KR920001333B1 - 디스펜서 음극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디스펜서 음극

제1도는 종래 저장형 디스펜서 음극의 단면도.

제2도는 종래의 Sc계 함침형 음극의 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 저장형 디스펜서 음극의 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 저장형 디스펜서 음극의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a,1c,1d : 다공성 금속기체 1b : 박막층

2a,2b,2c,2d : 전자방출물질 3a,3b,3c,3d : 저장조

4c,4d : 슬리이브 5c,5d : 히이터

6d : 펠렛

본 발명은 디스펜서 음극에 관한 것으로서, 특히 빔저류가 고밀도화되고, 그 수명이 연장된 저장형 디스펜서 음극(cavity reservoir type dispenser cathode)에 관한 것이다.

일반적으로 디스펜서 음극은 그 구조에 따라서 저장형(Cavity reservoir type)(제1도 참조), 함침형(Impregnated type)(제2조 참조), 소결형(Sintered type) 등으로 대별되는데, 이들의 공통특징은 빔전류의 고밀도화가 가능하여 대형 브라운관이나 투사관 등에 적합한 것이며 특히 수명이 매우 길다는 것이다. 그러나 이들 디스펜서 음극에는, 1100°~1200℃ 정도의 고온하에서 동작되기 때문에 실제 브라운관등의 전자관에 채용하기 매우 어렵다는 단점이 있고, 부수적으로는 전자관의 인근부품에 열적 영향을 크게 미침으로써 내구력을 저하시킨다든가 타부품의 열변형을 야기시키는 문제점을 수반한다.

따라서 현재에는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 계속적인 연구개발이 이루어지고 있으며 제1도는 도시된 바와 같이, 미국특허 4,823,044호에는 저장조(3a)에 장입된 전자방출물질(2a)의 표면에 Os, Ir, Re, Ru 등의 백금족의 원소와 W으로 된 다공성 금속기체(1a)를 장착한 기술이 개시되어 있다.

그러나 이러한 디스펜서 음극의 동작온도는 약 1000℃ 정도로서 약 750~800℃에서 동작하는 산화물 음극에 비해 동작온도가 높기 때문에 전술한 바와 같은 문제점이 여전히 남아 있다.

한편 동작온도가 800∼900℃ 정도로 낮추어진 스칸듐계 합침형 음극이 일본특허공개 61-13526A에 개시되어 있는데, 이와같은 합침형 음극은 W과 Sc₂O₃로 된 박막층(1b)이, 전자방출물질(2b)의 표면에 형성되어 있는 것이다. 이와 같은 스칸듐계 함침형 음극에 있어서는 Ba 산화물과 Sc 산화물의 반응에 따른 역작용이 문제시 되는데, 즉 Ba 산화물과 Sc 산화물이 반응하게 될 경우 그 부산물로서 Ba₃Sc₄O₉등이 열전자방출 표면에 생성되어, 열전자방출이 부분적으로 저해되므로 열전자 방출상태가 불안정하게 된다. 더욱이 W-Sc₂O₃로 된 박막층이 전자방출물질의 표면에 형성되어 있기 때문에 구조상 열전달이 불리하여 스칸듐텅스테이트의 생성이 지연되므로, 전자방출물질 표면에 Ba-Sc-O로 이루어지는 단원자층을 형성하기 위한 시간 즉 활성화 에이징시간이 매우 길어지고, 결과적으로는 제조·생산성이 저조한 단점이 있다. 또한, 음극의 동작시 이온 충격에 의한 W-Sc₂O₃박막층의 손상이 있게 되며 이에 따른 단원자층 손실에 의해 전류 밀도가 급격히 저하되고 결국 수명이 단축되는 문제점이 있게 된다.

본 발명은 저온하에서도 빔전류의 고밀도화가 가능하고, 지속적이고 안정된 전자방출 특성을 갖는 디스펜서 음극을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 활성화 에이징 시간이 크게 단축되어서 제조·생산성을 향상시킬 수 있는 디스펜서 음극을 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 바륨 및 바륨산화물 중 적어도 하나를 포함하며 저장조에 장입되는 전자방출물질, 전자방출물질의 상부에 위치되는 다공성 금속기체, 및 상기 저장조를 지지하며 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비하는 저장형 디스펜서 음극에 있어서, 상기 전자방출물질과 다공성 금속기체 사이에 스칸듐텅스테이트 및 텅스텐으로 이루어지는 합금박막층이 형성된 점에 특징이 있다.

이하 도면에 예시된 실시예를 상세히 설명한다.

[실시예 1]

제3도에는 저장형 디스펜서 음극이 도시되어 있는데, 이는 저장조(3c)와, 이에 장입되는 전자방출물질(2c)과, 상기 전자방출물질(2c)의 상부에 위치되는 다공성 금속기체(1c)와, 상기 저장조(3c)를 가지고 정하며 히이터(5c)를 내장하는 슬리이브(4c)로 구성된다.

상기의 저장조(3c)와 슬리이브(4c)는 Mo, Ta 등의 고융점 금속으로 이루어지며, 상기의 전자방출물질(2c)은 바륨칼슘알루미네이트와 텅스텐으로 이루어진 것으로서 Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂가 적량 포함된다. 한편 상기 다공성 금속기체(1c)는 텅스텐 등의 내열성 금속분말을 소결처리하여 된 것으로서, 경우에 따라서는 Ir, Os, Ru, Re 등의 백금족 원소가 선택적으로 포함된다.

상기한 전자방출물질(2c)은 하기와 같은 순서로 제조된다.

BaCo₃, CaCO₃, Al₂O₃를 4 : 1 : 1 또는 5 : 3 : 2의 몰(mole)비로 혼합한 후 1200~1400℃ 범위의 온도대에서 약 8시간을 소성한다. 그리고 소성이 완료된 후에는 상기 소성체 즉, 바륨칼슘알루미네이트에 텅스텐 분말을 20~50% 정도의 중량비로 혼합한다. 그리고 별도로 W과 Sc₂O₃의 분말을 적정비로 혼합한 후 산화성 분위기하에서 소성하여 Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂를 제조한다. 이어서 상기의 바륨칼슘알루미네이트 및 텅스텐 분말 혼합체에 상기한 Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂의 분말을 2 내지 30중량%로 혼합한다. Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂의 함량이 2% 미만일 때에는 Sc에 의한 효과발현이 적고, 30%가 넘으면 Sc 화합물이 고가인 점을 고려할 때 경제성이 문제가 되므로 2 내지 30중량%가 바람직하다.

이와 같은 단계를 통하여 제조된 최종의 금속분말 혼합체를 저장조(3c)에 장입한 후 프레스지그를 통하여 압축 성형함으로써 저장조(3c)내의 전자방출물질(2c)을 성형한다. 그리고 상기한 다공성 금속기체(1c)는 통상적인 것으로서 약 5㎛의 입경을 갖는 텅스텐 분말을 압축 성형한 후 이를 소결처리하여 된 후 용접 고정되는 것이며 이에는 별도의 Ir, Os 등의 백금족 원소가 포함될 수 있다.

[실시예 2]

제4도에는 새로운 고조의 저장형 디스펜서 음극이 도시되어 있는데, 이는 저장조(3d)와, 이에 장입되는 전자방출물질(2d)과, 상기 전자방출물질(2d)의 상부에 위치되는 다공성 금속기체(1d)와, 상기 전자방출물질(2d)과 다공성 금속기체(1d) 사이에 위치되는 펠렛(6d), 상기 저장조(3d)를 지지고정하며 히이터(5d)를 내장하는 슬리이브(4d)로 구성된다.

상기의 저장조(3d)와 슬리이브(4d)는 Mo, Ta 등의 고융점 금속으로 이루어지며, 상기의 전자방출물질(2d)는 바륨칼슘알루미네이트와 텅스텐으로 이루어진 압축 성형체이다. 그리고 상기 펠렛(6d)은 Sc₂W₃O₁₂, SC₆WO₁₂분말 또는 이의 혼합분말로 이루어진 스칸듐텅스테이트의 압축 성형체이다. 한편 상기 다공성 금속기체(1d)는 텅스텐등의 내열성 금속분말을 소결처리하여 된 것으로서, 경우에 따라서는 Ir, Os, Ru, Re 등의 백금족 원소가 선택적으로 포함된다.

이와 같은 디스펜서 음극의 제조방법은 다음과 같다.

실시예 1에서 기술한 바와 같은 순서로 바륨칼슘알루미네이트 텅스텐분말혼합체와, 스칸듐텅스테이트분말(Sc₂W₃O₁₂SC₆WO₁₂분말 또는 이의 분말 혼합체)을 제조한다.

그리고 상기 바륨칼슘알루미네이트, 텅스텐 분말 혼합체를 저장조(3d)에 적량 장입한 후 그레스지그를 통하여 압축함으로써 전자방출물질(2d)을 성형한다. 그리고 상기 전자방출물질(2d)의 상부에 상기 스칸듐텅스테이트분말을 장입한 후 프레스지그를 통하여 압축함으로써 펠렛(5d)을 성형한다. 그리고 상기한 다공성 금속기체(1d)는 통상의 재료로 제조한 후 상기 펠렛(6d) 상부에 용접 공정을 통하여 고착한다.

이상에서 상세히 서술한 두가지 형태의 디스펜서 음극은, 일함수를 낮추는 Ba-Sc-O의 단원자층의 생성원소인 Sc의 공급원이 종래와는 달리 다공성 금속기체의 저부에 위치되도록 구성되어 있다. 이에 의하면, Sc 산화물과 Ba 산화물의 반응에 따른 분산물이 전자방출표면에 생성되는 것이 억제되는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

히이터로 부터의 열에 의해 전자방출물질이 가열되면 다공성 금속기체의 저부에 위치한 스칸듐텅스테이트와 Ba과의 반응이 일어나게 되는데,

로 표현되는 반응을 통하여 Sc가 생성된다. 따라서 상기의 증발 Sc는 유리 Ba과 함께 그 상부의 다공성 금속기체를 공공부를 통하여 확산된 후 다공성 금속기체의 표면에 이르러서는 Ba-Sc-O의 단원자층을 형성한다. 이와 같은 과정중에서 열전자방출을 방해하는 Ba 산화물과 Sc 산화물은 다공성 기체의 저부에서 생성되게 되는데 이는 다공성 금속기체의 표면까지는 도달하지 못한다. 결과적으로 다공성 금속기체의 표면에 균일한 조직의 단원자층이 생성될 수 있게 됨으로써 지속적이고 안정된 열전자 방출이 가능하게 된다.

한편 본 발명의 디스펜서 음극의 활성화 에이징시간은 2시간 정도로서, 10시간 정도 소요되던 종래의 Sc계 함침형 음극에 비해 대폭 단축된다. 종래 Sc계 함칩형 음극의 경우는 W과 Sc₂O₃로 된 박막층이 음극물질 표면에 형성되어 있기 때문에 구조상 열전달이 불리하여 스칸듐텅스테이트의 생성이 원활하지 못한 반면에, 본 발명의 디스펜서 음극은 전자방출물질에 스칸듐텅스테이트가 포함되거나 바로 그 상부에 위치되어 증발 Sc의 생성이 조속하게 이루어질 수 있다.

또한 Sc 공급원이 이온충격이 심한 다공성 금속기체의 표면에 위치하지 않고 그 저부에 위치하고 있기 때문에 이온충격에 의한 Sc 성분의 손실이 초래되지 않으며, 활성화 에이징의 결과로 생성된 단원자층의 음극동작시 이온 충격에 의해 손상되어도 증발 Sc가 지속적으로 다공성 금속기체의 표면에 도달됨으로써 곧 복구되는 바, 결과적으로는 안정된 열전자방출이 이루어지게 된다.

Claims (5)

1. 바륨 및 바륨산화물중 적어도 하나를 포함하며 저장조에 장입되는 전자방출물질, 상기 전자방출물질의 상부에 위치되는 다공성 금속기체, 및 상기 저장조를 지지고정하며 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비하는 저장형 디스펜서 음극에 있어서, 상기 전자방출물질이 스칸듐텅스테이트의를 포함하는 특징으로 하는 디스펜서 음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 스칸듐텅스테이트의 함유량이 전자방출물질 총중량의 2 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자방출물질이 Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂중 적어도 하나를 포함하는 스칸듐텅스테이트, 바륨칼슘알루미네이트, 및 텅스텐으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.
4. 바륨 및 바륨산화물중 적어도 하나를 포함하며 저장조에 장입하는 전자방출물질, 상기 전자방출물질의 상부에 위치되는 다공성 금속기체, 및 상기 저장조를 지지고정하며 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비하는 저장형 디스펜서 음극에 있어서, 상기 전자방출물질과 다공성 금속기체 사이에 스칸듐텅스테이트로 이루어지는 펠렛이 형성된 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.
5. 제4항에 있어서, 상기 스칸듐텅스테이트가 Sc₂W₃O₁₂또는 SC₆WO₁₂중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.

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