KR920007414B1 - 저장형 음극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저장형 음극의 제조방법

제1도는 종래의 저장형 음극의 부분 개략 단면도.

제2도는 제1도에서의 A부분의 확대도.

제3도는 이 발명에 따른 저장형 음극의 확대 상세도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 다공질 금속기체 2 : 전자 방출물질

3 : 저장조 4 : 슬리이브

5 : 히터 6 : 기공

7 : 텅스텐과 스칸듐 옥사이드가 혼합된 다공질 금속기체

8 : 텅스텐입자에 스칸듐옥사이드가 코팅된 다공질 금속기체

이 발명은 저장형 음극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전류 밀도가 요구되는 브라운관, 촬상관등의 전자관등에 이용가능한 저온동작의 고전류 밀도 및 긴 수명을 갖는 저장형 음극의 제조방법에 관한 것이다.

디스펜서 음극은 히터를 가열시키면 음극동작시에 바륨이 표면으로 확산 분배되므로 디스펜서 음극이라 불리워지며, 통상적으로는 함침형 음극을 지칭하나, 저장형, 소결형 음극도 포함한다.

이 발명은 저장형 음극에 적용되며, 이러한 저장형 디스펜서 부재는 그 상부에는 텅스텐 등과 같은 성질을 갖는 고융점 다공질 금속기체를 형성시키고, 그 하부에는 몰리브텐등과 같은 고융점 금속을 저장조의 형태로 하여 저장조 내부에 바륨 칼슘 알루미네이트(Barium Calcium Aluminate)등으로 구성된 전자 방출물질을 저장하고 있다. 이러한 저장형 음극은 고융점 다공질 금속기체를 사용하기 때문에 기존의 삼원탄산염 음극에 비해 높은 전자방출능력과 긴 수명을 갖게 되어 대형 브라운관 또는 고해상용 텔레비젼의 브라운관등의 음극으로 사용되며 전자관의 고성능화 특히 고정세도 및 고휘도화등을 음극으로 유망시되고 있다.

그러나, 저장형 음극이 동작하기 위하여는 그 동작온도범위가 1100-1022℃로서 상당히 고온에서 동작하므로 실제로 있어서 전자관에 적용할 때에는 전극 재료를 변경하여야 하며 히터의 신뢰성도 보장할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

제1도는 종래의 저장형 음극의 부분 개략 단면도로서, 저장조(3)는 오목형상을 가지고, 내열성 고융점 금속인 몰리브덴(Mo)으로 형성되며, 저장조(3)내에는 바륨 칼슘 알루미네이트로 구성된 전자방출물질(2)이 저장되어 있다. 또한, 저장조(3)상부에는 스칸듐옥사이드(Sc₂O₃)를 포함하고 있는 다공질 금속기체(1)가 장착되어 있으며, 이들은 슬리이브(4)에 의하여 지지된다. 상기 저장형 음극은 스칸듐(Sc) 또는 스칸듐옥사이드(Sc₂O₃)를 음극 표면에 피복하거나 이들 물질을 포함하는 다공질 금속기체를 이용하여 저장형 음극의 고온동작에 따른 단점을 해결하였다.

그러나, 상기 저장형의 음극들이 동작온도에서 고전류밀도를 발생시키기 위하여는 상당히 긴, 통상적으로 약 1150℃에서 10시간이상의 활성화 시간을 필요로 하는 문제점이 있었다.

제2도는 제1도에서의 A부분의 확대도로서, 텅스텐과 스칸듐 옥사이드가 혼합된 다공질 금속기체(7)는 입경이 미세한 텅스텐과 스칸듐 분말을 기입 성형시키고, 수소 분위기에서 가소결하며, 진공중에서 본 소결하여 제조된다. 그러나, 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)와 텅스텐(W)사이에 균일 혼합물을 형성시킴에 있어 많은 시간이 소요되고, 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)가 고가이므로 원가상승의 원인이 되며, 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)는 텅스텐(W)과 혼합물로 이루어져 있어 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)가 소망하는 바대로 그 역할을 충분히 할 수 없다는 문제점이 있었다.

이 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이 발명의 목적은 전자총의 전극부품을 변경하거나 히터를 변경함이 없이 활성화 시간이 짧은 음극을 마련하여 저온동작으로 고전류밀도화가 가능한 저장형 음극의 제조방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명은, 오목형상의 저장조내에 바륨 칼슘 알루미네이트를 저장시키고 상기 저장조 상부에 다공질 금속분말의 압축 성형체를 장착시킨 저장형 음극의 제조방법에 있어서, 다공질 금속체를 질산 스칸듐(Sc Nitrate)수용액에 넣어 진공상태에서 다공질 사이로 상기 질산 스칸듐 수용액을 침투시키는 단계와, 상기 질산 스칸듐 수용액이 침투된 상기 다공질 금속기체를 환원 분위기 또는 진공중에서 가열시키는 단계와로 구성되어 상기 다공질 금속기체 입자에 박막층을 형성시키는 저장형 음극의 제조방법에 그 특징이 있다.

이 발명에 따른 저장형 음극의 제조방법의 일실시예에 대하여 첨부도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제3도는 이 발명에 따른 다공질 금속기체의 확대도로서, 텅스텐(W)입자 표면에 수 μm의 스칸듐 옥사이드(Se₂O₃) 박막층(9)이 형성되어 있는 상태를 도시하고 있다. 제3도에 도시되어 있는 바와같이, 저장조(3)상부에 위치하는 다공질 금속기체(8)에 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃) 박막층(9)를 형성시키기 위하여 우선 입경이 3∼8μm인 고융점의 금속의 분말, 일예로 텅스텐(W)분말을 프레스 성형하고, 수소분위기에서 가소결한 후, 진공중에서 본 소결하여 순수 텅스텐(W) 다공질 금속기체를 얻는다. 또한, 질산 스큰듐을 물에 0.01∼5%의 농도가 되도록 용해시켜 수용액을 제조한다.

그후, 본 소결이 완료된 다공질 금속기체를 상기 질산 스칸듐 수용액에 넣고 진공상태로 하면 다공질 사이로 질산스칸듐 수용액이 침투하게 된다. 계속하여, 질산 스칸듐 수용액이 침투된 다공질 금속기체를 환원 분위기 또는 진공중에서 300∼400℃로 가열하면, 질산 스칸듐 수용액은 서서히 분해되어 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)로 변화하면서 다공질 금속기체인 텅스텐(W)입자 표면에 두께가 수μm인 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃) 박막층(9)이 형성된다. 이때, 가공률은 15∼30%이며 제3도에 도시된 바와같은 형상의 다공질 금속기체가 얻어진다.

한편, 제1도에 도시되어 있는 바와같이, 내열성 고융점 금속인 몰리브덴(Mo)으로 형성된 저장조(3)내에 바륨 칼슘 알루미네이트와 텅스텐(W)으로 구성된 전자방출물질(2)을 넣어 저장시킨후, 상기 스칸듐 옥사이드 박막층(9)이 형성된 다공질 금속기체(8)를 저장조(3)의 상부에 장착하여 몰리브덴(Mo)으로 형성된 슬리이브(4)와 결합시켜 용접함으로써 저장형 음극이 완성된다.

상기의 과정들을 통하여 완성된 음극을 약 1100∼1150℃에서 2시간정도의 활성화공정을 수행하면 800∼850℃의 사용온도에서 약 10A/cm²의 포화전류밀도가 얻어진다. 이는 종래의 저장형 음극에서는 1000∼1100℃에서 10A/cm²의 포화전류밀도가 얻어진 것에 비해서, 활성화 시간이 단축됨과 동시에 저온동작으로 고전류 밀도화가 가능하다는 것을 알 수 있다.

다음으로 이 발명에 따라 제조된 저장형 음극의 작동원리를 설명한다.

우선, 전원을 공급하여 저장조(3) 하측에 위치하는 히터(5)를 가열시키면 저장조(3)내에 있는 바륨 칼슘 알루미네이트와 텅스텐(W)이 반응하게 되고, 텅스텐(W)이 바륨 산화물의 산소와 결합하게 되므로 유리 바륨원자가를 형성시킨다. 이 유리 바륨원자가 텅스텐(W)과 스칸듐 옥사이드(Sc₂O₃)로 구성된 다공질 금속기체의 공공부를 통하여 표면확산되며, 그 표면에서 바륨 스칸듐 및 산소가 결합하여 바륨-스칸듐-산소(Ba-Sc-O)의 단원자층을 형성시킨다.

종래의 저장형 음극에서, 활성화 시간이 긴 이유는 상기 바륨-스칸듐-산소의 단원자층의 형성시간이 길기 때문이었으나, 이 발명에 의하면 바륨-스칸듐-산소의 단원자층이 형성되고 유리 바륨원자가 공공부를 통하여 표면확산될 때, 스칸듐과 용이하게 반응하므로, 충분한 전자방출을 할 수 있고, 짧은 시간으로도 충분히 활성화가 수행되어 소망의 고전류밀도(10A/cm²)를 얻을 수 있게되어 일함수를 작게하는데 결정적인 역할을 하게 된다.

이상에서 상술한 바와같이, 이 발명에 따른 저장형 음극에 의하면, 다공질 금속기체를 질산 스칸듐 수용액에 넣어 진공상태에서 다공질 사이로 상기 질산 스칸듐 수용액을 침투시키는 단계와, 질산 스칸듐 수용액이 침투된 상기 다공질 금속기체를 환원분위기 또는 진공중에서 가열시키는 단계와로 구성되어 상기 다공질 금속기체의 입자가 박막층을 형성한 것이므로, 종래 저장형 음극의 결점인 활성화 공정에 소요되는 시간을 대폭 단축하여 제품제조시간을 줄임으로써, 생산성 향상에 크게 기여하게 되며, 낮은 온도에서 고전류 밀도를 얻을 수 있게 된다.

또한, 브라운관등의 전자관에 이 발명에 따른 저장형 음극을 적용할 때에, 종래의 저장형 음극이 높은 동작온도에서 작용할 때 발생하는 전극부품 및 히터의 변형 그리고, 히터의 수명단축 및 음극전자방출 특성의 불안정들을 쉽게 해결할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 오목형상의 저장조내에 바륨 칼슘 알루미네이트를 저장 시키고, 상기 저장조 상부에 다공질 금속분말의 압축성형체를 장착시킨 저장형 음극의 제조방법에 있어서, 다공질 금속기체를 질산 스칸듐 수용액에 넣어 진공상태에서 다공질 사이로 상기 질산 스칸듐 수용액을 침투시키는 단계와 질산 스칸듐 수용액이 침투된 상기 다공질 금속기체를 환원분위기 또는 진공중에서 가열시키는 단계와로 구성되어 상기 다공질 금속기체의 입자에 박막층을 형성시키는 저장형 음극의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 질산 스칸듐 수용액의 농도가 0.01% 내지 5%이며, 상기 질산 스칸듐 수용액이 침투된 다공질 금속기체를 가열시키는 온도가 300℃ 내지 400℃인 저장형 음극의 제조방법.

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