KR920009328B1 - 산화물 음극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

산화물 음극의 제조방법

제1도는 종래의 산화물 음극의 측단면도.

제2도는 본 발명의 제조방법에 의해서 제조한 산화물 음극의 측단면도.

제3도는 제2도의 A부분의 확대도로써, 캡의 표면상에 주입된 이온분포를 개략적으로 도시한 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 캡(cap) 2 : 탄산염

5 : Sc 혹은 Sc₂O₃6 : 환원제

본 발명은 산화물 음극의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 이온주입 방법에 의해 산화물 음극의 수명을 향상시킨 산화물 음극의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 산화물 음극은 제1도에 도시한 바와 같이, 열전자 방출성 탄산염(2)에 도포된 캡(cap)(1)을 슬리이브(sleeve)(3)에 용접한 구조로 되어 있는바, 상기 탄산염(2)은 통상 알칼리토류 금속인 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)등을 공침시켜 얻은 3원 탄산염(BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃)을 소량의 Mg, Si등의 환원제를 포함하는 니켈(Ni) 금속 기체상에 현탁액 상태로 스프레이한 후, 진공중에서 가열 분해하여 얻은 3원 산화물층을 상기 전자방출 물질로 사용한다.

즉, 상기 3원 탄산염을 진공상태하에서 분해시키면,

로 되어 CO₂는 기체상태로 배기펌프에 의해 방출되고, 3차원 탄산염은(Ba, Ca, Sr)0 고용체 상태의 산화물로 남게 된다. 따라서, 이 산화물을 700∼800℃로 가열하면 니켈금속 기체와(Ba,Ca,Sr)0 고용체와의 경계면에서 니켈금속기체와 환원제에 의해 상기 산화물 고용체가 환원되면서 유리 Ba이 생성되며, 이 유리 Ba이 도우너(donor) 역활을 하여 전자방출 동작에 기여하게 된다.

한편, 전자방출 동작이 오래 지속되면 니켈금속 기체중의 환원제와 (Ba, Ca, Sr) 0의 고용체가 반응하여 산화물이 생성된다. 이와 같은 산화물은 통상 ＂중간층＂이라 불리우며, 그 조성은 MgSiO₃, BaSiO₃등의 복합산화물 층으로 이루어져, 결국 상기 중간층이 환원제의 확산동작을 방해하여 유리 Ba의 생성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 상기와 같이 제조된 산화물 음극은 열전자 방출능력이 낮고 또한 수명이 짧다는 결점이 있었다.

최근에와서는 상기와 같은 결점을 개선하기 위하여, 예를들면 3원 탄산염의 제조시에 In(Induidum), Ga(Gallium) 특히 Sc(Scandium)과 같은 회토류 금속중 1종 또는 2종의 원소를 분말법, 침지법 또는 공침법등으로 첨가하여 음극의 수명연장과 과전류 밀도를 얻을 수 있도록 하는 기술이 제안되어 있다. 특히, Sc를 3원 탄산염에 섞어 사용하면, Sc가 종래의 문제점이었던 복합산화물로 이루어진 중간층을 상기 Sc가 다시 환원시켜 줌으로써 중간층 생성을 억제시키는 효과가 있게 된다.

그러나, Sc를 Sc₂O₃의 분말상태로 3원 탄산염과 섞는 분말법과 Sc 용액에 3원 탄산염을 담구어 탄산염속에서 Sc가 젖어들게 하는 침지법 성분물질들간의 비중차이 및 응집력에 의해 Sc를 균일하게 분산시킬 수 없음으로 해서 분산상태가 불량하고, 또 Sc와 3원 탄산염을 공침시켜서 석출시키는 공침법은 Sc 공침량이 한정되어 있어서 그 효과가 절감되어 종래의 산화물 음극에서와 같은 문제점을 유발한다는 결점이 있다.

한편, 상기와 같은 결점을 해결하기 위해 Sc를 스퍼터링 또는 열증착 방법으로 니켈 금속 기체의 표면에 코팅시키는 방법이 제안되기도 하였으나, 이는 상기 코팅된 Sc층이 탄산염과 환원제 사이를 차단하는 방해층 역할을 하여, 유리 Ba 생성에 악영향을 준다고 하는 결점이 있고, 또 니켈 금속제조시에 미량의 Sc를 직접 첨가하는 방법도 제안되기도 하였으나 이는 경제성이 낮다고 하는 결점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 같은 제반 결점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 주된 목적은 소량의 환원제를 포함하는 니켈금속기체의 내부 및 표면에 Sc를 균일하게 분산시켜 음극의 전자방출 능력을 향상시킬 수 있도록 한 산화물 음극을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 산화물 음극의 제조방법은 전자관용 음극의 전자방출 산화물인 3원 탄산염을 함유하는 산화물 음극의 제조방법에 있어서, 캡형상의 니켈금속체와 슬리이브가 용착된 음극구조체에 Sc 또는 Sc₂O₃중 어느 1종을 산소분위기하에서 기체상태로 증발시켜 이온화시킨 후, 환원제인 Mg, Si등을 소량 포함하는 캡의 표면에 상기 증발된 Sc 또는 Sc₂O₃중 1종의 기체를 이온주입하여 탄산염을 함유하는 현탄액을 도포시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 일실시예에 의해 제조한 산화물 음극의 측단면도이고, 제3도는 제2도의 A부분의 확대단면도로써, 캡의 표면상에 주입된 이온분포를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 니켈 금속기체로 이루어진 캡(1)과 슬리이브(3)가 용착된 음극수조체에 Sc 또는 Sc₂O₃를 산소분위기하에서 기체 상태로 증발시켜 이를 이온화시킨 후, 가속기의 원리로 가속시켜 상기 캡(1)내부로 침투시켜 침투층을 형성한다.

다시 말하면, 산화물 음극의 니켈 금속기체상에 이온주입 방법을 이용하여 Sc 또는 Sc₂O₃를 니켈금속기체 표면에서 침투깊이가 200~3000Å으로 주입시키고, 다시 BaCO₃＋CaCO₃＋SrCO₃의 고용체 현탁액을 스프레이로 피복시킨다.

이때, Sc₂O₃를 이온화시키는 경우에는 직접 Sc₂O₃를 가열하여 증기 상태로 만들 수 있으나, Sc₂O₃를 증기로 만들기 위해서는 높은 용융온도가 필요하기 때문에, 실제상으로는 어려우며, 따라서 본 발명에서는 산소분위기하에서 Sc를 증기상태로 만들어 Sc와 산소를 각각 별도로 이온 주입하는 방법을 사용한다.

한편, 이때 이온 주입되는 Sc 또는 Sc₂O₃의 양은 초기량과 이온화정도, 가속전압 그리고 니켈금속기체의 표면 상태에 따라 각각 달라지게 되며, 본 발명의 실시예에 있어서는 주입된 Sc 또는 Sc₂O₃의 양이 니켈금속기체의 표면에서 200~3000Å 범위로 침투되고, 상기 두께층에서 Sc 또는 Sc₂O₃의 침투 밀도가 Mg, Si등의 환원제가 소량 첨가된 니켈금속기체에 대해 0.3~0.5 범위가 최적인 것으로 판단한다.

따라서, 중간층은 탄산염과 니켈금속 기체와의 접촉면에서 생성되기 때문에 환원제가 첨가된 니켈금속 기체의 표면(탄산염과 접촉면)에 Sc 또는 Sc₂O₃가 분포되므로서 중간층의 생성이 억제되어 산화물 음극의 수명 및 전자방출 능력을 향상시킨다.

한편, 제3도는 캡(1)의 표면에 Mg, Si등을 소량 포함하는 환원제(6)와 Sc 또는 Sc₂O₃(5)가 공존하고 있는 상태를 확대 도시한 조직도로써, 캡(1)의 표면에 Sc 또는 Sc₂O₃를 이온 주입하여 탄산염이 균일하게 도포되는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 니켈 금속기체의 표면에 환원제와 Sc 또는 Sc₂O₃가 공존하여 균등하게 분포되어 탄산염과의 사이에 음극의 중간층 생성을 억제함으로써 산화물 음극의 수명특성을 향상시킴은 물론 환원 능력이 배가되어 전자방출 능력을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 전자관용 음극의 전자방출 산화물인 3원 탄산염을 함유하는 산화물 음극의 제조방법에 있어서, 캡 형상의 니켈금속기체와 슬리이브가 용착된 음극구조체에 Sc 또는 Sc₂O₃중 어느 1종을 산소 분위기하에서 기체 상태로 증발시켜 이온화 시킨 후, 환원제인 Mg, Si등을 소량 포함하는 캡의 표면에 상기 증발된 Sc 또는 Sc₂O₃중 1종의 기체를 이온주입하여 탄산염을 함유하는 현탁액을 도포시키는 것을 특징으로 하는 산화물 음극의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡은 그 표면상에 이온주입 되는 Sc 또는 Sc₂O₃의 침투 깊이는 200~3000Å인 것을 특징으로 하는 산화물 음극의 제조방법.

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