JPS612226A

JPS612226A - 含浸形陰極

Info

Publication number: JPS612226A
Application number: JP60108134A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Taguchi; 田口　貞憲; Yukio Honda; 幸雄本多; Toshiyuki Aida; 会田　敏之; Yoshihiko Yamamoto; 山本　恵彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1986-01-08

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】〔発明の利用分野〕本発明は、含浸形陰極に関するものである。

〔発明の背景〕

一般には含浸形陰極は多孔質金属体の空孔部に電子放射
物質を含浸したものである。多孔質金属体はほとんどが
タングステンで製造されているがタングステンに限らず
、モリブデン、タンタルなどの耐熱金属を含むものでも
良い。電子放射物質はアルカリ土類金属酸化物からなり
、酸化バリウムのみ、又は酸化バリウムと酸化アルミニ
ウム。

酸化カルシウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、
酸化ストロンチウムなどのうち少なくとも一種とを含む
化合物が用いられる。以下、多孔質金属体としては多孔
質タングステン体を、また電子放射物質としてはバリウ
ム・アルミネート化合物を代表として述べる。多孔質タ
ングステン体は、粉末を出発原料として、プレス成形、
焼結を行なったのち切削加工などにより陰極形状に仕上
げて作られる。多孔質タングステン体の空孔率は通常１
７〜３０％の範囲で選ばれる。空孔率は、原料粉末粒径
、プレス成形圧力、焼結条件を適当に組み合せることに
よって任意に選択出来る６含浸形陰極はこのようにして
製造した多孔質タングステン体上にバリウム・アルミネ
ート化合物をのせ、水素中など非酸化性雰囲気中で加熱
熔融して空孔部に含浸することによって製造される。ま
た、バリウム・アルミネート化合物熔融浴中に基体を浸
漬することによっても、空孔部に含浸することか出来る
。このような含浸形陰極の動作状態においては、タング
ステンとバリウム・アルミネート化合物が反応し、バリ
ウムを生成し、基体の表面すなわち電子放射面に到達し
、表面拡散をして、電子放射に適した単原子層を形成す
る。このような含浸形陰極は、高い電子放射能を長時間
に亘って可能とする陰極として有望視され、ブラウン管
。

撮像管などの小形電子管用として開発が進められている
。しかし、高い電子放射能を有する反面、動作温度が１
０５０〜１２００℃と高いために、バリウムやバリウム
酸化物の蒸発が大となり、他の電極への付着による管球
の特性への影響が大きい欠点を有している。そのために
、低温動作の可能な電子放射物質の探索が進められてい
るが、未だ実現していない。一方、特公昭４７−２１３
４３号に記載のように電子放射面に、オスミウム−ルテ
ニウム合金などを数百ｎｍ被覆した含浸形陰極は動作温
度を１００〜２００℃低くすることが可能である。この
ように被覆した含浸形陰極は、動作温度を低くすること
ができるが、製造工程が、増える。また、被覆した含浸
形陰極は、電子管を製造する際の封止工程によって酸化
してしまい、本来の特性を発揮出来ない。封止工程を非
酸化性雰囲気中で実施するには技術的問題があり、量産
性に欠けるなどの欠点を有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記欠点を解消し、従来の製造工程、
管球作製工程を変更することなく、動作温度が低くしか
もバリウム蒸発が小さいなど優れた特性を持つ含浸形陰
極を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明による含浸形陰極は
耐熱多孔質金属体の空孔部に電子放射物質とオスミウム
、ルテニウム、イリジウム、レニウムあるいはこれらを
含む合金粒子が１種以上含浸していることを特徴とする
。

本発明による含浸形陰極は、多孔質金属体の原料粉末を
、プレス成形、焼結の工程などから作製した多孔質金属
体の空孔部に、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、
レニウムあるいはこれらを含む合金粉末を電子放射物質
と混合させた混合粉末を加熱熔融して含浸させることに
よって製造されるが、その力法を以下に一層詳しく説明
する。

多孔質金属体は、粒度調整された原料粉末を用い、陰極
形状にプレス成形、焼結によって製造する。また、焼結
後に切削加工などによって陰極形状に加工して作製して
も何ら差支えない。この多孔質金属体の空孔部に電子放
射物質と共に含浸する金属粒子は、電子放射面に被覆す
ることによって特性を改善することが出来る元素、すな
りち、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム
あるいはこれらを含む合金粉末が用いられる。単体で最
も良い特性を示す元素はオスミウム、次いでルテニウム
である。合金の中では、オスミウム−ルテニウム合金゛
が優れた被覆材である。電子放射物質としてはバリウム
・アルミネート化合物の他に炭酸バリウム、酸化アルミ
ニウム、炭酸カルシウムの混合物を出発原料としても良
い。この３つの組み合せで最も良い電子放射特性を示し
た組成は、４（炭酸バリウム）＋Ｉ（ａ化アルミニウム
）＋１　（炭酸カルシウム）であった。この他、酸化ス
トロンチウム、酸化スカンジウムの添加も考えられたが
、顕著な効果は期待出来なかった。

以上述べた含浸形陰極の構成物質から代表として、多孔
質金属体はタングステン、電子放射物質としてはバリウ
ム・アルミネート化合物、電子放射物質と一緒に多孔質
金属体の空孔部に含浸する金属粒子としてオスミウムを
選んで説明する。

まず１粒度調整を実施したタングステン粉末を用意し、
円筒状プレス治具を用いてプレス成形を行なう。プレス
成形には必要に応じ℃ポリビニール・アルコールなどを
バインダーとして使用する。

次いで、水素中で１６ｃ）０〜１２００℃に加熱してバ
インダーを除くとともに、取り扱い易いように仮焼結を
行なったのち、真空中で、１７００〜２０００℃に加熱
し、１７〜３０％の空孔を有する多孔質タングステン体
を作る。空孔率はタングステン粉末の粒径、プレス成形
圧力、焼結条件によって任意に選択出来るが、通常３〜
８μｍの粒径のものを用い、ｌ”ｌ　Ｏｔｏｎ／ｌｉの
圧力で成形を行ない、焼結は１７００〜２０００℃、０
．５〜３時間程度の焼結条件によって行なわれる。粉末
同士の拡散が表面程度のものが空孔が均一に分布し、拡
散が十分に進行し、粉末粒子の移動があるものは、同じ
空孔率でも分布が不揃いで、閉鎖孔が多い。切削加工に
よって焼極形状にする場合には強度が必要とされるため
に、拡散を進めなければならないが、最初から陰極形状
を想定してプレス成形する場合には、陰極としての強度
があれば良いことになる。

このように製造した基体上に、バリウム・アルミネート
化合物とオスミウム粉末からなる混合粉末をのせ、水素
中で加熱熔融して電子放射物質とともに基体の空孔部に
オスミウム粉末を含浸させる。含浸は電子放射物質が熔
融する温度、バリウム・アルミネート化合物の場合には
約１７００℃で行ない、その時、オスミウムは熔融せず
に、粉末状を保ちながら、電子放射物質が空孔に流れ込
むと同時に、オスミウム粉末を巻き込みながら含浸する
。オスミウム粉末粒子は、多孔質タングステン基体の空
孔の大きさによって選ぶことが出来るが、粒径は３μｍ
以下が良く、微粉末はど望ましい。オスミウム粉末と電
子放射物質との混合側台は、電子放射物質が５０％以上
が望ましい。オスミウム粉末粒子と電子放射物質との混
合は乳鉢等で十分に行なうことが望ましい。このように
、多孔質タングステン基体の空孔部に含浸されたオスミ
ウム粉末粒子は、含浸した側に密に入り、反対側にはほ
とんど浸み込まなかった。以上のようにして製造した含
浸層陰極の断面模型図を第１図に示す。１は多孔質タン
グステン基体、２は空孔部、３はバリウム・アルミネー
ト化合物、４はオスミウム粉末粒子、５は本発明による
含浸層陰極である。

また、第２図に本発明によって製造した含浸層陰極の飽
和特性６と、従来型の含浸層陰極およびオスミウムを被
覆した含浸層陰極の飽和電流特性７および８を示す。本
発明によって得られた含浸層陰極は従来型陰極（特性７
）に比べて低温で動作出来、しかも、オスミウム被覆し
た陰極（特性８）に近い特性が得られた。

本発明によって得られた含浸層陰極を用いて管球を製造
した結果、オスミウムを被覆した陰極においては封止工
程の際にオスミウムが酸化して特性の劣化が見られたが
、本発明の含浸層陰極ではオスミウムが電子放射物質内
に分散しているために特性の劣化はほとんど見られなか
った。

本発明によれば、以上説明したように、従来のＴＢ、造
工程を変更することなく、また管球作製工程を変更する
ことなく、オスミウムを被覆した陰極同様に動作温度を
低くして使用出来る。また動作温度を１００℃程度低下
させたこと、また、空孔部をオスミウム粉末粒子で埋め
たことにより実質的な空孔率が低下したことにより、バ
リウム、酸化バリウムの蒸発速度を約１．５桁低下する
ことができ１本発明による含浸層陰極は従来型の含浸層
陰極よりも優九た特性を有する含浸層陰極と言える。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

粒径５μｍのタングステン粉末を用意して、この中から
０．０２５　ｇを１ヶ分として、１５ｍｍφの円筒プレ
ス冶具を使用してプレス成形を行なった。このプレス成
形には、ポリビニニル・アルコールをバインダーとして
用いた。成形圧力は４ｔ　ｏ　ｎ　／　ｃｎｆで実施し
た。ついで、水素中（露点−５５℃以下）で１０００℃
、１時間の仮焼結を行ない、バインダーを除くとともに
、取り扱い易いようにした。つぎに、ｌＸｌ０−５Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力の真空中で１９００℃、１時間の焼結を
実施し、多孔質タングステン基体を作った。この時の空
孔質は２６％であった。このようにして製造した多孔質
タングステン基体に、４Ｂａ○・ＡＱ２０３・ＣａＯの
配合からなる化合物と粒径０．５μｍ以下のオスミウム
粉末を８対２の割合（重量比）で秤嶽し、乳鉢で十分に
混合して、水素（露点−５５℃以下）雰囲気中で、１７
４０℃で３分間加熱して、熔融含浸し、空孔部に電子放
射物質とともにオスミウム粉末粒子が分散した含浸層陰
極を作製した。との含浸層陰極を厚さ２５μｍのタンタ
ル・スリーブとタンタルからなるカップ状の障壁層をレ
ーザ・ビームで溶接し、傍熱形陰極を作り、スリーブ内
にタングステン・ヒータを設けて、陰極−陽極からなる
２極管を作製し、パルス電源を用いて陰極の飽和電流を
測定した結果を第２図の６に示す。被覆した含浸層陰極
の特性８は、管球による評価が難しかったので、ペルジ
ャー内で測定した特性である。

〔発明の効果〕

以上、実施例で説明したように本発明によれば。

多孔質タングステン基体の空孔部に、電子放射物質とと
もにオスミウム粉末粒子を含浸した形態を取る含浸層陰
極では、従来の製造工程あるいは管球作製工程を変更す
ることなく、オウミウムを被覆した含浸層陰極に近い特
性を示し、動作温度を約１００℃低くすることが出来、
このこととオスミウム粉末粒子が空孔部を埋めたことに
より実質的空孔率が低下し、その結果、バリウム、酸化
バリウムの蒸発速度を約１．５桁小さく出来るなどの優
れた特性を有する含浸層陰極が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の含浸層陰極の断面模型図、第２図は、
従来法で作製した含浸層陰極と本発明による含浸層陰極
の飽和電流特性とを比較した図である。１・・多孔質タングステン基体、２・・・多孔質タング
ステン基体の空孔部、３・・・バリウム・アルミネーｈ
化合物、４・・オスミウム粉末粒子、５・・・本発明に
よる含浸層陰極、６　本発明によって得られた含浸層陰
極の飽和電流特性、７・・従来の含浸層陰極の飽和電流
特性、８・・・オスミウムを被覆して特性を改善した含
浸層陰極の飽和電流特性。

Claims

【特許請求の範囲】

１、耐熱多孔質金属体の空孔部に電子放射物質とオスミ
ウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム及びこれらを
含む合金からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属
粒子を含浸せしめてなることを特徴とする含浸形陰極。