KR20240077195A - 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계; 및 상기 다공성 텅스텐 구조체에 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 텅스텐 구조체에 세라믹 활성 물질 함침 시, 상기 세라믹 활성 물질이 안정적으로 침투하기 위한 함침 반응 조건을 포함하는 제조방법에 관한 것이다.
전자빔의 운동에너지를 변화시켜 전자기장을 발생시키는 진공 튜브 장치는 기본적으로 전자빔 발생부인 전자총을 핵심 구성부로 사용한다. 이러한 전자총을 이용하는 진공튜브로는 핵융합을 위해 플라즈마 가열용의 방사주파수(Raido Frequency)를 발생시키는 자이로트론 튜브와 방사광 가속기에서 전자를 가속시키는데 이용되는 클라이스트론 튜브 등이 있으며, 군사적으로는 레이더를 비롯하여 유도미사일에 들어가는 탐색기, 전투기에서 사용되는 송수신용 마이크로파 발생장치 등의 핵심부품인 진행파관 진공튜브 등이 있다. 이러한 응용분야에서는 기본적으로 고출력의 전자파를 필요로 하기 때문에 반도체를 이용한 장치로는 그 성능을 구현할 수 없다. 따라서 열음극을 사용하는 전자총을 기반으로 한 다양한 형태의 진공튜브 장치가 주로 이용되고 있다.
열전자 방출은 금속을 고온으로 가열할 때, 고체 내부의 전자가 외부로 방출되는 현상으로, 상기 열전자 방출을 위해서는 금속의 페르미 준위(Fermi Level)를 넘는 수준 이상의 열에너지가 필요하다. 텅스텐의 일 함수를 낮추면 고온이 아닌 낮은 작동 온도에서 사용이 가능하며, 수명이 향상되고 시스템의 복잡성이 줄어드는 장점이 있다.
미국에서 개발해온 함침형 열음극은 텅스텐 소결체에 기공을 확보하고, 여기에 바륨을 중심으로 한 알칼리성 물질들을 일정비율로 혼합하여 함침한 것으로, 일함수 2.1~2.2eV 수준의 물성을 갖는다. 이에 따라 방출할 수 있는 전류의 양은 운용 온도 1000℃ 정도에서 전류밀도로 대략 수 A/cm2수준이다.
전류밀도가 높은 효율이 좋은 텅스텐 열음극을 제조하기 위해선 적절한 온도에서 다공성 텅스텐 구조체 내부에 함침 물질이 안정적으로 침투되어야 한다.
그러나, 다공성 텅스텐 구조체 함침 물질을 함침 시, 함침을 수행하는 온도가 낮으면, 함침 물질이 안정적으로 녹지 못하고, 함침을 수행하는 온도가 높으면, 증기압이 높은 바륨이 증발되어 이후에 제조되는 열음극 사용시 바륨 함량이 낮아 성능과 수명이 낮은 문제가 발생한다.
따라서, 함침 물질이 다공성 텅스텐 구조체 내부에 안정적으로 함침되어 바륨의 증발을 방지할 수 있는 적절한 반응 조건을 알아내는 연구가 필요한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다공성 텅스텐 구조체에 함침물질을 안정적으로 함침할 수 있는 반응 조건을 포함하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 염음극용 텅스텐 구조체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법은, 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계; 및 상기 다공성 텅스텐 구조체에 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계에서, 상기 열처리의 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 열처리의 수행은 1시간 이내로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 세라믹 활성 물질은 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계;는, 분쇄된 분말을 프레스 성형하여 제1구조체를 형성하는 단계; 상기 제1구조체를 수소 어닐링 공정을 수행하여 수소 환원하는 단계; 및 상기 수소 환원된 제1구조체를 열처리 소결하여 다공성 텅스텐 구조체를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 분쇄된 분말은 볼 밀링 공정을 수행하여 분쇄될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예는 열음극용 텅스텐 구조체를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열음극용 텅스텐 구조체는 상기 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 세라믹 활성물질이 다공성 텅스텐 구조체에 안정적으로 침투하고, 바륨이 증발되는 것을 방지할 수 있어서 텅스텐 열음극 제조 시 전자 방출 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 함침방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 범위 내에서 함침 열처리를 수행한 것을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 범위 외에서 함침 열처리를 수행한 것을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 범위 내에서 함침 열처리를 수행한 것을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 범위 외에서 함침 열처리를 수행한 것을 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법은, 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계(S100); 및 상기 다공성 텅스텐 구조체에 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계(S200);를 포함할 수 있다.
첫번째 단계는 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계일 수 있다. (S100)
상기 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계는, 분쇄된 분말을 프레스 성형하여 제1구조체를 형성하는 단계; 상기 제1구조체를 수소 어닐링 공정을 수행하여 수소 환원하는 단계; 및 상기 수소 환원된 제1구조체를 열처리 소결하여 다공성 텅스텐 구조체를 생성하는 단계
상기 분쇄된 분말은 볼 밀링 공정을 수행하여 분쇄될 수 있다.
상기 볼 밀링 공정의 원리는, 실린더가 회전할 때 실린더에 설치된 그라인딩 바디와 연마 대상이 마찰과 원심력의 작용 하에서 실린더에 의해 회전되고, 상기 볼 밀링 실린더의 회전 시, 특정 높이에서 자동으로 떨어져 충격을 가해 재료의 연마를 수행한다.
상기 프레스 성형은 금형 압축 공정으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 프레스 성형을 수행할 수 있다.
상기 수소 어닐링 공정은 수소 취성을 방지하기 위해 재료에서 수소를 환원 또는 제거하기 위한 열처리 공정일 수 있다.
상기 다공성 텅스텐 구조체는 열린 기공(open pore)일 수 있다.
상기 다공성 텅스텐 구조체가 열린 기공일 경우, 후에 세라믹 활성 물질을 함침할 경우, 함침이 원활하게 이루어지는 효과를 가질 수 있다.
두번째 단계는 상기 다공성 텅스텐 구조체에 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계일 수 있다. (S200)
상기 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계에서, 상기 열처리의 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃일 수 있다.
만일, 상기 열처리의 수행 온도가 1600℃ 미만일 경우, 상기 세라믹 활성 물질이 안정적으로 녹지 않고, 부분적으로 녹기 때문에 함침이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 상기 열처리의 수행 온도가 1750℃를 초과할 경우, 온도가 너무 높아져서 바륨의 높은 증기압 때문에, 전체적인 세라믹 활성 물질의 손실량이 증가할 수 있다.
상기 세라믹 활성 물질의 손실량이 증가하면, 향후 제작되는 열음극 사용 시, 바륨 함량이 낮아 성능과 수명이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 세라믹 활성 물질의 함침 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃가 바람직할 수 있다.
상기 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계에서, 상기 열처리의 수행은 1시간 이내로 수행될 수 있다.
만일, 열처리의 수행 시간이 1시간을 초과하여, 세라믹 활성물질의 함침 열처리 수행 시간이 길어지면, 상기 세라믹 활성물질의 증발이 심하게 발생될 수 있다.
이러한 증발이 발생되면, 실제 세라믹 활성물질의 분율이 감소하기 때문에 전자방출 성능이 저하되거나 수명이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계에서, 상기 불활성 가스는 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다.
상기 불활성 가스는 비반응성 기체라고 칭할 수 있으며, 주어진 일련의 조건 아래에서 화학 반응을 겪지 않은 가스이다. 일반적으로 비활성 기체라고 부르는 18족 원소는 모두 비반응성 기체에 포함된다.
상기 함침하여 열처리하는 과정이 불활성 가스 또는 수소 분위기에서 수행되어야 한다. 세라믹 활성물질을 고온에서 열처리 할 경우, 일부 원소들이 증발되는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 가스 분위기를 진공으로 조정하면, 증발이 가속화되어 활성물질 분율이 감소하거나, 특정 원소의 증발로 조성이 변화되는 문제가 발생한다. 따라서, 증발 억제를 위해 열처리 시, 불활성 가스 또는 수소 등으로 분위기를 형성하는 조건이 필요하다.
상기 세라믹 활성 물질은 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄산화물을 포함할 수 있다.
바륨산화물의 용융점은 1,932℃, 칼슘산화물은 2,527℃, 알루미늄산화물은 2,072℃이다.
상기 세라믹 활성 물질을 구성하는 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄산화물의 중량비는 예를 들어, 4:1:1일 수 있으나, 중량비는 이에 한정되지 않는다.
즉, 본 발명의 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법에 따르면, 함침 온도가 낮으면 세라믹 활성물질의 함침 시에 부분적으로 용해되어, 활성물질 조성이 균일하지 않고, 다공성 구조체의 기공 사이에 세라믹 활성물질이 안정적으로 침투하지 못하는 문제를 개선할 수 있다.
또한, 함침 열처리 시에, 열처리 온도가 너무 높으면 증기압이 높은 바륨이 증발되어, 후에 제작되는 열음극 사용 시 바륨 함량이 낮아 열음극의 성능과 수명이 낮은 문제가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
따라서, 다공성 구조체에 세라믹 활성 물질 함침 시, 수소 또는 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스 분위기로1,600℃ 내지 1,750℃ 에서 1시간 미만으로 함침을 진행하는 것이 바륨의 증발과 전체 시료의 손실률이 크게 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예인 열음극용 텅스텐 구조체를 설명하기로 한다.
상기 열음극용 텅스텐 구조체는 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성 물질을 다공성 텅스텐 구조체 표면에 코팅하여 함침 열처리하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 열음극용 텅스텐 구조체의 함침 열처리 수행 시, 적절한 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃일 수 있다.
만일, 상기 열처리의 수행 온도가 1600℃ 미만일 경우, 상기 세라믹 활성 물질이 안정적으로 녹지 않고, 부분적으로 녹기 때문에 함침이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 상기 열처리의 수행 온도가 1750℃를 초과할 경우, 온도가 너무 높아져서 바륨의 높은 증기압 때문에, 전체적인 세라믹 활성 물질의 손실량이 증가할 수 있다.
상기 세라믹 활성 물질의 손실량이 증가하면, 향후 제작되는 열음극 사용 시, 바륨 함량이 낮아 성능과 수명이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 세라믹 활성 물질의 함침 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃가 바람직할 수 있다
또한, 상기 열처리의 수행 시간은 1시간 이내가 바람직할 수 있다.
만일, 상기 열처리의 수행 시간이 1시간을 초과하여, 세라믹 활성물질의 함침 열처리 수행 시간이 길어지면, 상기 세라믹 활성물질의 증발이 심하게 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 열음극용 텅스텐 구조체는 다공성 구조체에 세라믹 활성 물질 함침 시, 수소 또는 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스 분위기로1,600℃ 내지 1,750℃ 에서 1시간 미만으로 함침이 수행되었기 때문에, 후에 제작되는 열음극 사용 시 바륨 함량이 낮아 열음극의 성능과 수명이 낮은 문제가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
실시예 1: 1,600℃ 에서 함침 열처리 실시
도 2(a)는 1,600℃에서 함침 열처리를 실시한 사진을 나타낸 것이다.
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,600℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
상기 도2(a)를 참조하면, 도가니 내부의 함침 물질이 완전히 녹은 것을 확인할 수 있다.
실시예 2: 1,630℃ 에서 함침 열처리 실시
도 2(b)는 1,630℃에서 함침 열처리를 실시한 사진을 나타낸 것이다.
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,630℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
상기 도2(b)를 참조하면, 도가니 내부의 함침 물질이 완전히 녹은 것을 확인할 수 있다.
실시예 3: 1,660℃ 에서 함침 열처리 실시
도 2(c)는 1,660℃에서 함침 열처리를 실시한 사진을 나타낸 것이다.
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,660℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
상기 도2(c)을 참조하면, 도가니 내부의 함침 물질이 완전히 녹은 것을 확인할 수 있다.
비교예 1: 1,540℃ 에서 함침 열처리 실시
도 3(a)는 1,540℃에서 함침 열처리를 실시한 사진을 나타낸 것이다.
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,540℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
상기 도3(a)를 참조하면, 도가니 내부의 함침 물질이 부분적으로 녹은 것을 확인할 수 있다.
비교예 2: 1,570℃ 에서 함침 열처리 실시
도 3(b)는 1,570℃에서 함침 열처리를 실시한 사진을 나타낸 것이다.
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,570℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
상기 도3(b)를 참조하면, 도가니 내부의 함침 물질이 부분적으로 녹은 것을 확인할 수 있다.
비교예 3: 1,760℃ 에서 함침 열처리 실시
먼저, 볼 밀링 공정을 수행하여 텅스텐 분말을 분쇄하는 전처리 공정을 수행하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말에 직경 15mm의 금형을 이용하여 100MPa의 압력을 30초 동안 인가하여 제1 구조체를 제조하였다.
다음으로, 상기 제1 구조체를 수소 100부피% 분위기에서 800℃로 2시간 동안 열처리하여 수소 환원 시킨 후, 고진공 분위기에서 1,900℃로 3시간 동안 열처리하여 다공성 텅스텐 구조체를 소결하였다.
다음으로, 상기 다공성 텅스텐 구조체와 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 활성물질을 도가니에 넣고 함침하는 공정을 불활성 가스 분위기에서 1,760℃에서 1시간 미만으로 열처리하여 수행하였다.
함침 열처리 후 무게를 측정하였을때, 함침 물질이 열처리 전 대비 26%가 손실되었음을 확인하였다.
실험예: 온도별 세라믹 활성 물질의 양상 및 손실률 분석 실험
표 1은 온도별 세라믹 활성 물질의 융해 양상 및 손실률을 분석한 정보를 정리하여 나타낸 것이다.
| 온도 | 1,540℃ | 1,570℃ | 1,600℃ | 1,630℃ | 1,660℃ | 1,760℃ |
| 양상 | 부분융해 | 부분융해 | 완전융해 | 완전융해 | 완전융해 | 증발 |
| 손실률 | 1% | 1% | 1% | 3% | 3% | 26% |
상기 표 1을 참조하면, 온도 범위 외에 동일한 조건으로 1,600℃ 미만에서 열처리 반응이 수행될 경우, 전체 시료의 손실률은 적지만 세라믹 활성 물질의 융해 양상이 완전하지 않고 부분적으로 발생한 것을 확인할 수 있다.
또한, 함침 열처리의 온도 범위 외에 동일한 조건으로 1,750℃를 초과하여 열처리 반응을 수행했을 경우, 세라믹 활성 물질의 양상은 증발되어 버렸고, 전체 시료의 손실률은 26% 정도로 큰 것을 확인할 수 있다.
즉, 다공성 구조체에 세라믹 활성 물질을 함침할 시, 수소 또는 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스 분위기로1,600℃ 내지 1,750℃ 에서 1시간 미만으로 함침을 진행하는 것이 바륨의 증발과 전체 시료의 손실률이 크게 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
결론적으로, 본 발명의 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법에 따르면, 함침 온도가 낮으면 세라믹 활성물질의 함침 시에 부분적으로 용해되어, 활성물질 조성이 균일하지 않고, 다공성 구조체의 기공 사이에 세라믹 활성물질이 안정적으로 침투하지 못하는 문제를 개선할 수 있는 이점이 있다.
추가적으로, 열처리 온도가 너무 높으면 함침 시에 증기압이 높은 바륨이 증발되어, 후에 제작되는 열음극 사용 시 바륨 함량이 낮아 열음극의 성능과 수명이 낮은 문제가 발생하는 문제를 방지하여, 열음극의 성능과 수명의 향상을 가져오는 이점이 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계; 및
상기 다공성 텅스텐 구조체에 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계;를 포함하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 활성 물질을 함침하여 열처리하는 단계에서,
상기 열처리의 수행 온도는 1600℃ 내지 1750℃인 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 열처리의 수행은 1시간 이내로 수행되는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 불활성 가스는 아르곤 또는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 활성 물질은 바륨산화물, 칼슘산화물 및 알루미늄산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 텅스텐 구조체를 준비하는 단계는,
분쇄된 분말을 프레스 성형하여 제1 구조체를 형성하는 단계;
상기 제 1 구조체를 수소 어닐링 공정을 수행하여 수소 환원하는 단계; 및
상기 수소 환원된 제1구조체를 열처리 소결하여 다공성 텅스텐 구조체를 생성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 분쇄된 분말은 볼 밀링 공정을 수행하여 분쇄되는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법.
- 제 1항의 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 열음극용 텅스텐 구조체.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220159431A KR20240077195A (ko) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220159431A KR20240077195A (ko) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법 |
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|---|---|
| KR20240077195A true KR20240077195A (ko) | 2024-05-31 |
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ID=91330508
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| KR1020220159431A KR20240077195A (ko) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 열음극용 텅스텐 구조체 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20240077195A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101756862B1 (ko) | 2016-03-28 | 2017-07-27 | 주식회사 지엘켐 | 다공성 구조체 및 그 제조방법 |
-
2022
- 2022-11-24 KR KR1020220159431A patent/KR20240077195A/ko unknown
Patent Citations (1)
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