KR920001335B1 - 디스펜서 음극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디스펜서 음극

제1도는 저장형 디스펜서 음극의 단면도.

제2도는 저장형 디스펜서 음극에 있어서 전자방출물질의 상부에 위치되는 다공성 금속기체의 발췌단면도로서,

(a)도는 다공성 금속기체의 공공부 내벽과 그 표면에 단부자층이 형성되어 있지 않은 상태를,

(b)도는 다공성 금속기체의 공공부 내벽과 그 표면에 단분자층이 형성되어 있는 상태를 나타낸다.

제3도는 본 발명의 디스펜서 음극과 종래 디스펜서 음극의 활성화 에이징에 따른 전류밀도 비교선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다공질 금속기체 1a : 공공부

2 : 전자방출물질 3 : 저장조

4 : 슬리이브 5 : 히이터

6 : 다공질 금속기체 공공부 내벽에 부착된 Ba 단분자층

6a : 다공질 금속기체 표면에 형성된 Ba 단분자층

본 발명은 디스펜서 음극에 관한 것으로서, 상세하게는 활성화 에이징 시간이 대폭 단축된 저장형 디스펜서 음극(cavity reservoir type dispenser cathode)에 관한 것이다.

저장형 디스펜서 음극은 텅스텐과 바륨칼슘 알루미네이트가 압축성형된 전자방출물질과, 이의 상부에 위치되어 Ba의 확산공공부를 제공하는 다공성 금속기체와, 이들을 저장하는 콘테이너와, 콘테이너를 지지고정함과 아울러 히이터를 내장하는 슬리이브로 구성된다. 그리고 상기와 같은 기본적인 구조나 재료를 바탕으로하여 상기한 다공성 금속기체와 전자방출물질에 약간 첨가물이 첨가되게 되는데, 이는 음극의 동작온도를 낮추거나, 전류밀도를 높이기 위한 것들이다. 예를들어 미국의 세라다인(Ceradyne)사의 경우는 미국특허 4,823,044호에 개시된 바와같이, 다공성 금속기체에 Ir,Os,Ru,Re등을 적량 포함시킨다. 이와같은 저장형 디스펜서 음극은 제조경비가 저렴하고, 10A/㎠ 이상의 전류밀도를 갖는 장점이 있다.

그러나 상기한 종래의 저장형 디스펜서 음극은, 물론 그 이전의 모든 디스펜서 음극도 그러했지만, 다공성 금속기체의 공공부의 내벽과 그 표면에 대한 단분자층의 형성공정에 소요되는 시간, 즉 활성화 에이징에 소요되는 시간이 적어도 10시간에서 최고는 30시간정도로서 제조가공시간이 긴 단점을 지니고 있는바, 이는 제품의 생산성을 떨어뜨리는 큰 원인중 하나이다.

이와같이 활성화 에이징에 소요되는 시간이 길게 되는 것은 전자방출물질로부터의 확산 바륨이 그 상부의 다공성 금속기체의 공공부를 통하여 점차 확산되면서 최종적으로 다공성 금속기체의 표면에까지 도달되어야 하기 때문이다. 즉 히이터로부터의 열에너지에 의해 생성된 확산 바륨이 공공부를 통과하면서 공공부 내벽에 충분히 Ba층이 형성된 후에야(즉, 농도가 포화상태가 된 후에야) 다공성 금속기체의 표면에 최종적으로 Ba단분자층이 형성되기 때문이다. 이를 해결하기 위한 대책으로서는 Ba의 생성량을 크게 확대하는 방법이 있으나, 이와같은 경우에는 히이터로부터의 발열량을 크게 해야 하기 때문에 히이터의 수명을 단축할 우려가 있고, Ba이 과다하게 증발되어 음극자체의 수명 즉 지속적인 열전자방출이 가능한 시간이 단축되게 되며, 증발된 Ba이 단분자층의 형성에 기여치 못하고 음극주변의 부품에 부착되게 되면 제품자체의 성능저하와 불량화를 초래하게 된다.

본 발명은 장시간의 지속적인 전자방출이 가능하고 활성화 에이징에 소요되는 시간이 크게 단축된 디스펜서 음극을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 바륨산화물중에 적어도 하나를 포함하며 저장조에 들어있는 전자방출밀질, 상기 전자방출물질의 상부에 위치하는 다공성 금속기체, 및 상기 저장조를 하부에서 지지하며 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비하는 디스펜서 음극에 있어서, 상기 전자방출물질에 바륨알루미늄 합금(BaAl₄)과 니켈(Ni)을 포함시킨 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 한 실시에를 제1도를 참도하면서 상세히 설명한다. 본 발명의 디스펜서 음극은 제1도에 도시된 바와같이 전자방출물질(2)과, 그 상부의 텅스텐 재질의 다공성 금속기체(1)와, 이를 저장하는 저장조(3), 이를 하부에서 지지고정함과 아울러 히이터(5)를 내장하는 슬리이브(4)로 구성된다.

이때에 상기 전자방출물질(2)은 바륨칼슘 알루미네이트, W분말 및 BaAl₄+Ni분말을 혼합한 후 압축성형한 것으로서, 상기 바륨칼슘 알루미네이트는 BaCO₃,CaCO₃,Al₂O₃의 분말을 적정비로 혼합한후 소성처리하여 된 것이다. 그리고 상기 바륨칼슘 알루미네이트(A), W분말(B) 및 BaAl₄+Ni분말(C)의 혼합비(wt%)는 다음과 같다.

A : B : C = 50 : 30 : 20

이때에 상기 BaAl₄+Ni의 함량은 효과적인 문제와 경제성을 고려하여 5 내지 30중량%내에서의 가변이 가능하다. BaAl₄+Ni의 함량이 5%보다 적을 때는 활성화 에이징시간 단축에 크게 기여하지 못하고, 30%보다 많을 때는 활성화 초기에 Ba생성반응이 급격히 일어나서 반응열에 의한 온도상승으로 용융물이 발생하여 음극특성이 저하될 가능성이 있으므로 5 내지 30중량%가 바람직하다. 이러한 혼합비로 조성된 금속분말 혼합체는 프레스지그를 통하여 전자방출물질(2)로서 가공이 되는데 저장조(3)에 상기 금속분말 혼합체를 장입하여 놓은 상태에서 압축성형되는 것이다. 그리고 전자방출물(2)의 상부에 위치되는 다공성 금속기체(1)는 별도의 압축성형단계→소결단계의 공정을 통하여 제조된 후에 상기 저장조(3)에 용접고정되는 것이다.

활성화 에이징이 되지 않은 상태는 제2a도에 도시된 바와같이 텅스텐 등의 내열금속의 분말을 통하여 제조된 다공성 금속기체(1)의 공공부(la)는 제조당시의 원형을 유지하며, 활성화 에이징이 이루어진 경우에는 제2b도에 도시된 바와같이 공공부의 내벽 및 표면에 Ba의 단분자층(6,6a)이 형성된다.

이상과 같이 본 발명의 특징은 전자방출물질에 BaAl₄와 Ni분말이 포함되어 있다는 점이며, 이에 의하여 활성화 에이징 과정에서 Ba단분자층의 형성이 신속하게 이루어진다.

즉, 활성화 과정초기에 히이터의 가열에 의해 700~800℃ 정도가 되면 BaAl₄와 Ni과의 반응이 급격히 일어나 유리 Ba과 AlNi를 생성한다.

BaAl₄+Ni → 4AiNi+Ba↑

상기 반응에 의해 생성된 유리 Ba에 의해 다공성 금속공공부의 내벽 및 표면의 Ba농도포화가 신속히 이루어지고, 이어서 바륨칼슘 알루미네이트와 환원제인 W과의 반응에 의해 서서히 생성된 Ba이 다공성 금속표면의 Ba증발을 보충하고 지속적인 전자방출에 기여하게 된다.

제3도는 본 발명의 디스펜서 음극의 활성화 에이징에 따른 전류밀도와 종래 디스펜서 음극의 활성화 에이징에 따른 전류밀도를 비교한 그래프이다. 본 발명의 디스펜서 음극은 2시간 정도 경과된 상태에서 활성화 에이징이 거의 완료되지만, 종래의 디스펜서 음극은 10시간 정도 경과된 뒤에야 활성화 에이징이 거의 완료되는 것을 볼 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 디스펜서 음극은 BaAl₄와 Ni의 활성화 에이징 촉진작용에 따른 신속한 활성화 에이징 과정을 통하여 제조될 수 있기 때문에, 종래에 비해 단위시간당 생산량이 크게 증대될 수 있다. 즉, 종래의 디스펜서 음극은 활성화 에이징에 적어도 10시간 이상이 소요되었으나 본 발명의 디스펜서 음극은 종래와 같은 조건하에서 불과 1~2시간내에 활성화 에이징이 완료된다.

Claims (3)

1. 바륨산화물중에 적어도 하나를 포함하며 저장조에 들어있는 전자방출물질, 상기 전자방출물질의 상부에 위치하는 다공성 금속기체, 및 상기 저장조를 하부에서 지지하며 히이터를 내장하는 슬리이브를 구비하는 디스펜서 음극에 있어서, 상기 전자방출물질에 바륨알루미늄합금(BaAl₄)과 니켈의 포함시킨 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 바륨알루미늄합금(BaAl₄)과 니켈의 함량이 전자방출물질 총중량에 대해 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.
3. 제1항에 있어서, 상기 전자방출물질이 바륨칼슘 알루미네이트와 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜서 음극.

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