JPS61128441A

JPS61128441A - 含浸形陰極の製造方法

Info

Publication number: JPS61128441A
Application number: JP24973884A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nikaido; 勝二階堂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1986-06-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、含浸形陰極の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕含浸形陰極は、
タングステン（Ｗ）あるいはモリブデン（ＭＯ）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（Ｂａ　Ｏ）　、酸化カルシウム（
Ｃａｂ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）からな
る電子放射物質を含浸させたものである。この陰極は高
電流密度が得られること、長寿命であることなどのため
に、陰極線管をはじめ、クライストロン、進行波管、撮
像管など、広く実用になっている。また、陰極表面部の
仕事関数を下げ動作温度の低減をはかるため、表面にイ
リジウム（Ｉｒｌ、またはオスミウム（Ｏ３）のような
白金属金属からなる薄い保護層を被覆している。このよ
うな純粋な金属元素からなる保護層によれば、仕事関数
を相当低減できるとはいえ、動作に伴なって多孔質基体
のＷのような金属元素が表面保護層に拡散してｌｒのよ
うな表面保護層と合金層を形成し、保護層が次第に希釈
され仕事関数が増加し電子放射特性が劣化してしまいや
すい。この拡散による合金化の進行度合は、陰極動作温
度、並びに保護層の形成状態などにより著しく左右され
る。したがって動作に伴なう電子放射特性の変化および
ばらつきが大きくなる不都合がある。

一方、仕事関数が上記の場合よりは少し高（なるが、安
定な電子放射特性を得るためにあらかじめ表面部に合金
層を被覆しておくことが有効である。すなわち基体金属
の表面保護層への拡散を抑えて電子放射特性の安定化を
はかるため、純粋な前記金属元素の層の下にこの金属と
基体金属であるＷとの化合物、例えばＩ　ｒ　Ｗ２Ｏ３
Ｗ２などの薄い合金層を介在させることが有効である。

このような保護層を被覆する方法は、従来から真空蒸着
や、スパッタリングなどにより上述の金属元素を被覆し
た後熱処理して基体金属との合金層を得る方法が採用さ
れている。しかし実際的には、被覆条件や熱処理の条件
によって合金層の膜質が微妙に変化し不均一となりやす
く、また多孔質基体への十分な密着性が得られないとい
う問題点がある。

（発明の目的）本発明は、以上の不都合を解消し、電子放射特性が均一
で、保護層の密着性およびこの保護層を再現性よく形成
しうる含浸形陰極の製造方法を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、多孔質基体の表面部にイリジウム、オスミウ
ム、ルテニウム、レニウムのうちから選択された少なく
とも１つの金属元素と、多孔質基体の金属元素との化合
物からなる薄い保護層を形成する工程として、上記金属
元素イオン又は不活性ガスのイオン注入を行なう過程を
備えることを特徴とする含浸形陰極の製造方法である。

これによって陰極表面郡全体にわたり均質で、多孔質基
体との密着性にすぐれ、電子放射特性の安定な含浸形陰
極を再現性よく製作することができる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照してその実施例を説明する。なお同一部
分は同一符号あられす。

本発明は、最終的に第１図あるいは第２図に示すような
多孔質基体の最表面またはその下に合金層からなる表面
保護層が形成された含浸形陰極（旦）を製造する方法で
ある。すなわち第１図に示す含浸形陽ｍ（１１）は、タ
ンタル（Ｔａ　）のような高融点金属のスリーブ（１２
）の内側にヒータ（１３）が絶縁物（１４）により埋込
まれ、またこのスリーブ（１２）の端部内側に同じ＜Ｔ
ａ製のカップ状障壁（１５）が嵌合され、その内側に多
孔質基体（１６）が装着されている。この多孔質基体（
１６）は、Ｗ、Ｏｓ　１Ｒｕ　、Ｒｅ　、あるいはＪｒ
のような高融点金属粉末を所定の空孔率（例えば２０％
）となるように焼結する。そしてこの基体の空孔部にｓ
ａ　ｏ、ｃａ　ｏ、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、例えば４：１：１の
モル比で含浸して形成したものである。そしてこの多孔
質基体（１６）の表面部に保護層（１７）が形成されて
いる。この保護層（１１）は、Ｉｒ、Ｑｓ、Ｒｕ、ある
いはＲｅの中から選択された少なくとも１つの金属元素
と、多孔質基体（１６）の金属元素との化合物（合金）
からなる薄い層である。

また第２図に示すように、多孔質基体（１６）の表面部
に上記と同様の金属化合物の層（１８）を介してその上
にＩｒ、Ｏｓ、Ｒｕ１あるいはＲｅの中から選択された
少なくとも１つの純粋な金属層（１９）が形成された構
造であってもよい。この場合、金属化合物Ｉｆ（１８）
および純金属層（１９）により保ＭＭ　（１７）が構成
される。

第１の実施例第３図に示すように、多孔質基体（１６）の成形、焼結
工程（３１）を経て銅（Ｃｕ　）あるいはプラスチック
のような充填剤を多孔質基体（１６）中に含浸したうえ
所望の陰極形状に機械加工する工程（３２）に進む。そ
の後充填剤を除去する工程（３３）を経て多孔質基体（
１６）内の空孔部に電子放射物質すなわちエミッタを含
浸し、表面仕上げする工程（３４）を通る。以上は従来
公知の製造工程である。

そこで、エミッタを含浸した多孔質基体（１６）の表面
部に、例えばニールセン形として知られるようなイオン
源を用いたイオン注入装置を用いてｌｒを直接イオン注
入する。このイオン注入工程を符号（３５）であられし
ている。Ｉｒのイオン注入は、例えば塩化イリジウム酸
（Ｈ２Ｉｒ　Ｃ１６）を蒸気にしてイオン化し、加速器
により真空ベルジャ内に！１ｊｌＬ、、た多孔質基体（
１６）に注入する。

なおこのイオン注入は、好ましくは１ｘ１０　　ｔｏｒ
ｒ（１，３３Ｘ　１０−”Ｐ　ａ　）以下の真空中で行
なう。また加速エネルギーは、注入する金属元素の原子
番号Ｘ　１　ｋｅＶ以上、すなわちこの実施例のｌｒの
場合においては７７ｋｅＶ以上で、且つイオン注入量は
１ｘｉｏ１８イオン／Ｃ１２程度が適当である。なおこ
のイオン注入時においては、多孔質基体（１６）を常温
、冷却、または加熱してもよい。こうして約３０００人
の厚さの第１図に示す表面保護層（１１）を形成する。

またイオン注入工程の後、真空又は水素ガスのような非
酸化性雰囲気のもとで９００〜１１００℃の範囲の温度
に加熱して保１！層の結晶配列を規則正しくする工程（
３６）を経てもよい。

この実施例によれば、多孔質基体（１６）の表面部にＩ
「イオンを直接注入して両金属元素の化合物（ＩｒＷ合
金）の層すなわち保護層（１７）を所定厚だけ形成する
ことができる。これにより表面保護層の仕事関数は純粋
の■「層の場合よりは少し高くなるが、この保護層の合
金の状態は陰極の動作当初からほとんど変化が生じない
ため、電子放射特性の変化がほとんどない。しかも多孔
質基体（１６）にＩｒイオンを直接注入するので多孔質
基体金属と純金属保護層（１９）との密着性がきわめて
よく、特性の安定化が得られる。またイオン注入の条件
の制御は高精度に可能であり、再現性がすぐれていると
ともに、保護層の厚さの制御が容易である。なおイオン
注入する金属元素は、ｌｒのほか、既に例示したように
Ｏｓ　、Ｒｕ　１あるいはＲｅの中から選択した少くと
も１つの金属元素を採用することができる。なおまた第
３図中の高温加熱処理工程（３６）は必須ではない。

第２の実施例第４図に要部を示すように、エミッタを含浸した多孔質
基体（１６）にまずｌｒのような金属被覆層（３７）を
約３０００人の厚さに被覆する。この被覆工程を符号（
３８）であられす。次にこの多孔質基体（１６）の被覆
層（３７）に不活性ガスのイオンを注入する工程（３９
）を経る。ｌｒの被覆は、スパッタリング、イオンブレ
ーティング、真空蒸着、などのＰＶＤ法により形成する
ことができる。そして不活性ガスのイオン注入において
は、例えば高周波型のイオン源を用いたイオン注入装置
を使用し、アルゴン（Ａｒ　）ガス、あるいはクリプト
ン（Ｋｒ　）ガスのような不活性ガスを流してイオン化
し、加速器によりおよそ１５０ｋｅＶ程度のエネルギー
で注入する。この場合は、多孔質基体（１６）をあまり
高温にしないで行なう。

これによって、Ｉｒ被覆層と多孔質基体（１６）の金属
層との界面付近のみを合金化（１ｒＷ）ｔ。

て金属化合物層（１８）を選択的に形成することができ
る。したがって第２図に示すように最表面部には純粋な
Ｉ「金属層（１９）を残しその下に金属化合物１！１（
１８）を介在させて両者からなる表面保護層（１７）を
形成することができる。このため多孔質基体（１６）の
構成金属例えばＷの最表面部への拡散が金属化合物！（
１８）で阻止され、長時間にわたって陰極の電子放射特
性がすぐれ且つ安定化が得られる。

第３の実施例第５図にその要部を示すように、エミッタを含浸した多
孔質基体（１６）の表面部に、ｌｒを蒸着しながら同時
に不活性ガスイオンを照射、注入する工程（４０）を経
る。

これによって第１図に示したように所望の厚さのＩｒＷ
の保Ｗ！ｒｆＪ　（１７）を形成することができる。

なおこの方法にひきつづいて、不活性ガスイオンの照射
のみを途中で停止すれば、第２図に示したように金属化
合物層（１８）の上に連続的に純粋の［ｒ純金ＴＡＦｍ
　（１９）を形成することができる。

以上の本発明の方法の実施に好適な製造装置の例を第６
図に示す。真空ベルジャ（４１）内の所定位置に配置さ
れたホルダ（４２）に多孔質基体（１６）が設置される
ようになっている。ホルダ（４２）に対向する位置に蒸
着用ボート（４３）が配置されその中にｌｒのような蒸
着源（４４）が装着される。

そしてベルジ？（４１）の一部に、イオン源（４５）、
イオン加速器（４６）および質量分析器（４７）を有す
るイオン注入装置ｆ（４８）が装着されている。この装
置により、イオン注入装置、あるいはこれと蒸着源とを
前述の各実施例に添う形態で作動させて多孔質基体（１
６）の表面部に保護層を形成することができる。

なお、いずれの実施例においても、保護層を形成する金
属元素は、ｌｒのほか、Ｑｓ　、　Ｒ１１、あるいはＲ
ｅの中から選択された少くとも１つの金属元素を採用で
き、それと多孔質基体の構成金属元素との化合物（合金
）を形成するものである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上の説明から明らかなように多孔質基体の
表面部にイリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウ
ムのうちから選択された少なくとも１つの元素と基体金
属との化合物からなる薄い保護層を形成する工程として
、上記金属元素イオン又は不活性ガスのイオン注入を行
なう過程を備えることによって、陰極裏面部全体にわた
り均質で、多孔質基体との密着性にすぐれ、電子放射特
性の安定な含浸形陰極を再現性よく製作することができ
る。またイオン注入の条件の制御は高精度に可能であり
、保護層の厚さおよび膜質の制御が容易である。

本発明者の実測によれば、上述の本発明の第２の実施例
により第２図に示した構成の含浸形陰極を製作して寿命
試験をしたところ、３０００時間を経た陰極でも保護層
の結晶構造は、Ｘ線回折法によってＩｒＷ層とその上の
ｌｒ層が明確に区分されており、多孔質基体からのｌｒ
層へのＷの拡散が発生していないことが確認された。こ
れに対して従来知られる■「層のみを表面部に被覆した
ものでは、試験個数の約半数以上が５００時間で１’　
ｒ層のほとんどがＩｒＷ合金層に変化してしまっている
ことが確認された。このように本発明によれば長時間に
わたって安定な保護層を形成でき、したがってまた安定
な電子放射特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々本発明により製造する含浸形
陰極の構成を示す縦断面図、第３図は本発明の一実施例
を示す工程図、第４図は本発明の他の実施例を示す工程
図、第５図は同じく本発明のさらに他の実施例を示す工
程図、第６図は本発明を実施するのに使用する装置の例
を示す概略図である。〈１１）・・・含浸形陰橿、（１６）・・・多孔質基体
、（１７）・・・保ｆｆ１層、（１８）・・・金属化合
物層、（１９）・・・純金属層、（３４）・・・エミ・
ｔ々含浸工程、（３５）・・・保護層金属のイオン注入
工程、（３８）・・・保護層金属の被覆工程、（３９）
・・・不活性ガスイオンの注入工程、（４０）・・・保
護層金属の被覆およびガスイオン注入の同時実施工程。代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多孔質基体にアルカリ土類金属酸化物が含浸され
、この多孔質基体の表面部に、イリジウム、オスミウム
、ルテニウム、レニウムのうちから選択された少なくと
も１つの金属元素と上記多孔質基体の金属元素との化合
物からなる薄い保護層が形成されてなる含浸形陰極の製
造方法において、上記保護層を形成する工程は、多孔質基体の表面部に上記金属元素イオン又は不活性ガスイオンの
注入を行なう過程を備えることを特徴とする含浸形陰極
の製造方法。
（２）保護層形成工程は、多孔質基体の表面部に上記金
属元素を被覆した後、不活性ガスイオンを注入する過程
を備える特許請求の範囲第１項記載の含浸形陰極の製造
方法。
（３）保護層形成工程は、多孔質基体の表面部に上記金
属元素を被着させながら不活性ガスイオンを注入する過
程を備える特許請求の範囲第１項記載の含浸形陰極の製
造方法。