KR0132010B1 - 음극구체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라수상관 등의 전자관에 이용되는 음극구체 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 상기 음극구체의 제조방법은 피막재료의 현탁액(25)을 음극슬리브(15)의 내부에 채우고, 그것과 동시 또는 그후 음극슬리브의 개구부에 다공질흡수체(26)를 접촉 또는 근접시켜서 여분의 현탄액을 흡수하게 하며, 그 후 피막(23)재표가 부착되어 있는 음극슬리브를 가열처리함으로써, 평균입자직경이 0.5㎛이상 2㎛이하의 범위의 텅스텐과, 평균입자직경이 0.1㎛이상 1㎛미만의 범위의 알루미나가 텅스텐 대 알루미나의 중량비가(90:10)내지 (65:35)의 범위로 혼합된 소결층으로써 음극슬리브의 내면에 균일한 두께로 흑색피막(23)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

음극구체 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 칼라수상관에 조립되는 전자총 구체를 구성하는 함침형 음극구체의 한 실시예를 나타내는 종단면도.

제2도는 제1도에 나타내어진 함침형 음극구체의 일부를 확대한 단면도.

제3도는 제1도에 나타내어진 함침형 음극구체에 있어서의 열처리 온도와 파단가중과의 관계를 나타내는 특성도.

제4a도∼제4d도는 본 발명에 따른 함침형 음극구체의 슬리브의 내면에 흑색피막을 부착형성하는 방법의 한 실시예를 나타내는 각 공정에 있어서의 종단면도.

제5a도∼제5d도는 제4a도∼제4d도에 나타낸 공정에 따라서 슬리브 내면에 형성된 흑색피막을 나타내는 단면도이고, 제5b도, 제5c도, 제5d도는 각각 제5a도의 영역 VB, VC, VD의 확대도.

제6a도∼제6e도는 종래의 방법에 따라서 완성한 슬리브 및 슬리브 내면에 형성된 흑색피막을 나타내는 단면도이고, 제6c도, 제6d도, 제6e도는 각각 제6b도의 영역 VIC, VID, VIE의 확대도.

제7도는 본 발명에 따른 함침형 음극구체의 슬리브의 내면에 흑색피막을 부착형성하는 방법의 다른 실시예의 한 공정을 나타내는 종단면도.

제8a도∼제8c는 본 발명에 따른 바닥을 가지는 형태의 캡의 내면에 피막을 형성하는 방법의 실시예를 나타내는 각 공정에 있어서의 주요부의 종단면도.

제9a∼제9c도는 본 발명에 따른 바닥을 가지는 형태의 캡의 내면에 피막을 형성하는 방법의 다른 실시예를 나타내는 각 공정에 있어서의 주요부의 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 글라스비드 12 : 제1제어글릿

13 : 에미터 함침형 음극디스크 14 : 캡

15 : 음극슬리브 16 : 스트랩

17 : 열 반사용 원통 18 : 지지링

19 : 음극유지용 원통 20 : 지지암

21 : 히터 22 : 히터단자

23 : 흑화층 24 : 주입기

24a : 선단노즐 25 : 현탁액

26 : 다공질 흡수제 27 : 바닥을 가지는 형태의 캡

본 발명은 칼라수상관 등의 전자관에 이용되는 음극구체(陰極構體) 및 그 제조방법, 특히 음극구체의 음극슬리브내에 형성되는 흑색피막의 개량 및 이 흑색피막을 얇고 균일하게 음극슬리브내에 부착형성하는 방법에 관한 것이다.

최근 주사선을 증가시켜서 해상도를 개선한 칼라수상관이나 초고주파신호에 대응한 디스플레이관이 개발되고 있다. 또한 투사관 등에 있어서도 휘도의 향상이 바람직해지고 있다. 이 용도에 적합한 관에 있어서는 음극에서의 방출전자 밀도를 크게 증대시킬 필요가 있다. 이와 같은 요망으로 함침형 음극이 착안되고 있다. 즉 일반적으로 함침형 음극은 산화물 음극에 비해서 큰 전류밀도를 얻을 수 있다. 따라서 이 함침형 음극은 지금까지 진행파관, 크라이스트론 등의 전자관에 이용되어 왔지만, 최근은 함침형 음극의 고전류밀도 특성을 유효하게 활용하는 용도로써 상기와 같은 함침형 음극이 부가된 칼라수상관 등이 개발되고 있다.

잘 알려져 있는 바와 같이 함침형 음극구제는 동작온도가 산화물 음극에 비해 약 200℃ 정도나 높고, 이에 따라 히터온도도 높으며, 정격동작시에는 1250℃ 이상에 달한다. 그 결과 히터의 열변형이나 히터·캐소드간의 내전압성능의 열화가 발생하기 쉽다. 따라서 히터에서 음극디스크로의 열전달효율을 상승시키고 히터의 온도를 저하시키려는 시도가 여러 가지로 행해지고 있다. 예를들면 일본 특허 공개 86-288339호 공보에는 음극슬리브의 내표면에 고용점금속 또는 분말 및 무기질 결합재를 포함하는 흑화층(black layer)을 형성한 함침형 음극구체가 제안되어 있다. 이 제안에서는 예를들면 텅스텐분말과 산화알루미늄, 즉 알루미나분말의 혼합물을 알루미나졸액중에 투입한 슬러리를 탄탈(Ta)슬리브의 내면에 도포하여 건조시킨 후 약 1600℃의 온도로 5분간 소성하여 슬리브내면에 흑화층을 형성하는 것이다. 이 흑화층에는 결합재로서 평균직경이 0.1㎛, 길이가 약 0.1㎛인 가늘고 긴 알루미나 미세분말이 입자형상의 텅스텐 및 알루미나 사이에 들어가서 양자의 결합력을 높이고 있다.

그런데 전자방출부를 지지하는 음극슬리브는 전자방출부 이외로의 열전도를 억제하고 열효율을 향상시키도록 두께를 예를들면 15㎛ ~ 20㎛으로 매우 얇게 형성한다. 이와 같이 얇은 음극슬리브의 내면에 상기와 같은 방법으로 흑화층을 부착시키면 강도열화가 현저하고, 제조 중에 파편과 크랙등이 발생하거나 동작중에 열피로로 변형이 생기기 쉬운 문제가 있다. 특히 음극슬리브로서 탄탈(Ta) 또는 탄탈(Ta) 합금을 사용한 경우는 알루미나와 탄탈(Ta)제 슬리브와의 반응에 의해 슬리브 전체에 화합물이 생성되어 강도열화가 현저해지는 것이 확인되고 있다. 음극 동작시에 이 슬리브가 변형하면 칼라수상관의 특성불량, 특히 컷오프특성이 변화하여 휘도가 열화하거나 또는 색 어긋남이 불량해지는 문제가 있다. 또한 침상의 알루미나졸을 사용하면 이 침상의 선단부에 전계가 집중하는 것에 의한 히터와 슬리브와의 사이의 절연불량이 발생하기 쉬운 문제도 있다.

이와 같은 음극슬리브에 흑색피막을 부착시키는 방법은 예를들면 일본 특허 공고 77-28631호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 텅스텐분말과 산화알루미늄 분말과의 혼합물의 현탁액에 슬리브를 담그고 그것을 건조한후에 소결하여 흑색피막을 형성하는 방법이 알려져 있다. 또한 상기한 일본 특허 공개 86-288339호 공보나 일본 특허 공개 90-72533호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 텅스텐과 산화알루미늄과의 혼합분말의 현탁액을 슬리브내에 주입하여 소정시간 후에 여분의 현탁액을 진공흡인하여 제거하고, 건조, 소결하여 흑색피막을 형성하는 방법이 알려져 있다.

음극슬리브에 흑색피막을 부착시키는 방법가운데 전자의 일본 특허 공고 77-28631호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 흑색피막 재료의 현탁액에 슬리브를 담그고 부착시키는 방법은 슬리브 안팎의 표면에 흑색피막을 형성하기에는 적당하지만 슬리브의 내면에만 부착시키기에는 부적당하다.

또한 피막 두께의 균일성을 얻기 어려운 경향이 있다. 한편 상기 일본 특허 공개 86-288339호 공보나 일본 특허 공개 90-72533호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 현탁액을 슬리브 내에 주입한 후 여분의 현탁액을 진공흡입하여 제거하는 방법은 내면에만 부착시키는 데에 적당하지만 균일한 막두께로 흑색피막을 형성하는 것이 실제로는 곤란하다는 것이 지적되고 있다.

본 발명의 목적은 음극슬리브의 기계적인 강도를 소재의 강도이상으로 향상시킬 수 있고, 재현성이 풍부하며 신뢰성이 높은 음극구체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 목적은 음극슬리브와 같은 통형상체 내면에 균일한 두께의 피막을 재현성 좋게 부착형성할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 의하면 음극슬리브의 내면 흑화층이 0.5㎛내지 2㎛의 평균입자 직경을 가지는 텅스텐과 0.1㎛ 내지 1㎛의 평균입자 직경을 가지는 알루미나가 중량비(텅스텐 : 알루미나)로 (90:10)내지 (65:35)로 혼합딘 소결층인 음극구체가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 음극슬리브의 내면에 평균입자직경이 0.5㎛내지 2㎛인 텅스텐과 평균입자직경이 0.1㎛ 내지 1㎛인 알루미나를 중량비(텅스텐 : 알루미나)로 (90:10)내지 (65:35)로 혼합한 슬러리를 도포하고 이것을 비산화성 분위기하에서 1250℃ 내지 1580℃의 범위의 온도로 소결하여 흑화층을 형성하는 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 음극슬리브의 기계적인 강도가 소재의 강도이상으로 높고, 재현성이 풍부하며 신뢰성이 높은 음극구체를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 피막재료의 현탄액을 통형상체의 내부에 채우고, 그와 동사 도는 그 후에 통형상체의 개구부에 다공질흡수체를 접촉 또는 근접시켜서 여분의 현탁액을 흡수하고, 그후 피막재료가 부착되어 있는 통형상체를 가열처리하는 통형상체로의 피막형성 방법이 제공된다. 또한 동일한 방법에 의해 전자방출음극의 일부를 구성하는 통형상체의 내면에 흑색피막을 형성하는 전자방출음극으로의 피막형성방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 통형상체의 내부에 채운 피막재료의 현탁액을 원활하게 제거할 수 있고, 통형상체의 내면에 부착하고 남은 피막의 두께를 전체에 걸쳐서 균일하게 할 수 있다. 따라서 이 균일한 두께의 피막을 재현성 좋고 또 비교적 능률적으로 형성할 수 있다.

이하 본 발명을 칼라수상관의 전자총구체의 일부를 구성하는 함침형 음극구체에 적용한 예를 도면을 참조하여 설명한다. 제1도에 있어서 부호 11은 전극을 지지하는 글라스비드, 12는 방출전자를 제어하는 제1제어글릿, 13은 전자방출되는 전자방출부인 에미터함침형 음극디스크, 14는 디스크를 유지하는 캡, 15는 그 단부에 디스크 및 캡을 고정하는 음극슬리브, 16은 음극슬리브를 지지하는 3개의 스트랩, 17은 그 내부에 배치된 슬리브(15)에서 방출되는 열을 반사하는 열반사용 원통, 18은 열반사용 원통을 지지하는 지지링, 19는 슬리브(15) 및 함침형 음극디스크(13)등으로 이루어지는 음극을 유지하는 음극유지용 원통, 20은 음극구체를 글라스비드에 지지시키는 지지암, 21은 에미터함침형 음극디스크(13)를 가열하는 코일드코일형의 히터, 22는 히터에 접속된 히터단자를 나타내고 있다.

함침형 음극디스크(13)는 공공율이 약 20%인 다공질텅스텐(W)의 기체에 전자방사 물질이 함침된 것이다. 또한 이 음극디스크(13)의 표면에는 이르디윰(Ir)-텅스텐(W) 합금층이 형성되어 있다. 또한 히터(21)는 30% 레늄(Re)-텅스텐(W) 합금선으로 구성되고 그 표면에 절연물인 알루미나가 코팅되어 있다. 또한 이 알루미나의 표면에 열방사 특성을 좋게 하기 위해서 텅스텐과 알루미나의 혼합물이 코팅되어 있다. 그리고 음극슬리브(15), 디스크유지용 캡(14) 및 3개의 스트랩(16)은 어느것이나 탄탈(Ta) 또는 탄탈을 주성분으로 하는 합금으로 구성되어 있다. 이 음극슬리브의 내면, 음극캡의 이면 및 스트랩의 전체면에는 제2도에 확대되어 나타내는 바와 같이 흑화층(23)이 각각 부착형성되어 있다.

다음에 흑화층(23)에 대해서 바람직스러운 제조방법을 참조하여 설명한다. 또한 이하는 주로 음극슬리브(15)의 내면에 흑화층을 형성하는 경우를 대표적으로 설명한다.

[실시예 1]

평균입자직경 0.9㎛의 텅스텐분말과 평균입자직경이 0.7㎛의 알루미나((A12O3) 분말을 중량비로 80:20으로 한 혼합분에 초산부틸과 니트로 셀룰로우즈를 혼합시켜서 슬러리를 형성했다.

다음에 이 슬러리를 외부직경이 1.3mm, 두께가 20㎛, 길이가 4.2mm 의 탄탈제 음극슬리브(15)의 내면에 주입법으로 도포하고 건조시켰다. 이 상태의 도포막은 평균하여 약 10㎛의 두께였다.

그후 이것을 10-6torr 이하의 진공 분위기중에서 1250℃ 내지 1580℃의 범위의 온도, 예를들면 1450℃에서 10분간의 열처리를 행하고 텅스텐분말과 알루미나 분말의 혼합소결층으로 이루어지는 흑화층(23)을 형성했다.

또한 이 열처리온도의 설정조건은 이하와 같이하여 결정했다. 즉 폭이 0.32mm, 두께가 30㎛, 길이가 150mm의 탄탈제 리본의 전체면에 상기한 슬러리를 도포하여 건조시킨후 10^-6torr 이하의 진공중에서 온도를 1000℃에서 1700 ℃의 범위의 여러 온도로 각각 10분간 소성하고 흑화층이 형성된 리본을 제작했다. 흑화층의 평균적인 두께는 약 10~15㎛이다. 비교하기 위해서 슬러리를 도포하지 않는 탄탈제 리본도 동시에 처리했다. 그리고 각각의 조건으로 처리한 리본의 파단강도를 인장시험에 의해 조사했다.

파단가중은 제3도에 나타내는 바와 같이 처리온도가 역 1200℃를 초과한 부근에서 증가하고, 1500℃의 처리에서 최대가 되고, 슬러리를 도포하지 않은 탄탈(Ta)리본의 경우 대략 2배가 되고, 그 이상의 처리에서는 급격하게 저하하여 1580℃를 초과하면 슬러리를 도포하지 않은 탄탈제리본과 동등 또는 그 이하로 파단가중이 저하한다는 의외의 사실이 확인되었다. 이것에 의해 열처리온도는 1250℃ 내지 1580℃의 범위가 음극슬리브의 기계적강도를 소재의 그것보다도 높이기 때문에 바람직스러운 것이 확인되었다. 그리고 1400℃내지 1550℃의 범위에서 열처리하여 소결함으로써 특히 강도적으로 좋은 결과가 얻어졌다. 이와같이 특정범위의 열처리온도에서 음극슬리브의 기계적강도가 소재의 그것보다도 높아지는 이유는 기체인 탄탈중에 흑화층형성재료 중의 산소, 알루미늄 또는 텅스텐이 탄탈입자계부에 미량석출함으로써 기체 결정의 이상 조대화나 등축결정화가 방지되기 때문이라고 추정된다.

다음에 상기한 열처리 온도범위가 다른 성능의 평가로도 적정한지 어떤지를 조사하기 위해서 흑화층을 형성한 리본의 표면경도나 파단부의 주사형 전자현미경 관찰을 행함과 동시에 실제로 음극슬리브를 제작하여 함침형 음극구체에 조립될 때의 조립성을 평가했다. 또한 완성한 함침형 음극구체를 칼라수상관에 조립하여 수명시험 중의 열피로 특성을 조사했다.

그 결과 이하에 나타내는 표 1 에 정리했다. 이 표 1 에 나타낸 결과에 대해서 더 상세히 서술한다. 즉 경도는 흑화처리한 샘플에서 흑화물을 기계적으로 떼어낸 후 표면에 비커스경도를 측정했다. 그 결과 열처리온도가 1200℃에서부터 경도가 서서히 상승하고, 1580℃를 초과하면 급격하게 상승하며, 1600℃ 이상의 처리온도에서는 급격하게 경도가 높아짐을 알았다.

또한 파단부의 주사형 전자현미경 관찰에서는 흑화처리한 샘플의 경우는 1580℃이하의 열처리온도의 것은 결정의 늘어남을 수반한 연성파단의 형태를 하고 있음을 알았다. 그것에 대해서 열처리온도가 1600℃를 초과한 것에서는 입자계가 파단을 하고 있고 취성파단에 이르는 것이 확인되었다. 텅스텐, 알루미나의 입자직경은 소결전후에서는 거의 변하지 않았다.

또한 조립성의 평가는 조립장치의 치구를 음극슬리브의 내측에 삽입했을때의 흑화층의 떨어짐의 발생유무 및 음극디스크를 음극슬리브의 개구단부의 내측에 압입할 때의 음극슬리브의 깨어짐의 발생유무등으로 평가했다. 또한 열피로특성은 칼라수상관의 수명시험중의 컷오프 전압의 변화를 조사했다. 일반적으로 수상관에서는 제1글릿과 음극표면과의 사이의 간격치수가 어떤 원인으로 변화하면 컷오프전압이 변화하고, 양극전류가 변화한다. 음극을 칼라수상관에 사용한 경우 적, 녹, 청 각각의 전자총의 컷오프전압은 균등하게 조정된다. 그런데 칼라수상기를 장시간 사용하다 보면 음극 구성재료가 열피로에 의해 변형하고 제1글릿과 음극표면과의 사이의 간격치수에 변화가 일어난다. 이 치수변화는 적, 녹, 청 각각의 전자총으로 일정하지 않은 것이 보통이기 때문에 형광면에 입사하는 전자빔전류가 변화하고 색어긋남을 일으킨다. 또 휘도열화도 일어난다. 그래서 열처리온도를 여러 가지로 바꾼 경우의 음극슬리브의 열피로에 의한 치수변화를 칼라수상관의 음극가열방냉 시험에 의해 확인했다. 이 시험조건은 캐소드의 도달온도가 약 1150℃가 되도록 히터인가전압을 정하고 5분 ON, 10분 OFF로 반복시험을 행했다. 음극표면과 제1글릿의 치수변화가 컷오프전압의 변화량과 거의 비례하기 때문에 컷오프전압의 변화량을 측정하는 것으로 비교적 정밀도 좋게 슬리브의 열피로에 의한 변형을 측정할 수 있다. 컷오프전압의 변화는 ON, OFF를 4,000번 반복한 후의 결과로 판단했다.

표 1 에서 분명히 한 바와 같이 이 컷오프전압이 변동의 정도로부터도 흑화층형성의 열처리온도는 1250℃에서 1580℃의 범위가 양호한 특성을 나타내는 것이 확인되었다.

[실시예 2]

흑화에 사용하는 텅스텐분말과 알루미나분말의 입자직경을 여러 가지 바꿔서, 조립한 샘플을 제작하고 평가했다. 사용한 텅스텐분말과 평균입자 직경은 0.1㎛, 0.5㎛, 0.9㎛, 2㎛, 3㎛, 5㎛ alc 10㎛의 7종류를 준비했다. 또한 알루미나분말은 알루미나 미분(평균입자직경이 약 0.01㎛, 길이가 약 0.1㎛) 평균입자직경이 0.1㎛, 0.3㎛, 0.5㎛, 0.6㎛, 0.8㎛, 1.0㎛, 2㎛ 및 5㎛의 합계 9종류를 준비했다. 또한 슬러리의 건조후의 피막의 열처리 온도는 모두 1450℃호 하고 처리분위기는 동시 진공도의 진공으로 했다. 각 분말의 여러 가지 조합에 의한 시험의 결과를 표 2에 나타냈다.

이 평가는 열처리후의 흑화층(23)의 부착강도의 정도와 히터 및 캐소드간의 내전압을 측정했다. 흑화층의 부착강도는 선단의 예리한 침으로 도포막을 긁고, 그때의 벗겨지는 상태에서 부착강도의 정도를 판단했다. 또한 내전압은 각각의 샘플을 각 5개씩 함침형 음극구체로써 조립하고, 또 각각을 수상관에 조립하여 히터 및 캐소드간에 직류전압을 인가하며 방전하는 전압을 측정하여 평가했다. 또한 이 시험은 히터가열전압을 정격의 1.1배로하여 평가했다.

표 2에서 분명히 한 바와 같이 부착강도 및 내전압의 점에서 텅스텐분말의 평균입자직경은 0.5㎛이상 2㎛이하의 범위가 적절함이 증명되었다. 한편 알루미나분말은 그 평균입자직경이 0.1㎛이상 1㎛미만의 범위가 적절함이 증명되었다. 또한 알루미나미분을 이용한 샘플이 내전압성능이 현저히 떨어지고 있는 이유는 선단이 예리한 형상의 알루미나를 이용했으므로 그 미립자의 선단에 전게가 집중하기 때문에 방전하기 쉽다고 생각된다.

[실시예 3]

이 실시예 3은 음극슬리브의 내면 및 스트랩의 전체표면을 흑화한 함침형 음극구체를 대상으로 하고 있다. 음극슬리브의 내면에 흑화층을 형성하는 방법은 상기의 실시에에서 설명한 방법을 채용했다. 그리고 스트랩의 그 폭이 0.2mm, 두께가 0.02mm의 탄탈제이다. 이 스트랩재의 전체면에 평균적인 두께가 3㎛의 흑화층(23)을 형성했다. 사용한 텅스텐분말의 평균입자직경은 0.9㎛, 알루미나분말의 평균입자직경은 0.6㎛으로 했다. 슬러리도포, 건조후의 진공중에서의 소결온도는 1450℃로 했다.

이렇게 해서 제작한 함침형 음극구체를 수상관에 조립하고 수명시험중의 컷오프전압의 변화를 조사했다. 평가조건은 상기(실시예 1)와 같다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3에서는 분명히 한 바와 같이 스트랩에도 흑화층(23)을 형성함으로써 스트랩의 기계적인 강도가 소재의 그것보다도 향상하기 때문에 컷오프전압의 변화를 작게할 수 있었다.

[실시예 4]

이 실시예 4도 음극슬리브내면에 텅스텐분말 및 알루미나분말을 이용하여 흑화층(23)을 형성한 함침형 음극구체를 대상으로 하고 있다. 이 실시예 4에서는 흑화에 사용하는 텅스텐분말과 알루미나분말의 중량비를 여러 가지 바꾼 샘플을 제작하여 평가했다. 즉 사용한 텅스텐분말의 평균입자 직경은 0.9㎛, 알루미나분말은 0.8㎛이다. 슬러리도포, 건조후의 열처리온도는 모두 1450℃로 하고 진공분위기중에서 10분간 열처리를 했다.

이 실시예 4에서의 평가는 열처리후의 흑화층의 외관색, 부착강도 및 캐소드온도가 1100℃가 되는 히터온도를 각각 측정했다. 흑화층의 부착강도는, 피막을 선단이 예리한 바늘로 긁고 그때의 벗겨지는 상태에서 부착강도의 정도를 평가했다. 또한 캐소드온도의 측정은 각각의 샘플을 함침형 음극구체에 조립한 후 히터를 삽입한 다미관을 제작하여 행했다. 그 결과 표 4에 나타낸다.

표 4에서 분명히 한 바와 같이 흑화층의 부착강도, 캐소드온도특성의 점에서 텅스텐분말과 알루미나분말과의 중량비(텅스텐:알루미나)는 (90:10)내지(65:35)의 범위가 적절함이 증명되었다. 그리고 특히 이 텅스텐과 알루미나와의 중량비(텅스텐:알루미나)는 (70:30)내지 (85:15)의 범위보다 한층 양호한 성능을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

[다른 실시예]

상기 실시예에서는 음극슬리브 및 스트랩재로써 탄탈(Ta)재를 사용한 경우에 대해서 서술했다. 그러나 그것에 한정되지 않고 예를들면 10중량%의 텅스텐(W)을 포함하는 탄탈(Ta )을 주성분으로 하는 탄탈(Ta)합금이나 2.5중량%의 텅스텐(W)을 포함하는 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 탄탈(Ta)합금이어도 동일의 효과가 있었다. 또한 40중량%의 니오브(Nb)를 포함하는 탄탈(Ta)합금이어도 동일의 효과기 있었다. 또한 40중량%의 니오브(Nb)를 포함하는 탄탈(Ta)합금이어도 좋다. 또한 이 음극슬리브는 니오브(Nb)여도 좋고 또한 USP4820954에서 알려지는 바와 같은 니오브(Nb)를 주체로 하고 이것에 티탄(Ti), 지로코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 도는 텅스텐(W)중에서 선택한 적어도 한가지를 합쳐서 15중량%이하 포함하는 합금이어도 좋다.

이상과 같이 음극슬리브 및 스트랩재로써는 원소의 주기율표 5A족의 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta) 및 원소의 주기율표 6A족의 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)중에서 선택된 적어도 한가지 또는 합쳐서 15중량%이하 포함하는 합금을 이용할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 음극슬리브 및 스트랩재에 흑화층을 형성한 경우에 대해서 서술했는데 디스크유지용 캡의 이면에 흑화층(23)을 형성해도 좋고 그것에 의하면 음극구체의 강도의 향상뿐만 아니라 캡을 통한 열전달 효과의 증대에 의한 히터온도의 저감효과가 한층 놓아진다.

또한 본 발명은 함침형 음극구체에 한정되지 않고 다른 방열형음극이나 직열형음극등에도 적용가능하다. 또한 텅스텐분말 및 알루미나분말외에 다른 내열성분말을 수 중량%이하 포함해도 좋다. 본 발명에 있어서는 평균직경이 0.01㎛, 길이가 0.1㎛인 가늘고 긴 알루미나 미세분말이 흑화층중에 혼재되지 않아도 흑화층내의 미립자가 충분한 결합강도로 결합되며 또 이 층은 확실하게 슬리브내면에 부착된다.

다음으로 칼라수상관에 내장된 전자방출음극의 슬리브의 내면에 흑색피막을 부착형성하는 방법에 대해서 설명한다. 또한 도면을 참조하는 이하의 설명에 있어서 제1도와 제2도에 나타낸 것과 동일부분은 동일부호로 나타내고 그 상세한 설명은 생략한다.

제4a도에 나타내는 바와 같이 통형상체 즉 음극슬리브(15)로써 두께가 15㎛, 직경이 1.2mm, 길이가 4.2mm의 탄탈제의 가늘고 긴 파이프가 준비된다. 이 음극슬리브(15)를 수직으로 배치하고, 윗쪽에서 주입기(24)의 선단노즐(24a)을 슬리브내에 조금 삽입하여 화살표와 같이 소정량의 흑색피막 재료의 현탁액을 주입한다. 흑색피막이 되는 재료의 현탁액은 평균입자직경이 0.9㎛의 텅스텐분말과, 평균입자 직경이 0.7㎛의 산화알루미늄 즉 알루미나 분말을 중량비로 약 80:20으로 한 혼합분에 분산용 액체로서 초산부틸 및 니트로셀룰로우즈를 혼합시킨 것이다. 이 경우 텅스텐 및 알루미나의 혼합분과 분산용 액체와의 중량비는 약 50:50이다.

이것에 의해 제4b도에 나타내는 바와 같이 현탁액(25)은 슬리브(15)중에 채워진다. 슬리브의 아래쪽 개구부에서는 현탁액은 그 표면장력과 중력과의 균형으로 개구면보다도 아래쪽으로 조금 팽창하여 나온다.

현탁액을 슬리브내에 채운 상태를 소정시간, 예를들면 5초간 유지한 후 제4c도에 나타내는 바와 같이 슬리브(15)의 아래쪽 개구단면(15a)에 다공질흡수체(26)를 근접 또는 접촉시켜서 슬리브내의 현탁액(25)을 빠르게 흡수 시킨다. 현탁액(25)은 그 대부분이 화살표와 같이 다공질흡수체(26)중에 모세관현상에 의해 유동해가지만 음극슬리브(15)의 내부둘레면에는 흑색피막재료의 피막(23)이 소정두께로 부착하여 남는다. 그리고 다공질 흡수체(26)에 여분의 현탁액을 다 흡수시킨 단계에서 제4d도에 나타내는 바와 같이 음극슬리브(15)와 다공질흡수체(26)를 떨어뜨린다.

여기서 사용한 다공질흡수체(26)는 두께 약 3mm에 적층한 코튼지이다. 이 다공질흡수체(26)의 물의 초기흡수(吸收)속도 즉 초기흡수(吸水)속도는 약 8.7mm/초, 현탁액의 초기흡수속도는 1.7mm/초이다. 또한 여기서 물 또는 현탁액의 초기흡수 속도와는 흡수개시에서 3초간에 있어서의 평균흡수 높이이다. 또한 이 평균 흡수높이의 측정은 다음과 같이 행했다.

(1) 다공질흡수체를 폭 15mm, 길이 120mm의 장방형으로 하고 이것을 시험조작으로 5장 사용했다.

(2) 측정은 일반대기중에서 행한다.

증류수와 본 실시예에서 이용한 현탁액의 2종류를 각각 용기에 넣은 것을 준비하고 온도를 20℃로 했다.

(3) 시험조각의 짧은 변에서 5mm정도에 그것과 평행하게 연필로 표선을 긋고 수직으로 유지하며 표선까지 빠르게 물증에 넣어서 3초간에 물이 상승한 지폭의 중앙위치까지의 높이를 mm단위로 읽는다. 길이계는 시험조각과 평행하게 유지하고 측정시간 중에 시험조각과 접촉하지 않도록 한다.

(4) 3초간에 시험조각에 상승한 흡수높이를 mm로 나타내고 흡수높이로 했다. 초기 흡수속도와는 흡수개시에 3초간에 있어서의 흡수높이에 대한 1초당 흡수높이로 정의되며 단위는 (mm/초)이다.

이와같이 부착시킨 음극슬리브 내부둘레면의 흑색재료피막(23)을 건조시키고, 다음으로 약 10 torr의 진공분위기 중에서 1450℃, 10분간의 열처리를 행하고 텅스텐분말과 알루미나분말의 혼합소결층으로 이루어지는 흑색피막(23)을 얻는다.

이렇게 해서 음극슬리브의 내면에 부착형성한 흑색피막(23)은 약 5㎛의 균일한 두께였다. 즉 완성한 음극슬리브(15)를 세로로 나누어 현미경 관찰한 바 제5a도, 제5b도, 제5c도, 제5d도에 나타내는 바와 같이 슬리브의 양단부 및 중앙부에 있어서의 흑색피막(23)의 두께는 매우 균일하고, 요철은 0.5㎛이하였다. 또한 텅스텐분말, 알루미나분말의 입자 직경은 소결전후에는 변하지 않았다. 또한 제5b도, 제5c도, 제5d도는 제5a도의 영역 VB, VC, VD를 각각 나타낸다.

그것에 대해서 제6a도에 나타내는 바와 같이 종래 알려져 있는 진공흡인에 의해 음극슬리브 내의 현탁액을 제거한 것은 제6b도, 제6c도, 제6d도와 제6e도에 나타내는 바와 같이 불균일한 피막두께이고, 특히 개구단부부근에 소망하지 않게 두꺼운 피막이 부착하는 것이 확인되었다.

또한 제6c도, 제6d도, 제6e도는 제6b도의 영역 VIC, VID, VIE를 각각 나타낸다. 즉 제6a도에 나타내는 바와 같이 현탁액(25)을 슬리브(15)중에 주입한 후 아래쪽의 개구단에서 진공흡인기(28)에 의해 현탁액을 흡인하도록 제거했다. 이 음극슬리브를 상기와 동일하게 건조하고 가열처리하여 혼합 소결층으로 이루어지는 흑색피막(23)을 얻었다. 이것을 현미경 관찰한 바 제6c도에 나타내는 바와 같이 도면 윗쪽의 개구단부의 흑색피막(23)은 비정상적으로 두껍게 부착되어 있고, 또한 일부에 피막이 뜨는 공극(G)이 생기는 것이 확인되었다. 또한 제6d도 및 제6e도에 나타내는 바와 같이 중간부나 다른쪽의 개구단부의 피막은 요철 및 두께의 불균일이 현저하고 피막이 부분적으로 존재하지 않는 면도 확인되었다. 덧붙여서 진공흡인기를 슬리브의 윗쪽에 대어 현탁액을 흡인한 바 반대로 슬리브의 아래쪽의 개구단부 부근에 이상하게 두꺼운 피막이 부착했다. 이것은 진공흡인해도 흡인하는 쪽과는 반대측 단부의 현탁액이 빠르게 흡인제거되지 않게 많이 부착한 상태가 되는 경향이 있는 것으로 생각된다.

또한 피막이 뜨고 부분적인 벗겨짐이 생기기 쉽다. 이것을 방지하기 위해 흡인력을 증가한 바 슬리브내의 공기에 난류가 일어나고 피막의 두께가 오히려 불균일하게 되며 또 피막이 부분적으로 존재하지 않는 도포얼룩이 인정되었다.

다공질흡수체로써 적당한 재료는 다음과 같은 확인에 기초하여 정했다. 즉 음극슬리브내측에 상기 피막재료의 현탁액을 충전하여 5초간 유지한 후 흡수체로써 서예연습용지, 통상의 인쇄용지, 통상의 필기용지, 통상의 도면용지, 티슈페이퍼, 코튼지, 식기세척용스폰지, 나이론면, 코튼면을 각각 음극슬리브의 개구단면에 대어 현탁액을 흡수하도록하여 슬리브내면으로의 피막의 부착상태를 관찰했다. 또한 각각에 대해서 상기와 동일한 가열처리를 행하고 음극슬리브의 일단으로의 디스크 및 캡의 압입에 의한 조립성 및 각 14개씩 함침형 음극구체로써 조립하고 그것을 칼라수상관에 조립하여 내전압성능의 비교를 행했다. 조립성의 평가는 음극디스크 및 캡을 음극슬리브의 내측에 삽입했을때의 흑색피막의 벗겨짐의 발생유무 및 음극슬리브의 깨어짐의 발생유무로 평가했다. 또한 내전압성능은 히터가 열전압을 정격의 1.1배로 하고, 각각의 음극슬리브와 히터와의 사이에 직류전압을 인가하고 방전개시전압을 측정하여 평가했다. 또한 진공흡인 및 공기분무에 의한 현탁액 제거도 행하고 동일하고 비교했다. 이 결과를 표 5에 나타낸다.

표 5 에 나타내는 결과에서 양호한 균일두께의 피막을 형성할 수 있고 양호한 조립성 및 내전압성능을 얻을 수 있는 다공질흡수체는 코튼지, 코튼면이 가장 좋고 다음으로 티슈페이퍼, 종이 행주의 일종인 킴와이프(상품명)이다. 또한 옥화성공업(주)에서 [벤코트]로써 판매되고 있는 코튼지는 이 다공질 흡수체로써 적절했다. 또한 코트면의 일종인 통상의 탈지면은 현탁액의 흡수가 양호하고 섬유의 빠짐에 주의를 하면 사용할 수 있다.

그것에 대해서 서예 연습용지, 스폰지, 나이론면에서는 흡입속도가 늦고 음극슬리브의 개구단의 흡입측과 반대측이 두꺼운 피막이 되는 경향을 나타냈다. 인쇄용지, 필기용지, 도면용지는 흡입이 매우 나쁘고 피막의 도포가 생기지 않았다. 또한 진공흡인에 의한 흡입제거는 상기한 바와 같이 개구단부 부근에 잔사가 생겨서 피막이 뜨는 것이 생기며 또 도포얼룩이 생겼다. 또한 공기의 분무에 의한 제거방법은 도포면이 파문상이 되어 도포얼룩이 크다.

여러 가지의 다공질 흡수체의 물 또는 현탁액의 흡수 높이 및 초기 흡수속도를 상기의 측정방법으로 측정한 결과를 표 6 에 나타낸다. 이것으로부터 적당한 다공질 흡수체는 초기흡수 속도가 3mm/초의 재질이고, 바람직하기로는 7mm/초의 재질이다.

또한 현탁액으로써 사용하는 피막원료는 평균입자직경이 2㎛이하, 보다 바람직하기로는 평균입자직경이 1.2㎛이하의 미분말이 균일한 피막두께를 얻는 것이 적당하다. 또한 현탁액 중에 포함되는 미분말의 양을 바꿈으로써 피막의 피막의 두께를 제어할 수 있지만, 양이 너무 많아지면 농도가 높아지고 작업환경에 영향을 끼치기 쉽고, 대량생산에서의 피막 두께의 불규칙함이 증대하기 때문에 적당한 농도범위로 설정하는 것이 바람직하다. 덧붙여서 텅스텐이나 알루미나와 같은 고융점 미분말과 분산용액체와의 현탁액의 경우는 실용성이 있는 농도범위는 고융점 미분말과 분산용액체와의 중량비가 30:70내지 70:30의 범위였다.

제7도에 나타내는 실시예는 피도포슬리브(15)가 특히 가늘고 긴 경우에 적당한 피막형성 방법이다. 즉 피도포슬리브(15)에 아래쪽 개구단면에 초기부터 다공질 흡수체(26)를 접촉시켜 두고, 슬리브내에 현탁액(25)을 윗쪽에서 주입한다. 현탁액은 슬리브(15)의 내면에 윗쪽에서 차례로 채워간다. 그리고 현탁액이 슬리브의 내면전체에 걸침과 동시 액의 선두부가 다공질 흡수체(26)에 접촉하면 급속하게 이 흡수체에 흡수된다. 현탁액에 접하는 시간을 거의 균등화할 수 있고 부착하는 피막의 두께를 보다 균일하게 할 수 있다.

또한 다공질흡수체(26)를 화살표(p)와 같이 이동시키면서 현탁액을 흡수하게 해도 좋고 그것에 의해 다공질 흡수체로의 흡수량을 실질적으로 무제한으로 할 수 있다. 또는 다공질 흡수체를 정위치에 두고 현탁액을 흡수시키고 일정시간 후에 슬리브에서 떨어뜨려 소정거리 이동시키고 다시 슬리브에 접촉시켜서 신선한 면에서 현탁액을 흡수시키며 이것을 반복하도록 해도 좋다. 이것은 다른 실시예에 있어서도 동일하다. 따라서 이와 같은 다공질 흡수체를 연속적 또는 간헐적으로 이동시키는 방법에 의하면 상당히 장대한 슬리브의 내면에도 균일한 피막을 재현성 좋게 형성할 수 있다.

제8a도, 제8b도와 제8c도에 나타내는 실시예는 바닥을 가지는 통형상체인 캡(27)의 내면에 피막을 형성하는 방법을 나타내고 있다. 우선 제8a도에 나타내는 바와 같이 바닥을 가지는 형태의 캡(27)의 개구를 위를 향하게 배치하고, 안에 피막재료인 현탁액(25)을 주입하면 채운다. 다음으로 제8b도에 나타내는 바와 같이 바닥을 가지는 형태의 캡(27)의 개구에 다공질 흡수체(26)를 덮어 접촉시킨다. 그리고 빠르게 화살표(S)와 같이 이것일 위아래 거꾸로 바꿔서 현탁액(25)을 흡수체(26)에 흡수하게 한다. 그것에 의해 제8c도에 나타내는 바와 같이 바닥을 가지는 형태의 캡(27)의 내면에 피막(23)을 균일하게 부착시킬 수 있다. 이것을 필요에 따라 가열처리 한다.

이 실시예에 의하면 비교적 직경이 크고 또 깊이가 낮은 통형상체의 내면에도 균일한 두께의 피막을 재현성 좋게 형성할 수 있다.

제9a도, 제9b도와 제9c도에 나타내는 실시예는 비교적 장대한 바닥을 가지는 원통형의 내면에 피막을 형성하는 경우이다. 제9a도에 나타내는 바와 같이 일단의 바닥벽을 내측으로 들어가게하여 에미터 함침형 디스크를 삽입고정하기 위한 바닥을 가지는 오목부(15a)를 형성한 바닥을 가지는 원통형상 슬리브(15)를 준비하고, 그 내부에 개구측에 배치한 주입기의 선단 노즐(24a)로부터 피막재료의 현탁액을 주입한다. 슬리브내가 원탁액으로 채워진다면 제 9B도에 나타내는 바와 같이 슬리브(15)의 개구에 다공질 흡수체(26)를 덮어 접촉시키고, 빠르게 화살표(S)와 같이 이것을 위아래 거꾸로 바꿔서 현탁액(25)을 흡수체(26)에 흡수시킨다. 이것에 의해 제9c도에 나타내는 바와 같이 바닥을 가지는 통형상 슬리브(15)의 내면에 피막(23)을 균일하게 부착시킬 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 다공질 흡수체(26)를 연속적으로 또한 간헐적으로 이동시키게 하면 흡수체의 신선한 부분에서 슬리브중에 현탁액과 바꾸어 넣어 공기가 들어가기 때문에 바닥을 가지는 원통형상의 슬리브이면서 현탁액의 원할한 흡수제법을 할 수 있기 때문에 한층 바람직하다. 그리고 피막을 가열처리 한다.

또한 슬리브의 내면 가운데 특정부분에 피막을 형성하지 않는 경우는 그 부분의 면을 마스크로 덮어 막든지 또는 개구단부이면 현탁액의 주입을 도중 위치까지 정지하는 것 등에 의해 선택적으로 피막형성을 할 수가 있다.

또한 이상의 실시예는 전자방출음극의 일부가 되는 통형상체의 내면에 흑색피막을 형성하는 경우에 대해서 서술했는데 그것에 한정되지 않고 다른 용도 또는 다른 성질의 피막을 통형상체의 내면에 부착성형하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 음극슬리브의 기계적인 강도가 소재의 강도 이상으로 놓고 재현성이 풍부하며 신뢰성이 높은 음극구체가 얻어진다. 또한 본 발명에 의하면 통형상체의 내면에 균일한 두께의 피막을 재현성 좋고 또 비교적 능률적으로 형성할 수 있다.

Claims (18)

1. 내면을 갖는 음극슬리브와, 상기 음극슬리브의 단부에 설치된 전자를 방출하는 전자방출부와, 상기 음극슬리브의 내측에 배치된 전자방출부를 가열하기 위한 가열히터와, 상기 음극슬리브의 내면에 형성된 흑색 피막으로 구성되어 있으며, 상기 음극슬리브의 내면의 흑색피막은 평균입자직경이 0.5㎛이상 2㎛이하의 범위의 텅스텐과, 평균입자직경이 0.1㎛이상 1㎛미만의 범위의 알루미나가 텅스텐 대 알루미나의 중량비가(90:10)내지 (65:35)의 범위로 혼합된 소결층인 것을 특징으로 하는 음극구체.
2. 제1항에 있어서, 상기 음극슬리브가 탄탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 합금 또는 니오브 또는 니오브를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극구체.
3. 제1항에 있어서, 텅스텐과 알루미나와의 중량비(텅스텐:알루미나)는 (70:30)내지 (85:15)의 범위인 것을 특징으로 하는 음극구체.
4. 전자방출부가 직접 또는 유지체를 통해서 설치되는 음극슬리브의 내면에 흑색피막을 형성하는 음극구체의 제조방법에 있어서, 상기 음극슬리브의 내면에 평균입자직경이 0.5㎛이상 2㎛이하의 범위의 텅스텐과 평균입자직경이 0.1㎛이상 1㎛미만의 범위의 알루미나를 중량비(텅스텐:알루미나)로 (90:10)내지 (65:35)의 범위로 분산용액체에 혼합한 현탁액을 도포하며, 이것을 비산화성분위기중에서 1250℃내지 1580℃의 범위의 온도로 소결하여 흑색피막을 형성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 음극슬리브가 탄탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 합금 또는 니오브 또는 니오브를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 소결온도가 1400℃내지 1550℃의 범위의 온도인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
7. 전자방출부가 설치되는 음극슬리브의 내면에 흑색피막을 형성하는 음극구체의 제조방법에 있어서, 상기 흑색피막으로 되는 재료를 분산용액체에 따라 현탁액으로써 준비하며, 이 현탁액을 상기 음극슬리브의 내부에 채우고, 채움과 동시에 또는 그후 상기 음극슬리브의 개구부에 다공질 흡수체를 접촉 또는 근접시켜서 여분의 현탁액을 흡수하게하여 흑색피막재료를 음극슬리브의 내면에 부착시키며, 흑색피막재료가 부착되어 있는 상기 음극슬리브를 가열처리하는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 흑색피막으로 되는 재료의 현탁액은 고융점 미분말과 분산용 액체를 혼합시킨것인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 고융점미분말과 분산용액체의 중량비가 (30:70)~(70:30)인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
10. 제7항에 있어서, 분산용액체가 니트로셀룰로우즈와 초산부틸의 혼합액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
11. 제8항에 있어서, 고융점 미분말은 평균입자직경이 2㎛이하 인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
12. 제8항에 있어서, 고융점 미분말이 평균입자직경이 0.5㎛이상 2㎛이하의 범위의 텅스텐과, 평균입자 직경이 0.1㎛미만의 범위의 알루미나를 텅스텐 대 알루미나의 중량비가 (90:10)내지 (65:35)로 혼합한 혼합분말인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 텅스텐과 알루미나의 중량비는 (70:30)내지 (85:15)의 범위인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
14. 제7항에 있어서, 음극슬리브가 5A 족 또는 6A 족의 원소로 이루어지는 단일체 또는 그 단일체를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
15. 제7항에 있어서, 음극슬리브가 탄탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 합금 또는 니오브 또는 니오브를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
16. 제7항에 있어서, 다공질 흡수체는 초기흡수속도가 3mm/초 이상인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
17. 제7항에 있어서, 다공질 흡수체는 초기흡수속도가 7mm/초 이상인 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.
18. 제7항에 있어서, 다공질 흡수체는 코튼 또는 코튼을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 음극구체의 제조방법.