KR830002750B1 - 전자관용 직열형 음극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자관용 직열형 음극

제 1도는 본 발명의 일실시예의 축단면도.

제 2도는 Zr함유량과 BaZrO₃의 X선 회절강도와의 관계를 표시한 도면.

제 3도는 BaZr0₃의 X선 회절강도와 전자방출량과의 관계를 표시한 도면.

제 4도는 음극동작시간과 산화물층의 박리율과의 관계를 표시한 도면.

제 5(a)도, 제5(b)도는 음극 동작시간과 전자방출량과의 관계를 표시한 도면.

본 발명은 전자관용 직열형 음극에 관한 것으로, 특히 Ni―W―Zr합금으로 된 얇은 기체 평판위에 열전자 방출성 산화물층을 형성시킨 것의 개량에 관한 것이다.

텔레비전 수신기의 스위치 투입후, 수상관에 화면이 나타날 때까지의 시간(동작개시시간)을 단축하기 위해서, 이전에는 스위치가 들어가 있지 않을 때에도 수상관의 방열형 음극의 히이터에만은 저전류를 흘려두는 소위 예열방식이 널리 사용되고 있었다. 그러나 근래 에너지 절약이라는 견지에서, 예열방식을 사용하지 않고 동작개시 시간이 짧은 수상관의 개발이 강하게 요망되기에 이르렀다. 방열형 음극을 개량해서, 이전에는(예열되어 있지 않으면) 20초 정도나 필요하였던 동작개시 시간을 5초 정도에까지로 단축할 수 있었으나, 예열방식의 경우와 동등한 약 1초로 단축할 수 있는 가능성은 바랄 수 없고, 발열량에 비해서 열 용량을 작게할 수 있는 직열형 음극으로 하는 것이 고려되었으나, 그 실용화에는 여러가지 문제가 있었다. 직열형 음극이라 함은, 내열성 금속으로 만들어진 음극기체의 평판부에 알칼리 토류금속 산화물 등의 열 전자 방출성산화물의 층을 형성시켜 기체의 다리부를 개재해서 평판부에 직접통전해서 가열하고, 산화물로부터 열전자를 방출시키도록 한 것이다. 음극기체에 요구되는 특성중 주요한 것을 들어보면

ⓐ 충분히 안정된 전자방출 특성을 장시간 지속할 수 있고, 20,000시간 후의 전자방출량이 초기의 60%이상 있을것.

ⓑ 동작상태에서의 평판부의 변형의 불균형이 4mm이내일것.

ⓒ 알칼리토류금속 산화물의 박리가 생기지 않을것,

ⓓ 통전 가열할 수 있는 저항체로 되기 때문에 800℃근처의 비저항이 크며, 바람직하게는μΩ―cm이상일 것,

ⓔ 냉간가공성이 양호하고, 50μm이하의 판 두께로 압연 가능하고, 그 변동을 6%이내로 규제할 수 있을 것, 등이다. 직열형 음극에 관해서, 일본국 특공소 44-21008호 공보에는, Ni―W합금에 불순물 정도의 미량의 Mg, Si, Al 등의 환원제를 첨가한 합금을 기체로 하는 것이 기재되어 있으며, 또 일본국 특개소 52-57771호 공보에는 Ni―W 합금에 Zr를 0.3∼5중량% 혹은 다시 Mg, Al, Si등을 미량 첨가한 합금박판을 기체로 하는 것이 기재되어 있고, 또 일본국 특개소 52―108770호 공보에는 Ni―W합금에 Zr를 0.1∼1.5중량% 첨가한 기체금속면에 Ni분말을 재치해서 가열 확산시킨후 열 전자 방출층을 형성하는 것이 기술되어있다. 본 발명자가 이들 음극의 열전자 방출특성을 측정한 바, 여러가지 문제가 있는 것을 알아냈다. Zr의 함유량이 0.3중량%를 초과하면 아래의 반응이 급격하게 진행하여, 다량의 중간층물질 BaZrO₃가 발생해서 열전자 방출을 열화시킨다.

3BaO＋Zr＝BaZrO₃＋2Ba

또 음극기판면 위에 재치해서 가열 확산시킨 Ni분말은, 기체면 위에 형성시킨 열전자 방출성 산화물층의 박리 방지에 유익한 것으로 생각되었으나, 실제로는 장시간 사용하는 동안에 Ni가 기체금속 속에 확산하는 속도가 크기 때문에 Ni분말의 형태가 변화하고, 반대로 열전자 방출층의 박리를 발생하기 쉽게 하는 것이 판명되었다.

본 발명의 목적은, 장기간에 걸쳐 안정된 열전자 방출성을 가진 전자관용 직열형 음극을 제공하는데 있다. 이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 있어서는, 음극기체 금속으로서 사용하는 Ni―W―Zr합금속의 Zr량을 0.01∼0.3중량%로 하고, 또한 그 표면에 Ni분말의 소결등을 행하지 않고 직접 열전자 방출성 산화물층을 형성시키는 것으로 하였다.

제 1도는 본 발명의 일실시예의 축단면도로, 음극기체는 평판부(1)와 다리부(3)로 구성되어, 평판부(1)위에 직접 열전자 방출성 산화물층(2)이 형성되어 있다. 열전자 방출성 산화물층(2)은 당초 알칼리로류 금속 탄산염 예를 들면(Ba, Sr, Ca)CO₃의 형태로 도포하여, 전자관 내에서 배기시에 가열해서 산화물로 하는 것은 공지된 바와 같다. 음극기체는, 20∼30중량%의 W, 0.01 0.3중량%의 Zr및 나머지는 Ni로 된 합금제이다. W를 20∼30중량%함유한 Ni―W합금이, 전기저항, 기계적특성, 내열성 등의 점에서 직열형 음극 기체에 적합하다는 것은 이미 알려져 있으나, W첨가량의 한정 이유를 다짐하기 위해서 아래에 기술한다. W가 20%미만에서는 800℃에서의 비저항이 80μΩ―cm미만이 되어, 관과 마개사이의 접촉저항의 영향으로 동작중의 음극온도가 변동해서, 열전자 방출특성이 열화되기 쉽게 된다. W가 20%미말에서는 800℃에서의 고온강도로 낮아져서, 음극변형에 의한 전자관 특성 변동이 생기기 쉽게 된다. W가 30%이상이 되면 Ni과의 금속간화합물이 생겨, 냉간가공성이 열화되어, 근소한 가공으로 균열이 발생하게 된다. 본 발명에 관한 기체용 Ni―W―Zr합금의 제조에는 분말야금법이 적합하다. Ni에 비해 W의 비중이 크고 융점이 높으므로 용해법으로 이 합금을 만들려고 하면 균일한 용량을 만들기가 곤란하며, 가령 균일한 용량이 얻어진다 해도 응고시에 W가 편절하여, W의 편절을 방지하기 위해 용량을 급냉하면 균열이 발생한다. 이에 때하여 분말 야금법에 의하면 이러한 문제는 없다. 단 소결에 있어서는 재료의 산화를 방지하기 위해, 예를 들면 5×10⁵torr정도의 진공중에서 1,350℃로 진공 소결하여, 얻어진 소결체에 대해, 냉간압연 및 진공풀림의 1회이상 행해서 얇은 판재로 한다. 이렇게 하여 제조한 예를 들면 40μm두께의 재료에서 소정의 형상으로 타발하여 다리부(3)를 구부려 평판부(1)에 알칼리로류 금속탄소염을 분무 도포하고, 전자관 내에 삽입하여, 밀봉, 배기를 행한다. 배기공정중에서 기체금속에 직접 통전해서 가열하고, 상기 탄산염을 분해해서 산화물로 한다. 제 2도에 Zr함유량과, 1,100℃로 30분간 가열후의 상기 중간층물질 BaZrO₃의 X선 회절강도(CPS)의 관계를 표시한다. 또한 시료는 20mm×20mm의 판자에 (Ba, Sr, Ca)CO₃를 분무한 것이다. 제 2도에서 기체금속중의 Zr이 많을 수록 BaZrO₃의 생성량이 많은 것을 알 수 있다. 중간층 물질 BaZrO₃가 형성되면 음극의 전자방출량이 저하하므로, 그 생성량은 될 수 있는 대로 적은 편이 좋다. 제 3도는 수상관을 1,000시간 동작 시켰을 때의 열전자 방출특성과 BaZrO₃양의 관계를 표시한다. 시료의 평판부 직경은 1.2mm이다. 제 3도에서 BaZrO₃량이 많을 수록 전자방출량이 저하한다는 것을 알 수 있다. 제 2도, 제 3도에서 Zr함유량이 적을 수록 전자관 사용수명중의 전자방출량의 열화가 적은 것을 알 수 있다. 그러나 한편에서는 Zr을 전혀 함유하지 않으면, 산화물을 환원해서 Ba단체를 만드는 능력이 너무 낮아지기 때문에, 전자관을 제조한 직후의 전자방출 능력이 저하한다. 일반적으로 전자관 제조직후는 전국으로 부터의 가스방출이 많으며, 관내의 산화성 가스압력이 높으므로 Zr등의 환원제에 의해서 Ba단체가 생성되어도 곧 산화되기 쉽고, 전자 방출 능력이 저하되기 쉽다. 전자관을 동작시켜 각 전국에 전류를 흘리면, 전국으로부터의 가스방출이 진행되나, 동시에 잔류 가스분자는 여기상태가 되어서 개터(getter)에 흡수되기 쉽게 되어 얼마없이 관내 가스압은 저하한다. 장시간 동작해서 관내 가스압이 충분히 저하하면, Zr가 없어도 W의 환원능력 및 열분해에 의해서 Ba단체가 생성되어, 전자방출 능력이 유지된다. 따라서 Zr의 함유량은 전자관의 제조직후에 전자 방출 능력을 유지할 수 있는 한 적을 수록 좋다. 본 발명자의 연구에 의하면, 배기중의 가스방출을 충분히 행하면 Zr함유량이 0.01%로도, 초기의 전자방출 능력은 충분히 얻어진다는 것을 알았다. 산화물층과 기체금속과의 부착성을 평가하려면, 전자관을 동작시킨후 분해하여, 음극을 꺼내서 산화물층을 바늘 ＋로자형으로 긁어, 그 때의 산화물층의 박리의 상황을 비교한다. 부착성이 좋은 경우는 ＋자의 흠이 생길 뿐이지만, 부착성이 나쁘면 박리가 생긴다. 이 때의 벗겨진 면적의 전체에 대한 비율로 부착성을 평가하기로 하였다. 제 4도는 기체금속 표면에 Ni분말을 소결한 뒤 산화물층을 도포한 음극과, 기체금속면에 즉시 산화물층을 도포한 음극에 대해서, 음극 인가전압을 정격의 120%로 해서 가속시험을 행하였을 때의 상기 긁어내기법에 의한 부착성 시험의 결과를 나타낸다. Ni 분말을 도포 소결한 것은 당초 근소한 기간은 좋은 결과를 보였으나, 장시간 경과후는 기체금속면에 직접 산화물층을 도포한 편이 좋은 결과를 나타내고 있다. 이것은 상기와 같이 시간의 경과에 따라 Ni가 기체금속 속에 확산해서 Ni분말 소결체의 변형이 진행하기 때문이라고 추정된다. 본 발명자는 다시 직접 산화물층을 도포한 음극에 있어서, Zr첨가량을 바꾸어서 전자 방출특성의 동작시간중의 변화를 측정하여, 그 결과를 제5(a)도, 제5(b)도에 표시하였다. 가로축에 동작시간, 세로축에 전자방출량(상대치%)을 표시하였다. 도면중 곡선(51)은 Ni―28W―0.07Zr의, 곡선(52)은 Ni―28W―0.18Zr의, 곡선은 Ni―28W―0.18Zr의 곡선(54)은 Ni―28W―0.28Zr의, 곡선(55),(56)은 Ni―28W―0.4Zr의, 곡선(57)은 방열형 음극의 특성을 표시한다. Ni―28W―0.4Zr의 특성(55),(56)은 산란이 크고, 또한 방열형에 뒤떨어진다. 또 수명초기의 열화가 큰 것이기 때문에, Zr양은 0.4%로는 과다하다고 말할 수 있다. 곡선(58)은 비교를 위하여 Ni―28W―0.14Zr에 Ni분말을 소결한 것의 특성을 표시하거나, 수명초기 2000시간까지의 열화는 적지만, 3000시간 이후의 열화가 크다. 이것도 확산에 의해서 Ni분말이 변형하기 때문으로 추정된다. 이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 전자 방출 특성의 동작개시시간이 짧고, 더우기 장기간에 걸쳐서 안정되어 양호한 전자방출 특성을 나타내는 직열형 음극이 얻어지는 효과가 있다.

또한 본 발명자의 많은 검토결과에 의하면 Zr첨가량을 0.1∼0.2%로 하면, 특히 우수한 전자방출 특성이 얻어진다는 것을 알았다.

Claims (1)

1. Ni―W―Zr합금으로 된 기체금속판을 가진 직열형 음극에 있어서, 상기 기체금속판이 Ni을 주성분으로하고, 20∼30중량%의 W와, 0.01∼0.3중량%의 W와, 0.01∼0.3중량%의 Zr을 첨가한 합금체의 얇은 기체 평판으로 이루어져 있으며, 상기 평판위에 열전자 방출성 산화물층을 형성한 것을 특징으로 하는 전자관용 직열형 음극.

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