.

(従来の技術) 含浸形陰極構体は、周知のようにタングステン(W)の
ような高融点金属の粉末を焼結してつくった多孔質基体
の空孔部に、酸化バリウム(BaO)、酸化カルシウム(C
aO)、および酸化アルミニウム(Al2O3)のようなアル
カリ土類金属酸化物からなる電子放射物質を溶融含浸さ
せたものである。この陰極は、酸化物陰極に比べ動作温
度が高いが、高電流密度が得られ、またガス被毒に強い
という特質を有する。このため、例えば衛星搭載用進行
波管や、核融合プラズマ加熱用の大電力クライストロン
などに実用されている。このような分野では、さらに長
寿命、安定動作などの高信頼性および高電流密度が要求
されている。
(Prior Art) As is well known, the impregnated cathode assembly has barium oxide (BaO) and oxide in the pores of a porous substrate formed by sintering a powder of a refractory metal such as tungsten (W). Calcium (C
aO) and an electron-emitting substance composed of an alkaline earth metal oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are melt-impregnated. Although this cathode has a higher operating temperature than an oxide cathode, it has the characteristics that a high current density can be obtained and that it is resistant to gas poisoning. Therefore, for example, it is practically used in a traveling wave tube for mounting on a satellite, a high power klystron for heating fusion plasma, and the like. In such a field, high reliability such as long life and stable operation and high current density are required.

信頼性を高める1つの方策として、陰極表面にイリジウ
ム(Ir)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)のよう
な白金族金属、あるいはその合金からなる被覆層を設け
て陰極表面部の仕事関数を下げ、動作温度の低減を図る
ことが知られている。このような被覆層を設けることに
より、被覆層がない場合と同じ電流密度を得るのに、数
十℃乃至百数十℃も動作温度を下げることができる。
As one measure to improve reliability, a coating layer made of platinum group metal such as iridium (Ir), osmium (Os), ruthenium (Ru) or its alloy is provided on the cathode surface to improve the work function of the cathode surface. It is known to lower the operating temperature by lowering it. By providing such a coating layer, the operating temperature can be lowered by several tens to several hundreds of degrees Celsius in order to obtain the same current density as in the case where the coating layer is not provided.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような含浸形陰極構体は表面部に被
覆層がない場合に比べて動作温度を低下させることがで
きるとはいえ、その動作温度がおよそ900〜1000℃であ
り、やはり動作に伴って多孔質基体を形成するWが表面
被覆層中に拡散して表面被覆層金属とWとの合金層を徐
々に生成することが避けられない。この表面被覆層の合
金化進行過程は、それに伴って電子放射特性を変化さ
せ、早期の安定動作、長寿命特性など信頼性向上への1
つの隘路となっている。そして従来から行なわれている
多孔質基体の表面部に前記金属と基体金属であるタング
ステンとの合金層を被覆することは有効であるか、しか
し動作初期から結晶構造が変化せず電子放射特性の安定
な合金層を得ることは実際問題として困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, although such an impregnated-type cathode assembly can lower the operating temperature as compared with the case where there is no coating layer on the surface, the operating temperature is about 900- It is 1000 ° C., and it is unavoidable that W, which also forms a porous substrate along with the operation, diffuses into the surface coating layer and gradually forms an alloy layer of the surface coating layer metal and W. As the alloying process of the surface coating layer changes, the electron emission characteristics are changed accordingly, and it is possible to improve reliability such as early stable operation and long life characteristics.
It is one bottleneck. And it is effective to coat the surface of the porous substrate with an alloy layer of the above metal and tungsten, which is the substrate metal, which has been performed conventionally, but the crystal structure does not change from the beginning of the operation and the electron emission characteristics are not changed. Obtaining a stable alloy layer has been difficult in practice.

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、動作
初期から安定な電子放射特性を有する表面合金層を再現
性よく、容易に得ることができる含浸形陰極の製造方法
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for manufacturing an impregnated cathode in which a surface alloy layer having stable electron emission characteristics from the initial stage of operation can be easily obtained with good reproducibility. To aim.

[発明の構成] (問題を解決するための手段) この発明は、内部にアルカリ土類金属酸化物を含浸した
多孔質基体の表面に、イリジウム、またはイリジウムお
よびタングステンの合金の層を被着し、その後この多孔
質基体を真空中または不活性雰囲気中において、表面部
にイリジウムおよびタングステンの金属化合物のεII
からなる合金層を生成するように1100℃乃至1260℃の範
囲の温度で所定時間加熱処理する含浸形陰極の製造方法
である。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) The present invention applies a layer of iridium or an alloy of iridium and tungsten to the surface of a porous substrate impregnated with an alkaline earth metal oxide. Then, in a vacuum or in an inert atmosphere, this porous substrate is then heated at a temperature in the range of 1100 ° C to 1260 ° C for a predetermined time so as to form an alloy layer composed of the ε II phase of the metal compounds of iridium and tungsten on the surface. It is a method of manufacturing an impregnated cathode which is heat-treated.

(作用) この発明によれば、多孔質基体の表面部に生成されたイ
リジウム−タングステン合金層は、その結晶構造が動作
初期からきわめて安定なものが得られる。したがって、
表面被覆層のイリジウムおよびタングステン濃度組成が
ほぼ一定化しており、それにより仕事関数が比較的低い
値で一定に保たれる。こうしてこの発明によれば動作初
期から長期間にわたってきわめて安定な電子放射特性を
もつ含浸形陰極を再現性よく得ることができる。
(Operation) According to the present invention, the crystal structure of the iridium-tungsten alloy layer formed on the surface of the porous substrate is extremely stable from the initial stage of operation. Therefore,
The iridium and tungsten concentration compositions of the surface coating layer are almost constant, whereby the work function is kept constant at a relatively low value. Thus, according to the present invention, an impregnated cathode having extremely stable electron emission characteristics over a long period from the initial operation can be obtained with good reproducibility.

(実施例) 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお同一部
分は同一符号であらわす。
(Example) Hereinafter, an example will be described with reference to the drawings. The same parts are represented by the same symbols.

この発明により得る含浸形陰極構体の構造例を第1図に
示す。直径1.5mm、厚さ0.4mmの空孔率約20%の多孔質タ
ングステンに、酸化バリウム、酸化カルシウム及び酸化
アルミニウムの混合酸化物(モル比で約4:1:1)を溶融
含浸させ、その後表面を洗浄し、過剰なBaを除去した
後、多孔質基体11を作製した。次いで、この多孔質基体
11は厚さ25μmのタンタル製のカップ12に、レニウム線
13を介して抵抗溶接された。次いで、タンタル製カップ
12は、タンタル製の支持スリーブ14の一端開口部の内側
にレーザ溶接された。なお、支持スリーブ14は、図示し
ないレニウム−モリブデン合金からなる3本の支持用ス
トラップを介して外側支持円筒に固定された。このよう
にして製作された陰極構体の多孔質基体11の表面に、ス
パッタリングにより50Å乃至10,000Åの範囲の厚さ、例
えば3,500Åの厚さにイリジウムを被覆した。
FIG. 1 shows an example of the structure of the impregnated cathode assembly obtained by the present invention. Porous tungsten with a diameter of 1.5 mm and a thickness of 0.4 mm and a porosity of about 20% was melt impregnated with a mixed oxide of barium oxide, calcium oxide and aluminum oxide (molar ratio of about 4: 1: 1). After cleaning the surface and removing excess Ba, a porous substrate 11 was produced. Then this porous substrate
11 is a 25 μm thick tantalum cup 12 with rhenium wire
Resistance welded through 13. Then tantalum cup
12 was laser-welded to the inside of the opening at one end of a support sleeve 14 made of tantalum. The support sleeve 14 was fixed to the outer support cylinder via three support straps (not shown) made of rhenium-molybdenum alloy. The surface of the porous substrate 11 of the cathode assembly thus manufactured was coated with iridium to a thickness in the range of 50Å to 10,000Å, for example, 3,500Å by sputtering.

次にこの陰極構体を、真空又は不活性雰囲気、例えば10
-7Torr以下に排気された真空排気ベルジャー内に入れ、
図示しない陰極構体内部の加熱ヒータに通電して所定温
度で所定時間加熱処理した。この加熱処理工程の例を第
2図に示す。すなわち、脱ガスを主目的として徐々に陰
極温度を上昇させるライティング工程(I、II、III、I
V、V、VI)、および輝度温度が約1180℃で所定時間等
温加熱するエージング工程(I、II、III)を経る。な
お温度は、陰極表面を650nmでフィルタされた輝度温度
で示されている。
The cathode assembly is then placed in a vacuum or inert atmosphere, such as 10
Put it in the vacuum exhaust bell jar exhausted below -7 Torr,
A heater (not shown) inside the cathode assembly was energized to perform heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time. An example of this heat treatment process is shown in FIG. That is, a writing process (I, II, III, I) for gradually increasing the cathode temperature mainly for degassing
V, V, VI) and an aging step (I, II, III) of isothermal heating at a brightness temperature of about 1180 ° C. for a predetermined time. The temperature is shown as a brightness temperature obtained by filtering the cathode surface by 650 nm.

こうして、電子放出表面部に格子定数aの範囲が、2.76
Å乃至2.78Å、格子定数cの範囲が4.44Å乃至4.46Åの
hcp構造を示すε相を主体とする結晶構造をもつイリジ
ウム−タングステンの表面合金層15を形成した。そして
このような含浸形陰極構体を、例えば衛星搭載用の進行
波管内に組込み、動作させた。
Thus, the range of the lattice constant a on the electron emission surface is 2.76.
Å to 2.78Å, the lattice constant c range is 4.44Å to 4.46Å
An iridium-tungsten surface alloy layer 15 having a crystal structure mainly composed of an ε phase showing an hcp structure was formed. Then, such an impregnated cathode structure was incorporated into a traveling wave tube for mounting on a satellite and operated.

このような含浸形陰極構体は、動作初期から長時間の動
作において安定度のきわめてすぐれた電子放射特性を示
した。以下、その理由を説明する。
Such an impregnated-type cathode assembly showed an electron emission characteristic with excellent stability in the operation for a long time from the initial operation. The reason will be described below.

まず、表面部の合金化プロセスを解明するために真空高
温X線回折装置を用い、前記の約3,500Åの厚さにイリ
ジウムを被覆した陰極構体の、多孔質基体表面層の結晶
構造変化をその場観察的にX線回折により測定した。第
2図に示した陰極加熱スケジュールに沿い、X線回折パ
ターンの変化をみると第3図に示すように変化すること
が確認された。なお第3図の右の縦軸に加熱工程を示し
た。
First, in order to elucidate the alloying process of the surface part, a vacuum high temperature X-ray diffractometer was used to measure the change in crystal structure of the surface layer of the porous substrate of the cathode assembly coated with iridium to a thickness of about 3,500Å. Field observation was performed by X-ray diffraction. Along the cathode heating schedule shown in FIG. 2, it was confirmed that the X-ray diffraction pattern changed as shown in FIG. The heating process is shown on the right vertical axis in FIG.

同図から理解されるように、ライティング工程中の変化
として、イリジウム相の減少及びイリジウムとダングス
テンとの金属間化合物ε相の出現が、主としてライティ
ング工程(IV)以降に認められた。ε相はhcp構造を示
す。エージング工程では、このε相が示す一連のそれぞ
れの回折ピークの低角度側に対をなして同じ結晶系を示
す一連の回折ピークが出現した。その後、エージング工
程が進むにつれ、初めの一連のピークは消滅し後の回折
パターンに置き代わった。初期に形成されたε相をε
相、後にX線回折の低角度側に現れた相をεII相と称す
ることにする。ε相からεII相への不連続な回折パタ
ーンの変化は、格子定数の不連続な変化に対応する。す
なわちε相の格子定数はそれぞれ、a=2.735乃至2.7
45Å、c=4.385乃至4.395Åである。またεII相では、
a=2.760乃至2.780Å、c=4.440乃至4.460Åの範囲を
示した。なお、これら格子定数の値と、イリジウム−タ
ングステン合金中のタングステン濃度との関係は既に報
告されており、第4図に実線で示すような関係である。
そして本発明者らの実験で得られたε相およびεII
の格子定数の値を、第4図中に点線の斜線で示した。こ
れらの対応するタングステン濃度は、ε相で約20乃至
25原子%、εII相で約40乃至50原子%となる。ε相か
らεII相への移行により、表面層組成の変動もきわめて
不連続に生じていることがわかる。そしてεII相はきわ
めて安定な結晶構造を示し、その後の熱処理ではほとん
ど格子定数の変化を生じることがなかった。すなわち11
80℃でのエージング工程での約55分間の加熱で、ε
からεII相に完全に移行した。
As can be seen from the figure, as changes during the writing process, a decrease in the iridium phase and the appearance of the intermetallic compound ε phase of iridium and dangsten were observed mainly after the writing process (IV). The ε phase exhibits a hcp structure. In the aging step, a series of diffraction peaks showing the same crystal system as a pair appeared on the low angle side of the series of diffraction peaks shown by the ε phase. Then, as the aging process proceeded, the first series of peaks disappeared and were replaced by later diffraction patterns. The ε phase formed at the beginning is ε I
The phase, and the phase that appears later on the lower angle side of X-ray diffraction will be referred to as the ε II phase. The discontinuous change in diffraction pattern from the ε I phase to the ε II phase corresponds to the discontinuous change in the lattice constant. That is, the lattice constants of the ε I phase are a = 2.735 to 2.7, respectively.
45Å, c = 4.385 to 4.395Å. In the ε II phase,
The ranges of a = 2.760 to 2.780Å and c = 4.440 to 4.460Å are shown. The relationship between the values of these lattice constants and the tungsten concentration in the iridium-tungsten alloy has already been reported, and is the relationship shown by the solid line in FIG.
The values of the lattice constants of the ε I phase and the ε II phase obtained by the experiments of the present inventors are shown by the dotted diagonal lines in FIG. These corresponding tungsten concentrations range from about 20 to about ε I phase.
25 atom%, about 40 to 50 atom% in the ε II phase. It can be seen that due to the transition from the ε I phase to the ε II phase, the surface layer composition also changes extremely discontinuously. The ε II phase showed an extremely stable crystal structure, and the subsequent heat treatment hardly changed the lattice constant. Ie 11
About 55 minutes of heating in the aging step at 80 ° C. caused a complete transition from the ε I phase to the ε II phase.

また、ライティング工程終了後、およびエージング工程
終了後の表面合金層について、オージェ電子分光装置に
より、アルゴンイオンを用いたスパッタリング方式を用
いて表面から深さ方向の組成分析を含み、第5図
(a)、(b)の結果を得た。同図(a)はライティン
グ終了後、同図(b)はエージング工程120分後の相対
濃度分布である。そして曲線51および53は相対イリジウ
ム濃度、同52、および54は相対タングステン濃度を示し
ている。この結果から、ライティング工程終了時点のも
のでは、表面中のタングステン濃度に勾配が少なく、タ
ングステンのイリジウムへの速い拡散が推察される。ま
たエージング工程(III)終了段階のものでは、表面お
よび合金層中のタングステン濃度が40乃至50原子%とな
っていることが判明した。これらの事実は、第4図に示
した格子定数の変化から推察される表面被覆層の組成変
動に一致した結果になっている。
In addition, regarding the surface alloy layer after the writing process and after the aging process, the composition analysis in the depth direction from the surface is performed by the Auger electron spectroscopy apparatus using the sputtering method using argon ions, as shown in FIG. ) And (b) were obtained. The figure (a) is a relative density distribution after 120 minutes of the aging process after the end of writing, and the figure (b) is. Curves 51 and 53 show relative iridium concentration, and curves 52 and 54 show relative tungsten concentration. From this result, it is inferred that the tungsten concentration in the surface at the end of the writing step has a small gradient, and that tungsten is rapidly diffused into iridium. It was also found that the tungsten concentration in the surface and in the alloy layer was 40 to 50 atom% at the end of the aging step (III). These facts are in agreement with the compositional variation of the surface coating layer, which is inferred from the variation of the lattice constant shown in FIG.

以上のように、多孔質基体の表面にイリジウムを被覆
し、これを所定温度で所定時間加熱処理することによ
り、表面部に安定なεII相からなるイリジウム−タング
ステン合金層を確実に形成することができる。
As described above, by coating the surface of the porous substrate with iridium and heat-treating it at a predetermined temperature for a predetermined time, it is possible to reliably form a stable iridium-tungsten alloy layer composed of the ε II phase on the surface portion. You can

次に、多孔質基体表面に被覆するイリジウム層の厚さ
と、加熱処理すなわちエージング条件との関係について
検討した。イリジウム被覆層が、約1000Å、2000Å、約
3500Å、約5000Åの厚さのものを用意し、いずれも1180
℃で所定時間加熱した。その結果得られたX線回折の結
果を第6図に示す。同図において、縦軸のX線回折強度
比は、ε相、εII相およびイリジウムの主回折ピーク
強度のそれぞれの和に対するεII相の回折ピーク強度の
比率をあらわしている。この結果から、ε相からεII
相へと移行するのに要する加熱処理は、イリジウム被覆
層の厚さに依存し、イリジウム層が厚いほどεII相の形
成に多くの加熱処理時間を要することがわかった。なお
同図において曲線61はイリジウム被覆層厚が約1000Åの
ものの場合、同62は約2000Å、同63は約3500Å、同64は
約5000Åのものの場合をそれぞれあらわしている。ま
た、エージング時間を一定とした場合は、イリジウム被
覆層の厚さが厚いほど、表面までのεII相の完全生成の
ためにはより一層高温での加熱処理を要する結果が得ら
れた。
Next, the relationship between the thickness of the iridium layer coated on the surface of the porous substrate and the heat treatment, that is, the aging condition was examined. Iridium coating layer is approx. 1000Å, 2000Å, approx.
Available in thicknesses of 3500Å and about 5000Å, all 1180
Heated at ℃ for a predetermined time. The result of the X-ray diffraction obtained as a result is shown in FIG. In the figure, the X-ray diffraction intensity ratio on the vertical axis represents the ratio of the diffraction peak intensity of the ε II phase to the sum of the main diffraction peak intensities of the ε I phase, the ε II phase, and the iridium. From this result, from the ε I phase to ε II
It was found that the heat treatment required for transition to the phase depends on the thickness of the iridium coating layer, and that the thicker the iridium layer, the longer the heat treatment time is required to form the ε II phase. In the figure, the curve 61 shows the case where the iridium coating layer has a thickness of about 1000Å, the curve 62 has about 2000Å, the curve 63 has about 3500Å, and the curve 64 has about 5000Å. Moreover, when the aging time was kept constant, the thicker the iridium coating layer was, the more the heat treatment at a higher temperature was required for the complete formation of the ε II phase up to the surface.

また第7図にイリジウム被覆層厚、エージング加熱処理
時間に対する空間電荷制限領域における最大エミッショ
ン値すなわちMISCの変化を示した。この空間電荷制限領
域における最大エミッション値MISCは、陽極電圧を2秒
間印加したときの印加開始1秒後の値で表現しており、
この値は陽極電圧印加方式として通常用いられるパルス
的な場合と、直流的な場合とのほぼ中間的な特性を示
す。同図において曲線71はイリジウム被覆層厚が約1000
Åのものの場合、同72は約2000Å、同73は約3500Å、同
74は約5000Åのものの場合をそれぞれあらわしている。
このような結果から、イリジウム被覆層厚が厚いほどMI
SC値の増加傾向が緩やかであり、エミッション的活性化
にも長時間を要することが確認された。このように電子
放射特性がεII相の形成率と強い相関があり、εII相が
基本表面まで完全に生成されている場合が最も大きな電
子放射電流を得られ、且つ安定であることが明らかとな
った。そして、十分に活性化された陰極基体の表面合金
層はX線回折的にはほぼεII相だけからなることが対応
づけられた。
Further, FIG. 7 shows changes in the maximum emission value, that is, MISC, in the space charge limited region with respect to the iridium coating layer thickness and the aging heat treatment time. The maximum emission value MISC in this space charge limited region is expressed as a value one second after the start of application when the anode voltage is applied for two seconds.
This value shows an almost intermediate characteristic between a pulse type which is usually used as an anode voltage applying method and a DC type. In the figure, curve 71 indicates that the iridium coating layer thickness is about 1000.
In the case of Å, the 72 is about 2000 Å, the 73 is about 3500 Å,
74 indicates the case of about 5000 Å.
From these results, the thicker the iridium coating layer is, the MI
It was confirmed that the increasing trend of the SC value is gradual and that it takes a long time to activate the emission. Thus electron emission characteristic has a strong correlation with the rate of formation of epsilon II phase, if epsilon II phase is completely generated until the base surface can be obtained the largest radiation current, clear that and is stable Became. Then, it was associated that the surface alloy layer of the sufficiently activated cathode substrate was composed of only the ε II phase in X-ray diffraction.

さらにまた、合金化終了後の陰極断面を走査形電子顕微
鏡により観察し、イリジウム被覆層厚に対する生成合金
層厚の関係をみた。その結果を第8図に示す。その結
果、形成される合金層の厚さは、はじめ被着するイリジ
ウム層の厚さのおよそ2倍になることが確認された。
Furthermore, the cross section of the cathode after alloying was observed by a scanning electron microscope, and the relationship between the thickness of the produced alloy layer and the thickness of the iridium coating layer was observed. The results are shown in FIG. As a result, it was confirmed that the thickness of the alloy layer to be formed was about twice the thickness of the iridium layer to be deposited first.

以上に述べた諸結果を考慮し、次に電子放射特性との関
連を考察した。以下にその概要を述べる。多孔質基体表
面にスパッタリングにより約50Åから約10,000のÅ範囲
の任意適当な厚さでイリジウムを被覆した試料を用意
し、所定の熱処理を施した。この熱処理による表面合金
化処理は、管内加熱すなわち電気管内に組込んだ状態で
陰極構体内の加熱ヒータに通電して加熱することにより
合金化する方式、および単体加熱すなわち真空排気され
るガラスベルジャー内に陰極構体を配置し加熱する方式
で実施した。それら各方式は、前者すなわち管内加熱は
比較的低電圧電子管などに適することを考慮し、また後
者すなわち単体加熱方式は大形又は高電圧動作用の電子
管などに適することを考慮している。そして電子放射特
性は、平行平板形2極管のガラスダミー管を作製して評
価した。管内加熱方式の場合は、ライティング工程をガ
ラスダミー管の排気中に実施し、その後排気管を封止切
りしてから所定の等温度でエージング加熱処理した。エ
ージング工程中の電子放射特性の変化を測定した。また
単体加熱方式では、ガラスベルジャーで所定のライティ
ング、エージング工程を実施し、その後得られた陰極構
体を平行平板形2極管のガラスダミー管内に組込んで、
管内加熱方式の場合と同様な方法で電子放射特性を測定
した。なお測定中のエージング効果を防ぐため、電子放
射特性はいずれもカソード温度を1000℃に下げて測定し
た。
Considering the above-mentioned results, the relation with the electron emission characteristics was examined next. The outline is described below. A sample was prepared by coating the surface of a porous substrate with iridium by sputtering to an arbitrary suitable thickness in the range of about 50Å to about 10,000Å, and subjected to a predetermined heat treatment. The surface alloying treatment by this heat treatment is carried out by heating the inside of the tube, that is, by assembling it in the electric tube to energize it by heating the heater in the cathode assembly to heat it, and by heating it alone, that is, inside the glass bell jar that is evacuated. The method was carried out by arranging the cathode assembly on the substrate and heating. Each of these methods takes into consideration that the former, that is, heating in a tube is suitable for a relatively low-voltage electron tube, and the latter, that is, heating method for a single body is suitable for an electron tube for large-sized or high-voltage operation. Then, the electron emission characteristics were evaluated by producing a glass dummy tube of a parallel plate type bipolar tube. In the case of the in-tube heating method, the writing step was carried out during the exhaust of the glass dummy tube, after which the exhaust tube was sealed and cut off, and then subjected to aging heat treatment at a predetermined equal temperature. Changes in electron emission characteristics during the aging process were measured. Further, in the single heating method, a predetermined lighting and aging process is performed with a glass bell jar, and then the obtained cathode structure is incorporated into a glass dummy tube of a parallel plate type bipolar tube,
The electron emission characteristics were measured by the same method as in the tube heating method. In addition, in order to prevent the aging effect during the measurement, the electron emission characteristics were measured by lowering the cathode temperature to 1000 ° C.

それらの比較結果を表1に示す。同表において、実施例
とはその後の分析により表面部合金層のほぼ全体にεII
相の形成が確認されたこの発明の実施例のもの、また比
較例とは表面合金層にε相とεII相の両方が観察され
たものの場合である。
The comparison results are shown in Table 1. In the table, in the examples and the subsequent analysis, ε II was formed on almost the entire surface alloy layer.
The formation of phases was confirmed in the examples of the present invention, and the comparative example is the case where both ε I phase and ε II phase were observed in the surface alloy layer.

表1の結果から、はじめに被覆されたイリジウム層の厚
さに応じて所定の熱処理を施してほぼεII相のみからな
る合金化層を形成させることにより、初期および長時間
にわたる動作でも安定で良好な電子放射特性を得ること
ができることが確認された。そして前述のようにイリジ
ウム層の厚さに応じて適宜の加熱処理条件を設定するこ
とにより、εII相からなるイリジウム−タングステン合
金化層を再現性よく、確実に得ることができる。
From the results shown in Table 1, by performing a predetermined heat treatment according to the thickness of the first coated iridium layer to form an alloyed layer consisting of almost ε II phase, stable operation is possible even in the initial and long-term operation. It was confirmed that various electron emission characteristics can be obtained. By setting appropriate heat treatment conditions according to the thickness of the iridium layer as described above, the iridium-tungsten alloyed layer composed of the ε II phase can be reliably and reliably obtained.

なお、はじめに多孔質基体表面に被着形成する層は、イ
リジウムのみに限らず、イリジウムおよびタングステン
を主体とする合金を被覆してもよい。そしてそれを、前
述のように真空中または不活性雰囲気中において表面部
にイリジウムおよびタングステンの金属化合物のεII
からなる合金層を生成するように約1100℃乃至1260℃の
範囲の温度で所定時間加熱処理すればよい。
The layer to be deposited on the surface of the porous substrate first is not limited to iridium, but may be coated with an alloy mainly composed of iridium and tungsten. Then, as described above, in a vacuum or in an inert atmosphere, a predetermined temperature is set in a range of about 1100 ° C to 1260 ° C so as to form an alloy layer composed of the ε II phase of the metal compound of iridium and tungsten on the surface. Heat treatment may be performed for an hour.

このように、表面にイリジウムを含む合金層を形成する
含浸形陰極の製造方法において、多孔質基体表面にイリ
ジウム、またはイリジウム−タングステン合金を被着
し、それを真空中または不活性雰囲気中において表面部
にイリジウムおよびタングステンの金属化合物のεII
からなる合金層を生成するように約1100℃乃至1260℃の
範囲の温度で所定時間加熱処理することにり、動作初期
からきわめて安定で、しかも良好な電子放射特性を有す
る含浸形陰極を再現性よく製造することができる。すな
わち表面部に生成されるεII相からなる合金層は極めて
安定で、長時間動作に対しても変化がきわめて小さいと
いう特質を有する。また得られるεII相は、格子定数a
の範囲が2.76乃至2.78Å、格子定数cが4.44乃至4.46Å
の範囲のhcp構造を示し、これは換言すればタングステ
ンが飽和固溶したイリジウム−タングステン合金のε相
からなることを特徴としている。こうして表面部のイリ
ジウム及びタングステン濃度組成が一定化しており、そ
れにより仕事関数が比較的低い値で一定に保たれる。し
たがって動作初期から寿命期間中、きわめて安定な電子
放射特性を得ることができる。
Thus, in the method for producing an impregnated cathode in which an alloy layer containing iridium is formed on the surface, iridium, or iridium-tungsten alloy is deposited on the surface of the porous substrate, and the surface of the iridium is deposited in vacuum or in an inert atmosphere. The heat treatment at a temperature in the range of about 1100 ° C to 1260 ° C for a certain period of time to form an alloy layer consisting of the ε II phase of the metal compound of iridium and tungsten in the part is extremely stable and good Impregnated cathodes having excellent electron emission characteristics can be manufactured with good reproducibility. That is, the alloy layer made of the ε II phase formed on the surface has a characteristic that it is extremely stable and its change is extremely small even after long-term operation. The obtained ε II phase has a lattice constant a
Range is 2.76 to 2.78Å, lattice constant c is 4.44 to 4.46Å
In other words, the hcp structure in the range is shown, which is characterized in that it is composed of the ε phase of an iridium-tungsten alloy in which tungsten is a saturated solid solution. In this way, the iridium and tungsten concentration compositions on the surface are made constant, whereby the work function is kept constant at a relatively low value. Therefore, extremely stable electron emission characteristics can be obtained from the initial operation to the lifetime.

なお、熱処理時間の実用的な管理の容易さから、多孔質
基体表面へのイリジウム被覆層の厚さは、50Å乃至10,0
00Åの範囲が適当である。それによりεII相からなる合
金被覆層の厚さは、およそ2倍の約100Å乃至20,000Å
の範囲が好ましい厚さである。そしてその場合の熱処理
条件としては、およそ1100℃乃至1260℃の範囲で、加熱
処理時間はおよそ1分乃至360分程度の範囲内で前述の
ようなイリジウム厚さに応じて適宜の処理を実施すれば
よい。
The thickness of the iridium coating layer on the surface of the porous substrate is 50Å to 10,0 from the viewpoint of easy practical control of heat treatment time.
A range of 00Å is suitable. As a result, the thickness of the alloy coating layer consisting of ε II phase is approximately doubled from 100 Å to 20,000 Å
The range is the preferred thickness. The heat treatment conditions in that case are approximately 1100 ° C. to 1260 ° C., and the heat treatment time is approximately 1 minute to 360 minutes, and appropriate treatment may be performed according to the iridium thickness as described above. Good.

なお、加熱処理温度が1260℃よりも高いと、基体中のバ
リウムの蒸発量が多くなり過ぎ、むしろ所期の電子放射
特性を損うおそれがある。また、1100℃以下ではεII
の合金化にきわめて長時間を要し、実用性に乏しい。ま
たεII相合金層の厚さが、100Åより薄いと寿命が短く
なり、一方、20,000Åを超すと高い動作温度が要求され
るなどの短所が顕著となってしまう。
If the heat treatment temperature is higher than 1260 ° C., the amount of barium evaporated in the substrate will be too large, and the desired electron emission characteristics may be impaired. At 1100 ° C or lower, alloying of the ε II phase requires an extremely long time, which is not practical. Further, if the thickness of the ε II phase alloy layer is less than 100Å, the life becomes short, while if it exceeds 20,000Å, disadvantages such as high operating temperature are required.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明の製造方法によれば、多孔
質基体の表面部に結晶構造のきわめて安定なεII相から
なるイリジウム−タングステン合金層を、再現性よく確
実に形成できる。したがって、動作初期から長時間動作
にわたってきわめて安定で良好な電子放射特性をもつ含
浸形陰極を、確実、容易に得ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the manufacturing method of the present invention, an iridium-tungsten alloy layer composed of an ε II phase having an extremely stable crystal structure is reliably and reliably formed on the surface of a porous substrate. it can. Therefore, it is possible to reliably and easily obtain an impregnated cathode having excellent electron emission characteristics that is extremely stable from the initial operation to long-term operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明により得られる含浸形陰極の一部断面
を示す斜視図、第2図はこの発明の実施例における陰極
加熱処理工程を示す図、第3図はその加熱処理工程にお
ける表面部のX線回折パターン図、第4図、第5図
(a)、(b)、第6図、第7図、および第8図はそれ
ぞれ各工程における特性図である。 11……多孔質基体、15……表面合金層。
FIG. 1 is a perspective view showing a partial cross section of an impregnated cathode obtained by the present invention, FIG. 2 is a view showing a cathode heat treatment step in an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a surface portion in the heat treatment step. X-ray diffraction pattern diagram, FIG. 4, FIG. 5 (a), (b), FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are characteristic diagrams in each step. 11 ... Porous substrate, 15 ... Surface alloy layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳橋 勝美 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝堀川町工場内 (72)発明者 大内 義昭 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝堀川町工場内 (56)参考文献 特開 昭57−210538(JP,A) 特開 昭54−133871(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsumi Yanagibashi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Higashi Shiba-Horikawa-cho, Ltd. (72) Inventor Yoshiaki Ouchi 72 Horikawa-cho, Sai-ku, Kawasaki, Kanagawa Higashi Shiba Horikawa-cho Factory (56) Reference JP-A-57-210538 (JP, A) JP-A-54-133871 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多孔質基体にアルカリ土類金属酸化物を含
浸し、この多孔質基体の表面部にイリジウムおよびタン
グステンの合金層を形成する工程を備える含浸形陰極の
製造方法において、 前記多孔質基体の表面に、イリジウム、またはイリジウ
ムおよびタングステン合金の層を被着し、その後この多
孔質基体を真空中または不活性雰囲気中において、表面
部にイリジウムおよびタングステンの金属化合物のεII
相からなる合金層を生成するように1100℃乃至1260℃の
範囲の温度で所定時間加熱処理することを特徴とする含
浸形陰極の製造方法。
1. A method for producing an impregnated cathode, comprising the step of impregnating a porous substrate with an alkaline earth metal oxide and forming an alloy layer of iridium and tungsten on the surface of the porous substrate. A layer of iridium or an iridium and tungsten alloy is deposited on the surface of the substrate, and the porous substrate is then subjected to ε II of a metal compound of iridium and tungsten on the surface in vacuum or in an inert atmosphere.
1. A method for producing an impregnated cathode, which comprises heat-treating at a temperature in the range of 1100 ° C. to 1260 ° C. for a predetermined time so as to form an alloy layer of phases.
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