KR20020063327A - Metal cathode and indirectly heated cathode assembly having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자빔 장치의 금속 음극에 관한 것으로, 상세하게는 텔레비전 브라운관, 촬상관 등의 전자빔 장치에 이용될 수 있는, 전자방출능력이 크고 작동온도가 낮은 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal cathode of an electron beam apparatus, and more particularly, to a thermoelectron emitting metal cathode for an electron beam apparatus having a high electron emission capability and a low operating temperature, which can be used for an electron beam apparatus such as a television CRT and an imaging tube, and a heat radiation type having the same. It relates to a cathode structure.
종래 전자관용 열전자 방출 음극에는 니켈(Ni)을 주성분으로 하고 규소(Si), 마그네슘(Mg) 등을 환원제로서 미량 함유시킨 금속 기재(base metal) 위에 바륨을 주성분으로 하는 알카리토류 금속 탄산염층, 바람직하게는 (Ba, Sr, Ca)CO3로 구성된 삼원 탄산염, 또는 (Ba, Sr)CO3로 구성된 이원 탄산염으로부터 전환된 산화물로 된 전자방출물질층을 구비한 소위 "산화물 음극"이 널리 사용되었다. 이러한 산화물 음극은 일함수(work function)가 낮아서 비교적 낮은 온도(700-800℃)에서 사용할 수 있다는 장점이 있는 반면, 전자방출능력에 한계가 있어 1A/㎠ 이상의 전류밀도를 방출하기 어려울 뿐만 아니라, 재료가 반도체이고 전기 저항이 크기 때문에 전자방출 밀도를 높이면 주울(Joule)열에 의한 자기가열로 인해 재료가 증발되거나 용융되어 음극이 열화되거나, 장기간 사용에 의해 금속기재와 산화물층 사이에 중간 저항층이 형성되어 수명이 단축되는 단점이 있다.A conventional alkali metal carbonate layer having barium as a main component on a base metal containing nickel (Ni) as a main component and a trace amount of silicon (Si), magnesium (Mg) as a reducing agent in a conventional electron tube cathode, preferably Preferably, the so-called "oxide cathode" having an electron emitting material layer of oxide converted from a ternary carbonate composed of (Ba, Sr, Ca) CO 3 , or a binary carbonate composed of (Ba, Sr) CO 3 is widely used. . These oxide cathodes have the advantage of being able to be used at relatively low temperatures (700-800 ° C.) due to their low work function, but have a limit in electron emission capability, which makes it difficult to emit a current density of 1 A / cm 2 or more. Because the material is a semiconductor and the electrical resistance is high, if the electron emission density is increased, the material is evaporated or melted due to the self heating by Joule heat, thereby deteriorating the cathode, or the intermediate resistance layer is formed between the metal substrate and the oxide layer by long-term use. There is a disadvantage that the life is shortened.
또한, 산화물 음극은 깨지기 쉽고 장착되는 금속기재에 대한 접착력이 낮으므로 이러한 타입의 음극을 구비한 음극선 장치의 수명은 짧아지게 된다. 예를 들어, 칼라 수상관의 3개 산화물 음극중 하나만 손상되어도 비싼 전체 장치가 고장나게 되는 것이다.In addition, since the oxide cathode is fragile and has low adhesion to the metal substrate to be mounted, the lifetime of the cathode ray device having this type of cathode is shortened. For example, if only one of the three oxide cathodes of a color receiver is damaged, the entire expensive device will fail.
이러한 이유 때문에 전술한 산화물 음극의 단점이 없는 고성능 금속 음극을 음극선 장치에 적용하려는 시도가 활기를 띄게 되었다.For this reason, attempts have been made to apply high-performance metal cathodes to the cathode ray device without the disadvantages of the oxide cathode described above.
예를 들어, 란타늄 헥사보라이드(LaB6)에 기초한 금속 음극은 산화물 음극에 비하여 강도가 크고 더 높은 전자방출능력을 갖는 것으로 알려져 있는데, 헥사보라이드의 단결정 음극은 10A/㎠ 정도의 높은 전류밀도를 방출할 수 있다. 그러나, 란타늄 헥사보라이드 음극은 수명이 짧기 때문에 음극 유니트의 대체가 가능한 일부 진공전자장치에만 사용되어 왔다. 란타늄 헥사보라이드 음극의 수명이 짧은 이유는히이터의 구성물질과의 높은 반응성에 기인한 것으로서, 란타늄 헥사보라이드가 히이터의 구성물질, 예를 들어 텅스텐과 접촉하여 많은 깨지기 쉬운 화합물을 형성하기 때문이다.For example, a metal cathode based on lanthanum hexaboride (LaB 6 ) is known to have higher strength and higher electron emission ability than an oxide cathode. Can emit. However, lanthanum hexaboride cathodes have been used only in some vacuum electronics, which can replace the cathode units because of their short lifetime. The short lifetime of the lanthanum hexaboride cathode is due to its high reactivity with the constituents of the heater, since lanthanum hexaboride forms many fragile compounds in contact with the constituents of the heater, eg tungsten. .
미국 특허 제4137476호에는 이러한 반응 가능성을 제거하기 위하여 란타늄 헥사보라이드와 히이터의 바디(body) 사이에 다른 배리어(barrier)층을 형성시킨 음극이 개시되어 있다. 그러나 이 방법은 그 복잡한 구조로 인하여 음극 생산비용이 상당히 증가하며 음극의 수명을 크게 개선하기도 어려우며, 브라운관에의 적용도 곤란하다는 문제가 있다.US Pat. No. 4,137,476 discloses a cathode in which another barrier layer is formed between lanthanum hexaboride and the body of the heater to eliminate this possibility of reaction. However, this method has a problem that due to its complicated structure, the production cost of the cathode is considerably increased, it is difficult to greatly improve the lifetime of the cathode, and it is difficult to apply to the CRT.
또한 Pt, Pd, Ir 등의 백금족 원소와 Ba의 합금 에미터들은 마그네트론(magnetron)이나 TWT(Traveling Wave Tube), BWT(Backward Wave Tube) 등의 음극으로 사용되어 왔는데, 열전자 방출 음극이 아니라 1차전자가 재료에 충돌하여 그 에너지로 2차전자가 방출되는 2차전자 방출 음극으로 이용되었다. 종래의 마그네트론에서 2차전자 방출 음극으로 사용되는 백금족 원소-Ba의 합금 에미터에 있어서, Ba 함유량은 1 내지 2중량%이며 수명이 1000시간 정도로 짧아 전자관용 열전자 방출 음극으로 사용하기는 불가능하다.In addition, alloy emitters of platinum group elements such as Pt, Pd, and Ir and Ba have been used as cathodes of magnetron, traveling wave tube (TWT), backward wave tube (BWT), etc. The electrons were used as secondary electron emission cathodes which impinged on the material and emitted secondary electrons at that energy. In the alloy emitter of the platinum group element -Ba used as the secondary electron emission cathode in the conventional magnetron, the Ba content is 1 to 2% by weight and the lifespan is about 1000 hours, which makes it impossible to use it as a hot electron emission cathode for an electron tube.
마찬가지로 백금 및 바륨으로 이루어진 이원 합금으로 제조된 열전자 방출 음극은 종래의 산화물 음극에 비하여 전자방출특성이 우수하나, 금속음극의 작동온도가 약 1200℃ 정도의 비교적 고온이 필요하므로 히이터의 절연 파괴 등 여러가지 문제점이 발생한다.Similarly, the hot electron emission cathode made of a binary alloy made of platinum and barium has better electron emission characteristics than the conventional oxide cathode, but since the operating temperature of the metal cathode requires a relatively high temperature of about 1200 ° C. A problem occurs.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 금속 음극의 일함수를 낮추어 수명 및 전기적 특성이 우수한 대형관 및 고정세 전자관 등의 전자빔 장치에 사용될 수 있는 전자빔 장치 열전자 방출 금속 음극을 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the work function of the metal cathode in order to solve the above problems the electron beam device hot electron emission metal cathode which can be used in electron beam devices such as large tube and high-definition electron tube excellent in life and electrical characteristics To provide.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 금속 음극을 구비한 방열형 음극구조체를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a heat radiation type negative electrode structure having the metal cathode.
도 1은 본 발명에 따른 금속 음극을 구비한 방열형 음극구조체의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a heat radiation type negative electrode structure having a metal cathode according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 금속 음극의 압연 전 조직을 나타낸다.2 shows the structure before rolling of the metal cathode according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 금속 음극의 압연 후 조직을 나타낸다.Figure 3 shows the structure after the rolling of the metal cathode according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 금속 음극 전체 중량에 대하여 알칼리 토류 금속 0.1 내지 5중량부, 및 VIIIB족 원소 95 내지 99.9중량부를 포함하는 합금으로서 입경 0.5 내지 5 마이크로미터의 덴드라이트 조직을 갖는 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention has a dendrite structure having a particle diameter of 0.5 to 5 micrometers as an alloy containing 0.1 to 5 parts by weight of alkaline earth metal, and 95 to 99.9 parts by weight of group VIIIB elements, based on the total weight of the metal anode. A hot electron emitting metal cathode for an electron beam device is provided.
상기 알칼리 토류 금속은 바륨이 바람직하다.The alkaline earth metal is preferably barium.
상기 VIIIB족 원소는 백금 또는 팔라듐인 것이 바람직하다.It is preferable that the said Group VIIIB element is platinum or palladium.
상기 본 발명의 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극은 알루미늄, 구리, 철, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 하프늄, 레늄, 백금족 또는 희토류 금속 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이금속을 더 포함할 수 있다.The hot electron emission metal cathode for the electron beam device of the present invention may further include one or more transition metals selected from the group consisting of aluminum, copper, iron, molybdenum, tungsten, niobium, hafnium, rhenium, platinum group or rare earth metal.
본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 상기 금속 음극을 구비한 방열형 음극 구조체를 제공한다.In order to achieve another technical problem of the present invention, the present invention provides a heat radiation type negative electrode structure having the metal cathode.
이하 본 발명에 따른 금속 음극 및 그 제조방법을 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a metal negative electrode and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.
순수하게 백금만으로 이루어지는 금속 음극의 경우 일함수가 5.3eV로 매우 높으나 여기에 바륨이 첨가되면 일함수가 2.2eV로 감소하여 열음극으로 사용이 가능하다. 이와 같이 일함수가 감소되는 것은 음극 동작중에 백금-바륨 합금이 표면에 바륨 단원자층을 형성하여 표면 일함수를 감소시키기 때문으로 알려져 있다. 그러므로 백금-바륨 합금계의 전자방출 기구는 다음과 같이 세 단계로 이루어지게 된다.In the case of purely platinum-only metal cathodes, the work function is very high as 5.3 eV, but when barium is added thereto, the work function is reduced to 2.2 eV, and thus it can be used as a hot cathode. This reduction in work function is known because the platinum-barium alloy forms a barium monoatomic layer on the surface to reduce the surface work function during cathode operation. Therefore, the electron-emitting mechanism of the platinum-barium alloy system has three steps as follows.
(1) 1단계는 합금 내부에 있는 Pt5Ba가 분해되는 단계이다. 바륨 함량이 16.66중량% 이하인 Pt-Ba 합금계에서 바륨은 Pt5Ba 금속간 화합물(intermetallic compound)의 형태로 존재하며, 이것이 동작중에 분해되어 바륨 원자를 제공하게 된다.(1) The first step is to decompose Pt 5 Ba in the alloy. In a Pt-Ba alloy system having a barium content of less than 16.66% by weight, barium exists in the form of a Pt 5 Ba intermetallic compound, which decomposes during operation to give barium atoms.
(2) 2단계는 분해된 바륨이 금속 음극 표면으로 확산하는 단계이다. 이러한 확산이 지속적으로 빨리 이루어져야 전기적 특성이 향상되나 원소의 빠른 고갈로 수명이 짧아진다.(2) Step 2 is a step in which the decomposed barium diffuses to the metal cathode surface. This diffusion should continue to be rapid to improve the electrical properties, but short life due to the fast depletion of elements.
(3) 3단계는 금속 음극 표면에 최적의 바륨 단원자층이 형성되는 단계이다. 상기 2단계의 확산속도가 너무 느릴 경우 단원자층이 치밀하게 형성될 수 없다.(3) Step 3 is to form an optimal barium monoatomic layer on the surface of the metal cathode. If the diffusion rate of the second stage is too slow, the monoatomic layer cannot be formed densely.
상기 3단계를 모두 거치면 금속 음극 표면의 일함수가 감소되어 비교적 저온에서도 전자방출이 가능하다. 그러나 통상의 백금-바륨만으로 구성된 2원계 합금은 1200℃ 정도의 온도가 되어야만 동작 가능하며, 이와 같이 동작 온도가 높으면 상기한 바와 같이 히터 단선 및 누설 전류 발생 등의 문제가 나타난다.After all three steps, the work function of the surface of the metal cathode is reduced, and electron emission is possible even at a relatively low temperature. However, the conventional binary-based alloy composed of only platinum-barium can be operated only when the temperature is about 1200 ℃, such a problem such as heater disconnection and leakage current occurs when the operating temperature is high as described above.
따라서 본 발명에 있어서, 합금 제조시 냉각 속도 조절이나 열처리 등을 통하여 합금 조직을 형성하는 조직 입자들의 입경을 조절하는 방법으로 원소가 표면으로 향하는 확산속도(또는 확산 평형)를 조절함으로써 최적화된 금속음극을 얻을 수 있다.Therefore, in the present invention, the metal cathode optimized by controlling the diffusion rate (or diffusion equilibrium) toward the surface of the element by the method of controlling the particle diameter of the tissue particles forming the alloy structure through the cooling rate control or heat treatment during alloy production Can be obtained.
금속 음극은 용도에 따라 다양한 모양으로 제조할 수 있으나 도 1에 나타낸 바와 같이 통상의 산화물 음극 구조와 유사하게 약 1 mm 내외의 윗쪽이 막힌 슬리브(15)를 지지체로 쓰고 지지체인 막힌 금속관 안쪽에 알루미나로 표면이 완전히 차단되어 전류누설이 없독록 설계된 나선형의 히이터(13)가 슬리브(15)의 열린 쪽 끝에서 삽입, 내장되어 열원으로 사용되고, 막힌 쪽 끝의 바깥쪽 표면에 전자방출원인 금속 음극(11)의 전자방출 물질이 고정되어 있는 구조를 갖는다.The metal cathode may be manufactured in various shapes according to the purpose, but similarly to the conventional oxide cathode structure, the alumina inside the blocked metal tube, which is a support, is used as a support, using a sleeve 15 having a closed upper portion of about 1 mm as a support. The spiral heater 13, which is designed to completely block the furnace surface and prevent current leakage, is inserted and embedded at the open end of the sleeve 15 to be used as a heat source, and a metal cathode as an electron emission source on the outer surface of the blocked end ( It has a structure in which the electron-emitting material of 11) is fixed.
상기 금속 음극(11)은 아크멜팅(arc melting)이나 유도 용융(induction melting)등의 방법으로 용융된 상태에서 합금을 만들고 이를 냉각시켜 얻어지며, 적용 목적에 적절한 크기로 잘라 상술한 슬리브(15)에 용접 등의 방법으로 고정되어 사용하게 된다.The metal cathode 11 is obtained by making an alloy in a molten state by a method such as arc melting or induction melting and cooling the same, and cutting the sleeve 15 into a size suitable for an application purpose. To be fixed by welding or the like.
금속 음극으로 사용되는 합금의 제조시, 조성물 구성비, 가열 온도나 유지시간, 냉각 속도 등에 따라서 합금의 미세한 내부 조직 구조가 결정되며, 통상 가열 온도나 유지 시간에 따라 합금의 결합상태가, 냉각 속도에 의해 조직 크기가 영향을 받는 것으로 알려져 있다.In the production of the alloy used as the metal cathode, the fine internal structure of the alloy is determined according to the composition ratio, the heating temperature, the holding time, the cooling rate, and the like. Usually, the bonding state of the alloy depends on the cooling rate and the cooling rate. Tissue size is known to be affected.
따라서 이들 합금 제조 조건을 보다 최적화시키면 상기한 바와 같이 원소가 표면으로 향하는 확산속도를 조절할 수 있으므로 종래의 백금-바륨 이원계합금보다도 수명 및 전기적 특성이 우수한 금속 음극을 제조하는 것이 가능하다.Therefore, by further optimizing the production conditions of these alloys, as described above, the diffusion rate toward the surface of the element can be controlled. Thus, it is possible to manufacture a metal anode having better life and electrical properties than the conventional platinum-barium binary alloy.
이와 같은 금속 음극은 진공중에서 전자를 방출할 수 있는 한계 에너지인 일함수의 크기, 전기적 특성(전자 방출 능력)이나 동작 온도 등의 수치로 비교할 수 있는 바, 상기한 바와 같이 조성이나 냉각 속도 등 제조 조건에 따라 조직상태가 달라진다.Such metal cathodes can be compared by numerical values, such as the size of the work function, electrical characteristics (electron emission ability), operating temperature, etc., which are the limit energies capable of emitting electrons in a vacuum. The condition of the organization depends on the conditions.
따라서 본 발명에서는 알칼리 토류 금속 및 VIIIB족 원소를 포함하는 합금을 하기 방법으로 제조하면 입경 0.5 내지 5 마이크로미터의 덴드라이트(dendrite) 조직을 갖는 합금이 얻어지며, 이와 같은 조직을 갖는 합금이 수명 및 전기적 특성이 우수함을 발견하였다.Therefore, in the present invention, when an alloy containing an alkaline earth metal and a group VIIIB element is manufactured by the following method, an alloy having a dendrite structure having a particle diameter of 0.5 to 5 micrometers is obtained, and the alloy having such a structure has a long lifetime and It has been found that the electrical properties are excellent.
상기 알칼리 토류 금속으로서는 바륨이 바람직하며, 그 사용량은 전체 금속 음극 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 사용량이 0.1 중량% 미만인 경우 금속의 수명특성이 저하되며, 사용량이 5중량%를 초과하면 합금의 경도가 커져서 압연이 어려워지는 것 등의 문제점이 있다.As the alkaline earth metal, barium is preferable, and the amount thereof is preferably used in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the metal cathode. When the amount is less than 0.1% by weight, the lifespan of the metal is lowered and the amount is 5% by weight. When it exceeds%, there is a problem that the hardness of the alloy becomes large and rolling becomes difficult.
이하에서는, 본 발명에 따른 금속 음극의 제조방법을 2원 합금을 예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for producing a metal negative electrode according to the present invention will be described in detail taking a binary alloy as an example.
먼저, VIIIB족 원소 및 알칼리 토류 금속을 아크로에 넣는다. VIIIB족 원소 및 알칼리 토류 금속은 융점 차이가 크므로 순간적으로 금속을 융해시킬 수 있는 아크로를 사용하는 것이 바람직하며, 알칼리 토류 금속은 증발하기 쉬우므로 최종 합금에 함유될 함량보다 10 내지 15%를 더 넣어 함량을 조절하도록 한다. 이어서, 아크로 내부를 진공 상태로 유지한 후 아르곤 가스와 같은 불활성 기체를 주입한다. 그 후, 아크로에 전압을 인가하여 짧은 시간 내에 VIIIB족 원소 및 알칼리 토류 금속을 융해시킨다. 이 때, 텅스텐과 같은 금속봉으로 잘 저어주어 합금화가 잘 이루어지도록 한다. 용융과정 중 발생하는 불순물 가스를 제거하기 위하여 진공을 뽑은 후 다시 동일한 압력의 불활성 분위기에서 용융 과정을 반복하고 로내에서 냉각하여 잉곳(ingot)을 얻는다.First, the group VIIIB element and the alkaline earth metal are placed in an arc furnace. Since Group VIIIB elements and alkaline earth metals have a large melting point difference, it is preferable to use an arc furnace that can melt the metal instantaneously.Alkaline earth metals are easy to evaporate, so they are 10 to 15% more than the contents of the final alloy. To adjust the content. Subsequently, the inside of the arc furnace is kept in a vacuum state and then an inert gas such as argon gas is injected. Thereafter, a voltage is applied to the arc furnace to melt the group VIIIB element and the alkaline earth metal in a short time. At this time, stir well with a metal rod such as tungsten to make the alloying well. In order to remove the impurity gas generated during the melting process, the vacuum is extracted and then the melting process is repeated in an inert atmosphere at the same pressure and cooled in the furnace to obtain an ingot.
얻어진 잉곳의 경우 덴드라이트 조직의 입경이 비교적 크므로 트윈 롤러, 가역 2단 압연기 등을 사용하여 압연을 실시하거나, 열처리 등의 방법으로 덴드라이트 조직의 입경을 0.5 내지 5 마이크로미터로 조절할 수 있다.In the obtained ingot, since the particle size of the dendrite structure is relatively large, rolling may be performed using a twin roller, a reversible two-stage rolling mill, or the like, or the particle size of the dendrite structure may be adjusted to 0.5 to 5 micrometers by a method such as heat treatment.
상기 금속 음극의 제조과정중 VIIIB족 원소 및 알칼리 토류 금속은 밀도차가 많이 나므로 이들 금속으로 이루어진 균일한 합금을 얻기 어렵다. 따라서, 상기 융해 과정 및 응고과정을 수회 반복 실시하면 화학적 및 미세구조적 균일성이 향상된 금속 음극을 얻을 수 있다.Since the Group VIIIB element and the alkaline earth metal have a large density difference during the manufacturing process of the metal cathode, it is difficult to obtain a uniform alloy made of these metals. Therefore, by repeatedly performing the melting process and the solidification process, a metal anode having improved chemical and microstructure uniformity can be obtained.
이어서, 아크로에서 제조한 본 발명에 따른 합금을 전자관의 음극 구조에 적합하도록 절단 또는 성형한 후 음극 구조체에 장착한다.Subsequently, the alloy according to the present invention manufactured in an arc furnace is cut or molded to be suitable for the cathode structure of the electron tube and then mounted on the cathode structure.
본 발명에 따른 전자관용 금속 음극은 직열형 음극구조체에 사용될 수도 있으나 도 1에 나타난 바와 같은 방열형 음극구조체에 사용하는 것이 바람직하다. 즉 도 1을 참조하면, 본 발명의 금속 음극(11)은 히이터(13)가 내장된 슬리이브(15)의 상부에 용접하여 방열형 음극구조체의 열전자 방출물질로 사용하는 것이 바람직하다.The metal cathode for an electron tube according to the present invention may be used in a direct type cathode structure, but is preferably used in a heat radiation type cathode structure as shown in FIG. 1. That is, referring to FIG. 1, the metal cathode 11 of the present invention is preferably welded to the upper portion of the sleeve 15 in which the heater 13 is embedded and used as a hot electron emission material of the heat radiation type cathode structure.
본 발명은 하기의 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예가 본발명을 제한하려는 것은 아니다.The invention is described in more detail with reference to the following examples, which are not intended to limit the invention.
실시예 1Example 1
분말 형태의 Pt 3.5g 및 Ba 0.0875g을 아크로에 넣었다. 이어서 아크로 내부를 진공하에 1×10-5Torr의 아르곤 가스로 충진한 후, 아크로에 전압을 인가하여 Pt 및 Ba을 융해시키고 텅스텐 봉으로 잘 저어주었다. 용융과정중 발생한 불순물 가스를 감압하에 제거하고 다시 아르곤을 사용하여 1×10-5Torr의 압력으로 조절하였다. 상기 융해 과정을 8회 반복한 후, 로내에서 냉각하여 잉곳을 얻었다. 얻어진 잉곳을 트윈 롤러를 사용하여 약 70%의 압화율로 압연하여 목적하는 조직을 갖는 금속 음극을 제조하였다.3.5 g of Pt and 0.0875 g of Ba in powder form were placed in an arc furnace. Subsequently, the inside of the arc furnace was filled with 1 × 10 −5 Torr of argon gas under vacuum, and a voltage was applied to the arc furnace to melt Pt and Ba and stir well with a tungsten rod. The impurity gas generated during the melting process was removed under reduced pressure and again adjusted to a pressure of 1 × 10 −5 Torr using argon. The melting process was repeated eight times, and then cooled in a furnace to obtain an ingot. The obtained ingot was rolled at a compaction rate of about 70% using a twin roller to prepare a metal negative electrode having a desired structure.
상기 합금을 전자현미경을 사용하여 500배 배율로 확대하여 1 평방센티미터당 10 개 이내의 덴드라이트 조직이 존재함을 확인하였으며, 그 크기는 0.5 내지 5 마이크로 범위 이내에 존재하였다.The alloy was magnified at 500 times magnification using an electron microscope to confirm that there were no more than 10 dendrite structures per square centimeter, and the size was within the range of 0.5 to 5 microns.
상기 금속 음극 내에서 바륨 함량이 증가하면 합금의 경도가 커져서 압연이 어려워지는 경향이 나타나며, 압연에 의해 경도는 증가하나 조직이 균일해지면서 산포는 감소한다. 약 70% 내외의 압화율로 압연한 경우, 비커스 경도로 150 전후의 시료가 250 정도로 증가하였으며 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 표면 거칠기 감소 효과도 확인할 수 있다. 도 2는 압연전의 조직을 나타내며, 도 3은 압연 후의 조직 상태를 나타낸다.Increasing the barium content in the metal negative electrode tends to increase the hardness of the alloy, making it difficult to roll, the hardness increases by rolling, but the scattering decreases as the structure becomes uniform. In the case of rolling at a compression rate of about 70%, the samples before and after 150 in Vickers hardness increased to about 250, and the surface roughness reduction effect can also be confirmed as shown in FIGS. 2 and 3. Fig. 2 shows the structure before rolling, and Fig. 3 shows the structure state after rolling.
실시예 2Example 2
분말 형태의 Pt 3.5g, Ba 0.0875g 및 몰리브덴 0.035g 을 칭량하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 잉곳을 제조하였다.Ingot was prepared in the same manner as in Example 1 by weighing 3.5 g of Pt, 0.0875 g of Ba and 0.035 g of molybdenum in the form of powder.
비교예Comparative example
실시예 1과 동일하게 진행하나 압연을 거치지 않은 금속 음극을 얻었다. 이와 같은 금속 음극의 덴드라이트 조직은 전자현미경을 사용하여 500배 배율로 확대하면 불균일한 크기를 가지며, 5 마이크로미터를 초과하는 입경을 갖는 조직이 다수 존재함을 확인할 수 있다.Proceeding in the same manner as in Example 1, but without undergoing rolling to obtain a metal anode. Such a dendrite structure of the metal cathode can be confirmed that there is a non-uniform size and a large number of tissues having a particle diameter of more than 5 micrometers when magnified at 500 times magnification using an electron microscope.
이어서, 상기 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 제조한 2원 합금을 절단하여 도 1에 도시된 방열형 음극구조체 상부에 용접한 후 일함수의 감소결과로 나타나는 전류밀도 증가를 동일 동작 조건에서 측정하여 그 측정결과를 하기 표 1에 나타냈다.Subsequently, the binary alloys prepared according to Examples 1, 2 and Comparative Examples were cut and welded to the upper portion of the heat dissipating cathode structure shown in FIG. 1, and the current density increase resulting from the decrease in the work function was measured under the same operating conditions. The measurement results are shown in Table 1 below.
본 발명에 따른 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체는 일함수의 감소로 수명 및 전기적 특성이 우수하므로 대형관 및 고정세 전자관 등의 전자빔 장치에 사용될 수 있다.The metal cathode and the heat dissipating cathode structure having the same according to the present invention can be used in electron beam devices such as large tubes and high-definition electron tubes because of excellent life and electrical characteristics due to a reduction in work function.
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2001
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