JPS6261236A - 含浸形陰極構体 - Google Patents

含浸形陰極構体

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JPS6261236A
JPS6261236A JP60199518A JP19951885A JPS6261236A JP S6261236 A JPS6261236 A JP S6261236A JP 60199518 A JP60199518 A JP 60199518A JP 19951885 A JP19951885 A JP 19951885A JP S6261236 A JPS6261236 A JP S6261236A
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JP
Japan
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coating layer
tungsten
iridium
alloy
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP60199518A
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English (en)
Inventor
Masaru Nikaido
勝 二階堂
Katsuhisa Honma
克久 本間
Yoshiaki Ouchi
義昭 大内
Toshiharu Higuchi
敏春 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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、電子管等に使用する含浸形陰極構体に関する
(発明の技術向背F、2 a3よびその問題点〕含浸形
陰極椙体は、タンゲスシン(W>のシンうな高融点金属
の扮末を焼結し−Cつくった多孔f’I E、を体の空
孔部に、酸化バリウム([3ε10) 、FE化カルシ
ウム(Cab) 、おJ:び酸化アルミニウム(Aで2
03)からなる電子数qNl物?(1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、高電流密度か得られ、またガス被毒に強いとい
う特質を右する。このため、例えばinj星搭載用など
の進行波管、クーノイズ1−ロン、核融合プラズマ加熱
用の入電力クライス1〜[−1ンなどに実用されている
。そしてとくに艮)j命、安定動作tアどの高信頼性a
3J−び高電流密度か一層要求されている1゜ 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(Ire、オスミウム(O3>、ルJニウム(RLJ
)のよう%白金族金属、あるい(31その合金からなる
被覆層を設けて陰極表面部のイ1事関数を下げ、動作温
度の低減を図ることかλ11られている。このような被
覆層を設りることにJ、す、被覆層かない場合と同じ電
流密度を得るのに、数十’c乃〒白数十℃も動作温度を
小げることができる。このように被覆がない場合に比べ
て動作温度を低下させることかで゛きるとはいえ、しか
しその動作温度はおよそ900〜1000’CT−あり
、ヤ)はり動作に伴って多孔質基体を形成り−るWか表
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
形成することが避(プられない。この表面被覆層の合金
化過程は、電子放射特性を著しく劣化させ、安定動作、
艮右命特性など信頼性向上への1つの隘路となっている
、。
このため、表面被覆層への基体金属の拡散による合金化
およびその進行を、適切に規制して電子放射性P1の安
定な含浸形陰極構体の開発が望まれている。
(発明の目的) 本発明は、以上の事情に鑑み陰極表面被覆層への基体金
属の拡散、合金化を規制し、もって電子放射特性を早期
に安定化し目つ艮スj命特性を−0つ含浸形陰極椙体を
1ν供覆るものである。
(発明の概要〕 本発明は、多孔質↓、(体の表面に形成りろ表面被覆層
としてイリジウムA3J、ひタンゲス1ンの合金を含み
、その組成比が、イリジウムか41)原子%乃至80原
子%の範囲、タングメーノンか5 !〕1京子9(、乃
1ゝ2()原r−’x、の範囲′(・ある含浸形陰極構
体(ある。
それにより、表面被覆層の合金化の進行を当初から確実
に抑!II−Jることか″(パさ、電子数IIJ=l特
↑]1を動作温度、動作時間にかかわり4fりはぽ安定
に維持することが(゛さろ3、こうし−C仁頼′1)1
の;7’H,い含浸型陰極構体か得られる。
(発明の実施例〕 1ス下図面を参照してその実施例をβ(四重る、。
本発明の含浸形陰極椙体は、第1図に示−りようにタン
クル(T a)あるい(5Lシリブア゛ン(M o )
のような高融点金属のスリーブ11の内側に加熱用ヒー
タ12がアルミ犬セラミック絶縁物1]:二よつ−C埋
込まれ、このスリーブ11の一端にタングメランの多孔
質基体14かろう何層15を介して接合されている。こ
の多孔71基体14は、W粉末を例えば20”l。
の空孔率となるにうに焼結し、この空孔部に、B a 
01Cab、およびAe203からなる電子放射物質(
例えばモル比−4:1:1 )を溶融含浸して形成した
ものである1、ぞしてこの多孔質基体14の表面に、表
面被覆層15が形成されている。この被覆層15は、I
rおよびW合金、またはHrおよびWを主として含む合
金(これを単にIr−W合金と記す)からなり、厚さが
50人乃至20000人の間にあるaすい層である。こ
のIr−W合金被覆層のlrとWとの組成比は、Irが
45原子%乃至80原子%の範囲、Wが55原子%乃¥
20原子%の範囲である。
製作にあたってはまず、多孔質基体14として、ディス
クの直径が4.5mm、厚さが1.3mm、空孔キが2
0%のWからなる多孔質基体を用意し、これを−丁″a
からなるIA極ススリーブ11ころう接する。ヒータ1
2を)フルミナ粉末の絶縁物を充填して埋込み、その後
電子放射物質を空孔部に溶融含浸()、さらに表面に残
っている過剰含浸剤の除去を行なう。
その後凹面状の陰極表面に、二元スパッタリング法によ
りIrか50原子%、Wが5()原子%(両名の原子最
が同等なので、重量比も略同等%となる)からなる厚さ
5000人の被覆層を形成する。1このスパッタ1ノン
グ時の基板温度(。]、300°Cである。この二元ス
パッタリングにより陰極表面に上記組成比のT r−W
合金被覆層か形成される1、スパックリング後、被覆層
と多孔質W1j、体の密着↑(1を増すため、水系雰囲
気中で1000℃、30分の熱処理を施した。
これによって表面被覆層は動作初期から安定−(あり、
この被覆層への基体金属(W>の拡散は茗しく規制され
、したがって陰極の動作初期から長時間にわたって安定
な電子数q4特性がFjられる、。
次にこのような本発明による安定な動作特性が得られる
理由を詳細に説明する。
本発明との比較のため、irだ(・すからなる)7さE
i000人の被覆層をもつ含浸形陰極をも用意した。
そして本発明の上記実施例の陰極と比較の紳■1・被覆
層をもつ陰極について、真空高温X線回折菰”B33よ
び走査形オージェ電子分光装置を使用し、装置内でその
場11!i!察し、さらに測定後の陰極の断面を走査形
電子顕微鏡で解析した結果、以下に示す事実が明らかに
なった。なお、陰@温度はこの実験に供した陰極のTa
製スリーブ十で測定した輝度温度(’Cb−Ta>を採
用している。これはJr表面上では合金化に伴って熱敢
則率が変化し、輝度温度が変化するためである。
まず比較のだめの紳Jr被覆層をもつ陰極につき、真空
高温X線回折装置を用い、陰極の動作温庭を980’C
b−Ta、  900′Cb−Ta、1180’Qb−
Taの3点で等温加熱しながらその合金化に伴なう被覆
層の結晶構造の経時変化を追跡したところ、動作温度9
80’Qb−TaにおけるX線回折ピークの変化は第2
図に示スにうな結果が得られた。同図から明らかように
加熱開始とともにまず1分後ではlrの強度ピークが最
も急峻になっていることがら)r被覆層の再結晶化が起
るとともに、次第にJrとWとの合金相を示す回折ピー
クが現われる。この合金相は、稠密六方構造(以下、こ
れをε相と記1)を有する。この時点では、W基体とI
r被覆層との界面近傍で合金相が形成され−Cいるもの
と考えられる。ざらに加熱を続εプて行くと、Irのピ
ークは低減し、40分後にはこれが消失し、ε相とF地
基体のWのピークだけが認められるようになる。
このε相の回折ピークは引きつづく加熱で低角度側にブ
ロードになり、最終的にば仝て低角度側に移行してしま
う。
第3図に、現在まで知られているIrとWどの状態図を
示すが、第2図に示し上述したε相の回折ピークのシフ
トは、第3図に示ず領域Aに沿って反応が進行したもの
と考えられる。この状態までに要する時間は、動作温度
980’Cbで29時間と早く、このまま被覆層の■r
−W合金化が進めば、数百時間で被覆層は完全に変質し
、当初の紬■r被覆層による効果が消失してしまうので
はないかと懸念される。
そこで次に、走査形オージェ電子分光装置を使用し、装
置内で等温加熱しながら表面のIrとWとのa度変化を
追跡した。第5図に、1180’Cbで行なった300
0時間までのその結果を示す。同図がら、一定組成のε
相か形成されると、その後の合金化の進行は箸しく遅く
なることがわかる。これは、Ir中のWの拡散速度に比
べε相のWの拡散速度が著しく遅いためであると考えら
れる。
さらに等温加熱前後の被覆層付近の断面を走査形電子顕
微鏡で観察した。この結果の写真を第4図に示す。同図
(a)は加熱前の状態、同図(b)は加熱後の状態を示
している。それらから加熱後は被覆層の膜厚が加熱前に
比べ2倍以−にになっていることがわかる。これは、I
r被覆層中に基体のWが拡散するだけでなく、W基体中
にIrが拡散した結果であるか、あるいはIr被覆層が
Wとの合金化に伴い体積変化を起した結果であるかのい
ずれかであると考えられる。いずれにしても合金化に伴
い被覆層の膜厚が変化することは、陰極温度a3よび時
間により被覆層の合金化が署しく状態変化を生じている
ことを示しており、それにより電子放射特性が変化する
ことを意味しており、望ましくない現象である。
これに対し、本発明による○浸形陰極構体はr=  8
 − めε相の組成に相当する組成のJr−W合金被覆層を形
成しであるので、その後の合金化、状態変化がほとんど
認められない。すなわら、本発明実施例の陰極と、比較
のための11゛のみの被W層をbつ陰極とを、走査形オ
ージェ電子分光装置内(1180°cbで等温加熱しな
がら表面濃度をその場観察し測定した。この時の真空度
は、7X 10’Paである。さらに各時間ごとの層卸
の変化を測定した。
これらの結果を第6図および第7図に示す。同図に実線
で示すPは被覆層に一上記組成比のI r −’IA/
合金を用いた本発明の陰極の結果を、また点線(示ずQ
は紬Irを用いた比較例の結果をあられしている。この
比較結果から、本発明に係わる陰極は、加熱に伴なう被
覆層のW29度の変化(F3 J、σ層厚の変化がほと
んど牛しないことがわかる。
なお、f l”−W合金被覆層に、他の金属が鱈干含ま
れてもよく、その場合もIrとWとの組成比がIr45
原子%乃至80原子%の範囲、W55原了%乃至20原
子%の範囲であることか必要である。この範囲に設定す
ることにより、第33図からし明しかなように広範な動
作温度範囲で安定なε合金相が得られ、合金化の進行、
層厚、および電子放射特性の変化を確実に規制づ−るこ
とができる。
なおまた、被覆層の層厚は、50Å以下では被覆層が早
期にW層に置換されCしまい、この被覆層を形成した効
果が充分得られない。さらにまた、20000Δ以上で
は多孔質基体中のB a 17)陰極表面への拡散が阻
害され、電子放射特性がむしろ損われてしまう。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、使用時の加熱に伴
なう表面被覆層の合金化の進行を当初から確実に抑制−
りることができ、電子放射特性を動作温度、動作時間に
かかわりなくほぼ安定に維持することができる。このよ
うに信頼性の高い含浸型陰極構体が1qられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる○渦形陰極構体を示ず要部縦断
面図、第2図は加熱に伴なうX線回折パターンの変化を
示す特性図、第3図はJr−11= とWとの合金化状態図、第4図(a) 、F3よび(b
)は陰極表面部の結晶梠)青を示づ一電子顕微鏡′/7
′白、第5図は加熱に伴なう表面W濃石の変化を;p、
7j特性図、第6図および第7図(。1それぞれ加熱に
伴なう表面W温石および層17の経時変化を承り特性図
である。 14・・・多孔質は体、 15・・・表向被覆層。 代理人弁理士 則 近 点 (fi 同  入団す1q人 一12= 一咀輯(。、u) 第2図 (ゝ%%@)         c 、、力°cb3唾
内後)(a)(δ) 第4図 加熱哨向(端内)→ 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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およびタングス
    テンの合金被覆層が形成されてなる含浸形陰極構体にお
    いて、 上記被覆層のイリジウムおよびタングステンの組成比は
    、イリジウムが45原子%乃至80原子%の範囲、タン
    グステンが55原子%乃至20原子%の範囲であること
    を特徴とする含浸形陰極構体。
  2. (2)被覆層の厚さは、50Å乃至20000Åの範囲
    である特許請求の範囲第1項記載の含浸形陰極構体。
JP60199518A 1985-09-11 1985-09-11 含浸形陰極構体 Pending JPS6261236A (ja)

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JP60199518A JPS6261236A (ja) 1985-09-11 1985-09-11 含浸形陰極構体

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JP60199518A JPS6261236A (ja) 1985-09-11 1985-09-11 含浸形陰極構体

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JPS6261236A true JPS6261236A (ja) 1987-03-17

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990027741A (ko) * 1997-09-30 1999-04-15 김영남 전자총용 음극구조체
JP2010038306A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Daiichi Kogyo Kk 掛止具
RU2747505C1 (ru) * 2020-09-21 2021-05-06 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" имени Шокина") Молекулярно-напыленный оксидный катод

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6435458A (en) * 1987-07-30 1989-02-06 Hitachi Chemical Co Ltd Production of toner for electrophotography

Patent Citations (1)

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