KR100271484B1 - 산화물 음극 - Google Patents

Abstract

산화물 음극이 개시된다. 환원제를 포함하는 금속기체와, 상기 금속기체의 상부에 형성되는 바륨(Ba)을 주성분으로 하는 전자방출물질층과, 상기 금속기체를 지지, 고정함과 동시에 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비한 산화물음극에 있어서, 상기 전자방출물질층에 희토류금속 화합물이 더욱 포함되고, 바람직하게는 금속기체가 열처리된 것임을 특징으로 하는 산화물음극은 전자방출 특성이 향상된 장수명의 산화물음극이다

Description

산화물 음극

제1도는 통상적인 산화물음극의 단면도이고,

제2도는 종래의 산화물음극과 본 발명에 따른 산화물음극의 수명특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전자방출물질층 2 : 금속기체

3 : 슬리이브 4 : 히이터

본 발명은 전자 방출원으로서 가장 널리 사용되고 있는 산화물음극에 관한 것으로서, 상세하게는 전자방출물질층의 전자방출 특성을 향상시킨 장수명의 산화물음극에 관한 것이다.

종래의 수상관 등에 이용되는 전자관용 열전자 방출 음극에는 니켈(Ni)을 주성분으로 하고 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등을 환원제로서 미량 함유시킨 금속기체의 상부에, 바륨(Ba)을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속의 산화물층을 형성시킨 소위 '산화물음극'이 널리 사용되고 있다.

도 1에 통상적인 산화물음극의 단면도가 나타나 있다. 즉, 원판상의 금속기체(2)와 원관상의 슬리이브(3), 상기 금속기체(2)의 상부에 피착 형성되는 바륨을 주성분으로 하는 전자방출물질층(1) 및 상기 슬리이브의 내부에 내장되는 음극 가열용 히이터(4)로 구성된다.

상기 전자방출물질층은 다음과 같은 공정에 따라 형성된다. 즉, 유기 용매에 니트로셀룰로오즈 등을 용해시키고, 여기에 탄산바륨을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속의 탄산염 분말을 혼합한 뒤 스프레이법 또는 전착법 등의 방법으로 상기 금속기체의 상부에 피착 형성된다. 이렇게 제조된 음극은 전자총에 장착되어 전자관 내로 조립되는데 전자관 내를 진공으로 하기 위한 배기 공정에서, 음극은 히이터에 의해 약 1000로 가열, 승온되고, 이 때 탄산바륨은 다음식에 나타난 바와 같이 열분해되어 산화바륨으로 변환 된다.

BaCO₃- BaO + CO↑ (1)

생성된 산화바륨은 음극 동작중 기체 금속과 접하게 되는 경계면에서 기체 금속중의 환원제인 Si 및 Mg 등과 다음과 같은 환원반응을 일으킨다.

BaO + Mg - MgO + Ba⁺²(2)

4BaO + Si - Ba₂SiO₄+ 2Ba⁺²(3)

이와 같이 생성된 유리 바륨이 전자방출에 기여하는데, 이 때 금속기체로 부터 환원제가 과량으로 공급되면 BaO가 일정수준 이상으로 분해되어 전자 방출이 안정한 상태에서 이루어지지 않게 된다.

종래의 열음극에 있어서는 전자방출물질 구조의 특성상 히이터의 동작시 Ba의 열화가 일어나 전자방출 특성이 좋지 못하고 급격한 수명 저하가 일어나며, 금속기체에 대한 열처리가 적절하지 못한 경우에는 Ba 증발이 더욱 심하게 일어나고 결국 음극의 수명이 단축된다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 산화물음극에 있어서의 문제점을 감안하여 기존의 산화물음극에서 사용되는 전자방출물질에 신규한 물질을 첨가하여 제조함으로써 장시간에 걸쳐 안정된 고밀도의 전자방출 특성을 갖는 산화물음극을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 환원제를 포함하는 금속기체와, 상기 금속기체의 상부에 형성되는 바륨(Ba)을 주성분으로 하는 전자방출물질층과, 상기 금속기체를 지지, 고정함과 동시에 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비한 산화물음극에 있어서, 상기 전자방출물질층에 희토류금속 화합물이 더욱 포함되고, 상기 금속기체가 진공열처리된 것을 특징으로 하는 산화물음극을 제공한다.

특히, 상기 희토류금속 화합물은 산화란타늄(La₂O₃)인 것이 바람직하고, 전자방출물질 총량을 기준으로 하여 0.0001 내지 5 중량%를 함유시키는 것이 더욱 바람직하다. 상기한 산화란타늄의 첨가량 범위는 본 발명자의 반복적인 실험에 의해 얻어진 것으로서, 이의 첨가량이 0.0001 중량% 보다 적은 경우에도 이의 첨가 효과가 있기는 하지만 매우 미약하고, 첨가량이 5 중량%를 초과하게 되면 전자방출특성의 향상 효과가 오히려 감소하기 때문에 상기 범위가 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서 상기 진공 열처리는 특히 10^-6torr 이상의 진공하, 900 이상의 온도조건하에서 수행되는 것이 바람직하다.

전자 방출원으로 사용되는 바륨 화합물은 바륨, 칼슘, 알루미늄의 염으로 이루어진 화합물로서 통상 BaCO₃:CaCO₃:Al₂O₃를 일정비율로 혼합 소성한 것으로 이루어진다.

상기 바륨 화합물에 희토류금속 화합물을 혼합하고 락카, 용제 등에 분산시켜 현탁액을 만들어, 이를 스프레이법 또는 전착법 등에 의해 금속기체의 상부에 피착하여 형성시킨다. 전자방출물질층이 형성되면 슬리이브의 내부에 히이터를 삽입하여 전자관용 음극을 조립하게 된다.

본 발명에서와 같이 산화물음극 제조시 전자방출물질에 희토류금속의 화합물을 함유시키면 이후 배기공정과 에이징공정을 거쳐 전자방출물질층 내에서 안정한 산화바륨(BaO)이 형성된다. 이것이 음극에 안정된 전자방출 특성을 부여해 주는 것이다.

또한 금속기체를 열처리하게 되면 금속 기체 내부에 포함되어 있는 환원제가 음극 동작시 과량으로 공급되지 않기 때문에 상기 생성된 산화바륨의 안정된 상태가 장시간 유지되고, 따라서 안정된 전자방출과 장수명 특성을 동시에 얻을 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

금속기체를 10^-6torr의 진공하, 1000℃의 온도에서 열처리한다. 바륨ㆍ칼슘ㆍ알루미네이트 전자방출물질을 유기 용매 및 니트로셀룰로오즈와 혼합하고, 여기에 전자방출물질 총량을 기준으로 하여 1 중량%의 La₂0₃을 가하여 교반 분산시켜 현탁액을 제조한다. 이를 상기 열처리된 금속기체의 상부에 스프레이 하여 피착 한다. 슬리이브와 히이터를 조립하고 전자관내로 장착하여 배기공정과 에이징공정을 거쳐 본 발명의 산화물음극을 갖는 전자관을 제조한다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하되, 전자방출물질 총량을 기준으로 하여 0.0001 중량%의 La₂O₃을 가하여 본 발명의 산화물 음극을 제조하고 이를 갖는 전자관을 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하되, 전자방출물질 총량을 기준으로 하여 5 중량%의 La₂O₃을 가하여 본 발명의 산화물 음극을 제조하고 이를 갖는 전자관을 제조하였다.

도 2는 종래의 산화물음극과 상기 실시예 1에 따른 본 발명의 산화물음극의 수명특성을 비교하여 나타낸 그래프로서, a는 종래의 음극에 대한 것이고, b는 본 발명의 음극에 대한 것이다.

상기 수명특성은 전자관에 장착된 음극을 일정한 조건에서 일정한 시간 동안 계속 동작시키면서 전자방출 전류의 감소량을 측정한 것이다.

그래프에서 Mik(maximum cathode current)는 일정한 구동조건 하에서 음극에 방출되는 최대전류를 의미한다. 도면으로부터 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 음극이 종래의 음극에 비해 약 20% 이상의 수명 향상 효과가 있다. 본 발명자는 상기한 실시예 2 및 3을 통하여 제조된 산화물 음극으로부터도 수명 향상 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 음극에 있어서의 전자방출 특성의 산포도 또한 종래에 비해 월등히 우수한 성능을 갖는 것이다.

Claims (4)

1. 환원제를 포함하는 금속기체와, 상기 금속기체의 상부에 형성되는 바륨(Ba)을 주성분으로 하는 전자방출물질층과, 상기 금속기체를 지지, 고정함과 동시에 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비한 산화물음극에 있어서, 상기 전자방출물질층에 희토류금속 화합물이 더욱 포함되고, 상기 금속기체가 진공열처리된 것임을 특징으로 하는 산화물음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 희토류금속 화합물이 산화란타늄(La₂O₃)인 것을 특징으로 하는 산화물음극.
3. 제2항에 있어서, 상기 산화란타늄이 전자방출물질 총량을 기준으로하여 0.0001 내지 5 중량% 포함된 것을 특징으로 하는 산화물음극.
4. 제1항에 있어서, 상기 진공열처리가 10^-6torr 이상의 진공하, 900℃이상의 온도조건하에서 수행된 것임을 특징으로 하는 산화물음극.