MXPA05001022A - Catodo de oxido para canon de electrones con un sustrato metalico adicionado diferencialmente. - Google Patents

Abstract

El sustrato metalico de este catodo tiene un espesor de = 100 mum y contiene una pluralidad de agentes reductores como Si o Al y sobre la capa superior 111, 0.005% < Mg = 0.1%, Si o Al = 0.025% y W = 3% - sobre la cara inferior 122, la concentracion en peso de Mg es inferior a la concentracion en peso de Mg sobre la cara superior, y la concentracion en peso de Si o Al es superior a la concentracion en peso de Si o Al sobre la cara superior y superior al 0.02%. El tiempo de vida es maximizado y el tiempo de activacion es minimizado.

Description

CATODO DE OXIDO PARA CAÑON DE ELECTRONES CON UN SUSTRATO METALICO ADICIONADO DIFERENCIALMENTE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con cátodos de óxido que son usados comúnmente, como una fuente de electrones, en cañones de electrones para tubos de rayos catódicos. Los electrones son emitidos desde el cátodo gracias a un efecto termoiónico. Los tubos de rayos catódicos son usados principalmente como dispositivos de representación visual para computadoras o televisores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Refiriéndose a la Figura 1, un cátodo de óxido convencional comprende una capa emisora catódica 3 básicamente constituida de óxidos alcalinotérreos o una mezcla de ésos óxidos . - un sustrato 1 sobre el cual la capa emisora catódica 3 esta depositada, la cual generalmente esta constituida de una aleación de níquel, que contiene uno o varios agentes reductores como Mg, Al, Si, , Cr y/o Zr. La aleación de níquel del sustrato 1 se basa generalmente en una mezcla de níquel y tungsteno o una mezcla de níquel y molibdeno.

El cátodo de óxido convencional mostrado en la figura 1 comprende, de manera más precisa, un sustrato de monocapa de aleación de níquel de forma similar a una copa 1, un manguito de forma similar a la de un tubo 2 constituido de una aleación que contiene al menos Ni y Cr, sobre el cual esta soldado el sustrato mecánico 1. Puesto que son usadas dos partes metálicas para constituir el cátodo, es decir un sustrato metálico 1 y un manguito 2 este tipo de cátodo es llamado "cátodo de dos piezas". Una capa emisora catódica 3 de doble o triple carbonato, es decir que se deposita una mezcla de (Ba,Sr)CÜ3 o (Ba, Sr, Ca) C03 en el sustrato 1. Aquellos carbonatos los cuales son químicamente estables bajo la exposición al aire, se descomponen en óxidos dobles de BaO, SrO, u óxidos triples de BaO, SrO, CaO calentando el cátodo bajo vacío durante la secuencia de activación de un tubo de rayos catódicos. Posteriormente, se crea bario metálico en la capa emisora catódica de óxido doble o triple 3 a la temperatura de operación del cátodo, la cual se encuentra preferiblemente medio intervalo de 700° a 850 °C siendo la presencia de bario metálico principalmente responsable de las buenas propiedades de emisión de la capa emisora catódica de óxido doble o triple 3 del cátodo. Para este punto, por conveniencia, se comprenderá que las referencias al óxido triple incluyen óxido doble también. El cátodo es calentado a su temperatura de operación por la radiación térmica de un calentador 4 insertado dentro del manguito 2; este calentador 4 esta generalmente hecho de un alambre de tungsteno o una aleación de W y Re, generalmente cubierta por una capa de óxido de aluminio. Como una alternativa al cátodo convencional descrito en la figura 1 que tiene una monocapa de níquel como sustrato metálico 1, también se usa comúnmente una capa doble de aleaciones de níquel como sustrato metálico (véase por ejemplo la US n° 3,919,751, G.T.E Sylvania Inc.). Esta doble capa comúnmente es referida como bimetal. Un cátodo que usa un bimetal para un sustrato metálico 1 se muestra en la figura 2. La capa doble comprende una capa superior 11 de níquel o una aleación de níquel que contiene de 1 a 5% de tungsteno o, de manera alternativa, de 1 a 5% de molibdeno (en porciento en peso) unida a una capa inferior 12 de aleación de níquel y cromo (típicamente una aleación llamada "nicromo", que contiene 20% de Cr, siendo el resto esencialmente Ni) . El sustrato de doble capa 1 que comprende la capa superior de níquel 11 y la capa inferior de níquel-cromo 12 puede ser formado en una copa que sea soldada sobre el manguito de níquel-cromo 2, como se describe en la figura 2. En este caso, se sóida un sustrato en forma de copa 1 a un manguito 2, este cátodo también es llamado "cátodo de dos piezas", como el otro cátodo convencional descrito en la Figura 1. Una capa emisora catódica usual 3 esta hecha de carbonatos triples, es decir una mezcla de (Ba, Sr, Ca)C03/ que está depositada sobre la capa superior 11. La capa depositada es calentada a su temperatura de operación por la radiación térmica de un calentador 4 insertada en un manguito 2 como la figura 1. Se sabe, de manera alternativa, como producir un "cátodo de una pieza" usando un bimetal, como se describe en la Figura 3. En este caso, una tira de bimetal en la cual comprende una capa superior 11 y una capa inferior 12 como se describió anteriormente con referencia a la Figura 2, se forma en un tubo el cual está cerrado en un extremo, con la capa superior basada en níquel 11 apareciendo como la cara externa del tubo. Seleccionando la forma de ataque químico de la capa superior basada en níquel 11 y protegiendo el extremo cerrado del tubo, es posible remover toda la capa superior basada en níquel 11 excepto sobre la porción superior o extremo cerrado del tubo, dejando de éste modo un sustrato en forma de copa de doble capa 1 de una altura deseada sobre un manguito de nicromo 2 (véase por ejemplo la EU n° 4,849,066, R.C.A). Este cátodo, aunque obtenido a través de un proceso diferente, es muy similar al cátodo anterior descrito con referencia a la Figura 2. Estando constituido este cátodo de solo una parte, es llamado un "cátodo de una pieza".

En el cátodo de óxido, para ambos casos donde el sustrato 1 esta hecho de una sola capa o de una capa doble, la creación de bario metálico es mantenida a través de la vida del cátodo por la reducción de BaO a Ba causada por la reacción química del BaO con todos los elementos contenidos en el níquel que tiene una potencia reductora con respecto al BaO. La reducción química ocurre a la temperatura de operación del cátodo (típicamente 700°C-850°C) o en cualquier paso de la fabricación del tubo de rayos catódicos donde el cátodo sea calentado, por ejemplo, el paso de activación diseñado para llevar el cátodo a sus capacidades de emisión óptima. Cuando el cátodo es calentado, los elementos reductores contenidos en el sustrato 1 se difunden térmicamente a la interfase entre el sustrato 1 y la capa emisora catódica 3 donde reaccionan con el BaO para liberar Ba metálico y formar compuestos de reacción. A continuación se dan ejemplos para las reacciones químicas entre los elementos reductores y el BaO para Mg, Al, Si y W: Mg + BaO -> MgO + Ba 2A1 + 4BaO BaAl204 + 3Ba Si + 4BaO -> Ba2Si04 + 2Ba W + 6BaO ? Ba3W06 + Ba El bario metálico, a la temperatura de operación del cátodo, se evapora constantemente de la capa emisora catódica 3. Para mantener buenas propiedades de emisión, esta perdida de bario debe ser compensada por la creación de bario metálico a través de reacciones quimicas como se describió anteriormente. El flujo de elementos reductores que reaccionan con BaO no debe ser inferior al nivel mínimo necesario para crear la cantidad de bario metálico necesaria para que se sostengan las buenas propiedades de emisión. Los elementos reductores entran a la interfaz entre el sustrato de doble capa 1 y la capa emisora catódica 3 por difusión desde la capa superior 11 del sustrato. Puesto que los elementos reductores contenidos en la capa inferior 12 (por ejemplo el cromo, o Si si el "nicromo" de esta capa inferior esta adicionado con Si) migran de la capa inferior 12 a la capa superior 11, puesto que esos elementos reductores también pueden difundirse además hacia la interfaz entre la capa superior 11 y la capa emisora catódica 3 juega un papel positivo para la vida del cátodo, ellos actúan en efecto como una reserva adicional de elementos reductores. En la figura 9, se presenta el incremento de la concentración de silicio en la capa superior 11, medida por el método ICP (Plasma Acoplado Inductivamente) como función del tiempo de operación de esos diferentes cátodos. La concentración inicial de silicio es la concentración sobre el metal de la capa superior 11, como se establece en la elaboración de este metal. El enriquecimiento de la capa superior en silicio con el tiempo es atribuida a la difusión del silicio de la capa inferior 12 a la capa superior 11. En esta serie de muestras bimetal, la concentración promedio de silicio en la capa inferior de nicromo es del 0.18%. La diferencia entre este valor de concentración en la capa inferior y el valor en la capa superior de níquel es la fuerza conductora para la difusión de Si de la capa inferior a la superior. Usualmente es común usar Ng o Zr como un activador rápido que actúa al inicio de la vida del cátodo combinado con Si o Al como activador a largo plazo para prolongar la vida del cátodo cuando el activador rápido no esté actuando ya. Se conocen dos factores principales que limitan el flujo de elementos reductores hacia la interfaz entre la capa superior 11 y la capa emisora catódica 3. En primer lugar, cuando los elementos reductores son consumidos en la reacción con BaO, su concentración en la capa superior 11 tiende a disminuir con la vida, y en consecuencia su flujo hacia esta interfaz disminuye. El agotamiento completo de elementos reductores puede ocurrir aún si su concentración inicial en la capa superior 11 es baja. Otro factor que limita el flujo de elementos reductores es la acumulación de compuestos de reacción en esta interfase entre la capa superior 11 y la capa emisora catódica 3, formando de este modo una capa de bloqueo para la difusión de especies (véase por ejemplo: E.S. Rittner, Philips Res. Rep.,T.8, pl84, 1953). Primero que todo esta capa bloqueadora comienza a crearse en el paso de recocido efectuado sobre el sustrato 1 antes de la deposición de la capa emisora catódica 3. Durante éste paso de recocido, los elementos reductores son oxidados por cantidades pequeñas de oxigeno, dando como resultado la creación de MgO, S1O2 o AI2O3. El oxigeno proviene de la descomposición del vapor de agua agregado a la atmósfera del horno usado para el recocido, usualmente compuesta de un exceso de hidrógeno. Entonces, esta capa bloqueadora se acumula más durante la operación del cátodo. Los compuestos interfaciales que pueden acumularse principalmente durante la vida son los basados en y los compuestos basados en Si. Para superar el agotamiento de los agentes reductores, podría pensarse en incrementar la concentración de aquellos últimos en la capa superior 11, pero esto tiene la desventaja de incrementar la velocidad de formación de compuestos dañinos que se acumulan en la capa bloqueadora. Además de la desventaja de limitar el flujo de elementos reductores, los compuestos interfaciales de esta capa bloqueadora tienden a empeorar la adhesión de la capa emisora catódica 3 sobre la capa superior 11. Esta es en sí misma razón suficiente para mantener el desarrollo de aquellos compuestos tan bajo como sea posible. Una posible solución para evitar el agotamiento de los agentes reductores y la rápida acumulación de una capa bloqueadora en la primera etapa de la vida del cátodo, seria proponer tener una concentración razonablemente baja de elementos reductores en la capa superior 11, pero un espesor del sustrato 1 suficientemente alto para proporcionar una buena reserva de elementos reductores (véase por ejemplo: H.E Kern, Bell Laboratories Record, T. 38, n°12, p451, Diciembre 1960). Por ejemplo, en una primera aproximación, podría considerarse una composición de la capa superior 11 con un espesor de 400µp de níquel adicionado con 0.01% en peso de Si es equivalente, en términos de la reserva de Si, a ???µp? con 0.04% en peso de Si, siendo el producto de la concentración en peso por el espesor él mismo. En efecto, otra característica importante, es decir el espesor E del sustrato 1, tiene que ser tomado en cuenta para diseñar los cátodos para tubo de rayos catódicos, como tubos de representación visual para computadoras o televisores. El tiempo de activación de haz de electrones está ligado directamente al tiempo necesario para que el cátodo alcance su temperatura de operación. Este tiempo se incrementa con el peso del cátodo, de modo que es de importancia tener un sustrato 1 con el menor peso posible. El peso más bajo comúnmente usado para un sustrato metálico 1 para un cátodo es de aproximadamente 70-???µ??, pero ese espesor tan bajo impide el uso de bajas concentraciones de elementos reductores en- este sustrato debido a que, en primer lugar, es necesario al menos un 1% en peso de W y/o Mo en el níquel usado en el sustrato para mantener una buena resistencia mecánica del sustrato y en segundo lugar, la concentración de elementos reductores activos como Mg o Si no puede fijarse en niveles tan bajos alrededor del 0.01% en peso debido a que la reserva de elementos reductores sería demasiado baja. Si el espesor del sustrato se incrementa en el intervalo de 150 a 200um, puede usarse una concentración muy inferior de W y/o Mo para un sustrato basado en níquel, pero el tiempo de activación se degrada en comparación con un espesor de sustrato de 70µ??. De este modo, parece no existir una forma de combinar una baja concentración de elementos reductores que conduce a una velocidad de formación lenta de compuestos dañinos y de una capa bloqueadora y bajo espesor de sustrato que conduce al bajo tiempo de activación. Esto podría hacerse sólo a expensas del tiempo de vida del cátodo, en caso que no sea aceptable. La presente invención ofrece la posibilidad de minimizar el tiempo de activación y un tiempo de vida prolongado . Otro aspecto importante de la optimización de la química del sustrato es el hecho de que algunos de los elementos reductores tienen una presión de vapor relativamente alta que conduce a una evaporación significativa al vacío del tubo de rayos catódicos, cuando el cátodo es calentado. Comprendido en esta familia de elementos de alta presión de vapor está el Mg. El vapor metálico de Mg tiende a condensarse sobre las diferentes partes del cañón de electrones del tubo de rayos catódicos. Para todos los tipos de sustrato metálico de forma similar a una copa, la cara superior 111 puede definirse como la superficie sobre la cual esta depositada la capa emisora catódica 3 y la cara inferior 122 como la superficie del sustrato opuesta a la cara superior 111, como se muestra en la figura 3. La cara inferior 122 está orientada hacia el calentador 4 y varios conectores metálicos eléctricos del cañón de electrones que nos son representados. La deposición de los vapores metálicos de elementos reductores que provienen del cátodo sobre esos conectores eléctricos crea fugas eléctricas o cortocircuitos entre los electrodos del cañón que dañan la buena operación del cañón de electrones en el tubo de rayos catódicos.

LA INVENCION Un objetivo de la invención es lograr simultáneamente: un tiempo de vida tan prolongado como sea posible para el cátodo, - un tiempo de activación minimizado para el tubo electrónico en el cual el cátodo operará, con depósitos minimizados de cualesquiera materiales del cátodo sobre las otras partes eléctricas dentro de éste tubo durante la operación. Para éste propósito, el objeto de la invención es un cátodo de óxido para un cañón de electrones que comprende Una capa emisora catódica básicamente constituida de óxidos alcalinotérreos o de una mezcla de esos óxidos o, un sustrato metálico que tiene una cara superior sobre la cual esta depositada la capa emisora catódica, y una cara inferior opuesta a la cara superior, que contiene una pluralidad de agentes reductores los cuales son capaces de reducir los óxidos bajo las condiciones de operación del cañón de electrones, incluyendo la pluralidad de un primer agente reductor de Mg y un segundo agente reductor de Si o Al, caracterizado porque: - sobre la cara superior, la concentración en peso en Mg es superior a 0.005%, la concentración en peso del segundo agente reductor es inferior o igual a 0.025%, y la concentración en peso de los metales refractados es inferior o igual a 3%, donde los llamados metales refractados son seleccionados del grupo que consiste de W, o, Re, - sobre la cara inferior, la concentración en peso de Mg es inferior a la concentración en peso de Mg sobre la cara superior, y la concentración en peso del segundo agente reductor es superior a la concentración en peso del segundo agente reductor sobre la cara superior y superior a 0.02%, - el espesor E del sustrato metálico es inferior o igual a ???µp?. La presente invención conlleva simultáneamente las siguientes ventajas; - globalmente, sobre todo el sustrato del cátodo de óxido, una reserva grande de Mg y Si como agentes reductores para proporcionar un tiempo de vida prolongado con un espesor E minimizado de este sustrato de a lo más lOOpm; gracias a la concentración mínima de Mg, se proporciona suficiente energía en la cara superior del sustrato para sostener una buena emisión catódica en la vida inicial, - una baja velocidad de formación de compuestos interfaciales y capa bloqueadora, gracias a la concentración baja de Si o Al y a la baja concentración de W (< 3%) sobre la cara superior de este sustrato y en su proximidad, teniendo a la vez no obstante una buena reserva global grande de Si o Al sobre la cara inferior, agentes reductores para mantener la emisión a largo plazo del cátodo de óxido, - un tiempo de activación optimizado gracias a un espesor de sustrato menor o igual a ???µp?. Aunque es posible tener Si y Al juntos como un llamado segundo agente reductor, se prefiere tener Si solo, Al solo para evitar problemas de adhesión de la capa emisora catódica sobre el sustrato. Preferiblemente, para tener suficiente reserva de Mg y del segundo agente reductor: - de la cara superior hasta lo profundo en la parte superior de al menos 20pm en el sustrato, la concentración en el peso de Mg relacionada con esta cara superior es superior a 0.005%, la concentración en peso del segundo agente reductor con relación a esta cara superior es inferior o igual al 0.025%, y la concentración en peso de los metales refractados relacionados a esta cara superior es inferior o igual al 3%, - de la cara inferior hasta la profundidad de la parte inferior de al menos 10pm en el sustrato, la concentración en peso de Mg relacionada con esta cara inferior es inferior a la concentración en peso de Mg en relación con la superficie superior, y la concentración en peso del segundo agente reductor en relación con esta cara inferior es superior a la concentración en peso del segundo agente reductor relacionada con la cara superior es superior a 0.20%. Esa concentración en peso puede ser medida por cualesquiera métodos analíticos conocidos, preferiblemente por espectrometría ICP (Plasma Acoplado Inductivamente) . Preferiblemente la concentración en peso del Mg relacionado con la cara inferior es inferior a 0.8 x concentración en peso de Mgrelacionado con la cara superior . Preferiblemente la concentración en peso del segundo agente reductor en relación con la cara inferior es superior a 2 x la concentración en peso del segundo agente reductor en relación con la cara superior. Preferiblemente la concentración en peso de Mg relacionada con la cara superior es inferior o igual a 0.1% a la evaporación dañina más baja de vapor metálico de Mg sobre los conectores eléctricos del cañón de electrones y para evitar problemas metalúrgicos de capacidad de trabajo del sustrato metálico; dentro del intervalo general de 0.005-0.1%, dos posibles intervalos distintos de concentración de Mg con relación a la cara superior son ventajosos: - la concentración en peso de Mg con relación a la cara superior es inferior o igual al 0.02%, y, aún mejor, inferior al 0.01%; esta limitación minimiza la evaporación dañina de vapor metálico de Mg, sobre los conectores eléctricos del cañón de electrones, - la concentración en peso de Mg en relación a la cara superior es superior o igual al 0.05%; esta concentración de Mg mayor es ventajosa para cátodos que resisten una carga de CD alta, como para CRT que tiene aún imágenes desplegadas o presentadas. Preferiblemente: - la concentración en peso del segundo agente reductor en relación a la cara superior es superior al 0.01%. la concentración en peso de metales refractarios con relación a la cara superior es inferior o igual a 0.008%. - la concentración en peso de Mg, con relación a la cara inferior es inferior o igual a 0.004%. - la concentración en peso del segundo agente reductor en relación con la cara inferior es superior a 0.05%, preferiblemente al 0.06%. - la concentración en peso del segundo agente reductor con relación a la cara inferior es superior al 0.2%; para una concentración mayor, se encontrarían algunos problemas de adhesión. - de la cara inferior hasta una profundidad de 15µp? del sustrato, la concentración en peso de Cr es superior o igual al 12%. Esta parte inferior del sustrato donde la concentración en peso de Cr es superior o igual a 12% constituye una capa inferior la cual da de manera ventajosa al sustrato suficiente resistencia mecánica, permitiendo la baja concentración, es decir inferior o igual a 0.008%, de los metales refractarios sobre la cara superior o de esta cara hacia arriba hasta la profundidad de la parte superior en el sustrato. De acuerdo con una modalidad preferida, el sustrato comprende dos capas metálicas unidas superpuestas: una capa superior y una capa inferior. Esas dos capas metálicas unidas, superpuestas, forman un llamado bimetal . La invención conlleva de manera ventajosa, un uso optimizado de un bimetal como sustrato metálico del cátodo. Tomando la oportunidad de que el elemento adicional dado pueda ser agregado en las dos capas que constituyen el bimetal, por ejemplo una caja superior basada en níquel y una capa inferior basada en nicromo, a dos concentraciones diferentes, se propone en la presente invención adicional las dos capas de manera diferente en tanto el primer agente reductor de Mg y el agente reductor de Si y Al estén implicados. Se propuso el nivel de adición Mg bajo de acuerdo a la invención en la capa superior, de manera preferible, suficientemente alto para acumular suficiente Mg en la cara superior inicialmente para asegurar que las propiedades de emisión catódica de manera inicial como margen de vida a la vez, además, ausencia de Mg en la capa inferior para limitar la evaporación de Mg hacia los conectores eléctricos orientados hacia la cara inferior y la película metálica resultante que causa que fugas eléctricas en el cañón de electrodos. Se propone un nivel de adición de Si y/o Al bajo de acuerdo con la invención en la capa superior de manera que limite la formación de compuestos interfaciales dañinos y de una capa de bloqueo entre la cara superior y la capa emisora de cátodo, y se propone un nivel de adición alto de Si y/o Al de acuerdo con la invención en la capa inferior, de manera que se consiga una reserva alta de Si para asegurar la vida del cátodo a largo término a pesar de las concentraciones de Si y/o Al moderadas en la capa superior. Esta diferencia en la adición de las dos capas del bimetal usado como sustrato para el cátodo de acuerdo a la invención puede resumirse como una "adición diferencial", que ofrece las ventajas descritas anteriormente. Este sustrato de doble capa tiene: - una capa superior (sobre la cual se depositan los carbonatos triples de la capa emisora catódica) que tiene un bajo nivel de adición en elementos reductores, y una capa inferior que tiene un nivel de adición alto para servir como reserva de elementos reductores. Se prefiere un nicromo para la capa inferior, un beneficio, además de al alta reserva de Si, es la reserva de Cr que migra hacia la capa superior y hacia la superficie superior en la interfaz con la capa emisora catódica. La creación de compuestos dañinos basados en W y de una capa bloqueadora en esta interfaz puede ser evitada haciendo que la concentración en peso de sea inferior o igual al 0.008%, es decir prácticamente nada de tungsteno en la capa superior del bimetal . Preferiblemente, la capa inferior está hecha de nicromo. Esa aleación de Ni-Cr es bien conocida para partes de cañones de electrones; la concentración en peso de Cr se encuentra generalmente en el intervalo de 12% al 40%; el espesor mínimo de esa capa inferior sería de aproximadamente 15 µp?. Por lo tanto una capa inferior de nicromo asegura la rigidez del sustrato y proporciona un buen comportamiento termomecanico al cátodo, siendo posible tener una capa superior "sin tungsteno". Los óxidos alcalinotérreos son seleccionados del grupo que consiste preferiblemente de BaO, SrO y CaO o BaO, SrO. La mezcla de óxidos de metal alcalinotérreo puede ser adicionada con otros óxidos como SC2O3, o Y2O3. La pluralidad de agentes reductores puede incluir además elementos que sean seleccionados del grupo que consiste de Cr o Zr. También puede ser usado cualquier otro elemento con suficiente potencia reductora para reducir los óxidos de metal alcalinotérreo. Ese cátodo de acuerdo a la invención puede ser un cátodo de "una pieza" o un cátodo de "dos piezas". El objetivo de la invención es también un cañón de electrones que tiene, como fuente de electrones, un cátodo de acuerdo a la invención. El objetivo de la invención es también un tubo de rayos catódicos que incluye al menos ese cañón de electrones.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La invención será comprendida de manera más clara tras leer la siguiente descripción, dada a manera de ejemplo no limitante y con referencia a las Figuras anexas en las cuales: las Figuras 1 a 3, ya mencionadas, muestran estructuras de electrodo sostenidas en forma de escalera de acuerdo a la técnica anterior; la Figura 1 muestra un cátodo de monocapa de "dos piezas", la Figura 2 muestra un cátodo de doble capa o bimetal de "dos piezas", la Figura 3 muestra un cátodo de doble capa o bimetal de "una pieza", - las Figuras 4 y 5 muestran el intervalo usual de concentración (% en peso) de Si de acuerdo a la técnica anterior de la cara superior hasta la cara inferior respectivamente dentro de un sustrato metálico de un cátodo de monocapa de "dos piezas" de acuerdo a la Figura 1, y dentro de un sustrato metálico de un cátodo bimetal de "dos piezas" o "una pieza" de acuerdo a la Figura 2 ó 3, la Figura 6 muestra el intervalo de concentración (% en peso) de Si de acuerdo a una modalidad de la invención de la cara superior hasta la cara inferior dentro de un sustrato metálico de un catado bimetal de "dos piezas" o "una pieza", la Figura 7 muestra el cambio relativo del voltaje de corte expresado en porcentaje (%), para cátodos que usan bimetal de acuerdo a una modalidad de la invención (?) y para cátodos que usan bimetal convencional (¦) . la Figura 8 muestra una caída en la expresión catódica expresada en porcentaje (%) de la emisión inicial, para cátodos que usan bimetal de acuerdo a una modalidad de la invención y para cátodos que usan bimetal convencional. la Figura 9 muestra el incremento de la concentración de silicio en la cara superior del sustrato metálico de varios cátodos de óxido como función del tiempo de operación de este cátodo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCION Para simplificar la descripción y demostrar las diferencias y ventajas que la invención tiene sobre la técnica anterior, se usaron referencias idénticas para los elementos que proporcionan las mismas funciones. La invención será ahora descrita usando un bimetal para el sustrato 1 de un cátodo de una pieza mostrado en la Figura 3, los componentes principales del cual ya han sido descritos. Como cualquier bimetal, este bimetal comprende dos capas unidas, superpuestas, una capa superior 11 con una cara superior 111 en contacto con la capa emisora catódica 3, y una capa inferior que tiene su cara inferior externa 122 orientada hacia el calentador 4 del manguito 2. La capa superior está compuesta principalmente de níquel, su espesor es de aproximadamente 60 µ??. La capa inferior está compuesta principalmente de una aleación de níquel que tiene 20% de cromo, llamada nicromo; su espesor es de aproximadamente 30 µp?.

El sustrato 1 de acuerdo a la invención está constituido de bimetal de 70-100 µp? de espesor; aún si la concentración de W en la capa superior basada en Ni es inferior o igual al 0.008%, esto probó que el comportamiento mecánico es satisfactorio. Como comparación, los sustratos convencionales que usan una sola capa de níquel no aliado (por ejemplo sin W o Mo adicionados) tiene necesariamente un espesor mínimo entre 150 y 200 µp? para asegurar la rigidez, lo cual penaliza el tiempo de activación, en comparación con el sustrato de 70-100 µ?a de espesor . Las concentraciones elegidas de los elementos de interés en los sustratos de acuerdo a la invención se resumen también para sustratos convencionales en la tabla 1. De izquierda a derecha, la tabla 1 da el intervalo de concentración para W, Mg y Si de la capa superior 11 (o sobre la cara superior 111 para un cátodo de monocapa) , el intervalo de concentración de Mg y Si de la capa inferior 12 (o sobre la cara inferior 122 para un cátodo de monocapa) , el intervalo del espesor de un sustrato, y comentarios. De arriba hacia abajo, la tabla 1 muestra esos intervalos para sustratos convencionales (primeras cuatro líneas) y para sustratos bimetal de acuerdo a la invención. Las modalidades 1, 2 y 3 de acuerdo a la invención se relacionan con sustratos que tienen una cara superior "sin tungsteno"; las modalidades 1 y 2 se relacionan con sustratos que tienen una cara superior con un intervalo bajo de concentración de Mg; en oposición, las modalidades 3 y 4 se relacionan con sustratos que tienen una cara superior dentro de un intervalo alto de concentración de Mg, particularmente bien adaptados para cátodos que tienen que resistir una alta carga de CD. La adición del sustrato con Si se da ahora para ilustrar el principio de la adición diferencial sobre la cual se basa la invención. En la Figura 4, se muestra la adición con Si de una sola capa de sustrato convencional a ser usado en un cátodo de dos piezas. En la Figura 5, se muestra la adición del bimetal convencional. En este caso, la capa superior es adicionada con silicio en un intervalo preferido, y la capa de nicromo no es adicionada con silicio, los cual significa que su concentración es inferior a la concentración de silicio en la capa superior, e inferior o igual al 0.02%. La concentración de Si más baja que puede ser detectada usando el método de análisis convencional es de aproximadamente 0.003%. En la Figura 6 , se ilustra la adición diferencial del sustrato base bimetal de acuerdo a la invención. Ambas de la capa inferior y la capa superior son adicionadas con silicio. Puesto que el intervalo preferido de concentración de Si de la capa superior tiene un mínimo que es inferior al mínimo del intervalo de concentraciones de Si en la capa inferior, todas las combinaciones posibles de niveles de adición de Si y la capa superior y la capa inferior pueden ser referidos como "adición diferencial". Esta adición diferencial con los mismos intervalos también puede ser propuesta con Al como elemento reductor en lugar de Si. Las Figuras 7 y 8 muestran el desempeño típico en la prueba de vida de cátodos usando el bimetal de la invención en comparación con los cátodos que usan bimetal convencional, siendo ambos tipos de cátodos operados a la misma temperatura en tubos de rayos catódicos. Las condiciones de operación para los cátodos son tipicas para la operación de receptores de TV. Los bimetales que han sido usados para esas pruebas de vida tienen las siguientes características: bimetal convencional: o capa superior: espesor = 60 µp?; W= 4%, 0.03% < Si < 0.055%; 0.03% < Mg < 0.06%, o capa inferior: espesor = 30 µp?; Si < 0.01%, g= 0.01%, bimetal de acuerdo a la invención: o capa superior: espesor = 60 µ??; W < 0.008%, Si = 0.015%, Mg = 0.006%, o capa inferior: espesor = 30 µp?; 0.06% < Si < 0.2%; Mg = 0.003%.

En la Figura 8, el hundimiento en la emisión catódica expresada en porcentaje (%) de la emisión inicial ha sido graficada contra el tiempo de operación en horas. Los cátodos de acuerdo a la invención (?) muestran un hundimiento de la emisión claramente inferior al de los cátodos convencionales (¦) , ofreciendo la ventaja de mantener durante un periodo de tiempo mas largo una brillantez óptima de la imagen de TV. La Figura 7 muestra el cambio relativo de la imagen de corte, que depende del cambio en la distancia entre el cátodo y el primer electrodo ligado al comportamiento térmico del sistema. El cambio relativo del voltaje de corte es muy similar para los cátodos de la invención (?) y los cátodos convencionales (¦) . Esto demuestra que el comportamiento mecánico del cátodo de acuerdo a la invención es tan satisfactorio como el de los cátodos convencionales. Los compuestos dañinos formados en la superficie del bimetal convencional después del paso de recocido de metal típico, efectuado antes de la deposición del recubrimiento de carbonato, han sido evidenciados sobre un SEM (Microscopio Electrónico de Exploración) ; usando las mismas condiciones, la superficie de bimetal de acuerdo a la invención parece estar libre de compuestos dañinos después de un paso de recocido típico.

El bimetal con la adición diferencial de esta invención dentro de los intervalos de concentración mostrados en la tabla 1 puede ser usado en el cátodo de dos piezas o en cátodos de una pieza también. En el caso del cátodo de dos piezas, el diseño del cátodo es como se describe en la Figura 2 y en el caso del cátodo de una pieza, el diseño del cátodo es como se describe en la Figura 3. En lugar de un bimetal, puede ser usado un sustrato de una sola capa con adición diferencial progresiva sin apartarse de la invención. En el caso de un cátodo de dos piezas, el diseño del cátodo seria por lo tanto como se describe en la Figura 1.

Tabla 1 : Intervalo de concentración de los elementos adicionados dentro del sustrato del cátodo Tipo de Capa/cara superior Capa/cara Sustrato cátodo inferior W Mg Si Mg Si Eum Comentario Monocapa de "0%" 0.01% 0.01% = Cara = Cara 150 - % de Mg y Si dos piezas 1 < -0.1% -0.5% superior superior 200 um constante de la (Fig. 1) 0.008 monocapa basado en Ni a través del espesor Monocapa de 1- 0.01- 0.01- = Cara = Cara 70 - 200 % de Mg y Si dos piezas 2 10.5 0.1% 0.5% superior superior µt constante de la (Fig. 1) monocapa de aleación de Ni través del espesor Capa doble de 0-4% 0.015 0.015 < 0.02 < 0.02 % 70 - 150 Ni-Cr como capa dos piezas - - um inferior Ni (W) (Fig. 2) 0.06% 0.06% como capa superior Capa doble de 1-4% 0.015 0.015 < 0.02 < 0.02 % 70 - 150 Ni-Cr como capa una pieza - - um inferior (Fig. 3) 0.04% 0.06% Ni (+W) como capa superior Modalidad 1 < 0.005 0.01- < 0.004 > 0.06 < 70 - 100 Ni-Cr como capa de la 0.008 - 0.025 % 0.2 % um inferior invención 0.02% ¾ Ni como capa "basado en superior

Claims (15)

Tipo de Capa/cara superior Capa/cara Sustrato cátodo inferior W Mg Si w Mg Si Comentario Modalidad 2 < 0.005 < < 0.003 < 0.005 70 - 100 Ni-Cr como capa de la 0.008 - 0.005 % pero µp? inferior invención "Al 0.02% Al: > Ni cano capa en lugar de pero 0.06 < superior Si" Al: 0.2 % 0.01- 0.25 % Modalidad 3 < 0.05- 0.01- < 0.004 > 0.06 < 70 - 100 Ni-Cr como capa de la 0.008 0.1% 0.025 0.2 % pm inferior invención Ni como capa "basado en superior Si" Modalidad 4 1-3% 0.05- 0.01- < 0.004 > 0.06 70 - 100 Ni-Cr cono capa de la 0.1% 0.025 < 0.2% µt? inferior invención Ni como capa "basado en superior Si" REIVINDICACIONES

1. Un cátodo de óxido para un cañón de electrones, que comprende una capa emisora catódica básicamente constituida de óxidos alcalinotérreos o de una mezcla de esos óxidos; un sustrato metálico que tiene una cara superior sobre la cual está depositada la capa emisora catódica, y una cara inferior opuesta a la cara superior, que contiene una pluralidad de agentes reductores los cuales son capaces de reducir los óxidos bajo las condiciones de operación del cañón del electrones, incluyendo la pluralidad de un primer agente reductor Mg y un segundo agente reductor Si o Al, caracterizado porque: - en la cara superior, la concentración en peso de Mg es superior al 0.005%, la concentración en peso del segundo agente reductor es inferior o igual al 0.025%, y la concentración en peso de metales refractarios es inferior o igual al 3%, donde los llamados metales refractarios son seleccionados del grupo que consiste de W, Mo, Re, - sobre la cara inferior, la concentración en peso de Mg es inferior a la concentración en peso de Mg sobre la cara superior, y la concentración en peso del segundo agente reductor es superior a la concentración en peso del segundo agente reductor sobre la cara superior y superior a 0.02%, - el espesor E del sustrato metálico es inferior o igual a 100 µ?t?.

2. El cátodo de óxido según la reivindicación 1, caracterizado porque: - de la cara superior hasta la profundidad de la parte superior de al menos 200 µp? en el sustrato, la concentración en peso de Mg con relación a esta cara superior es superior al 0.005%, la concentración en peso del segundo agente reductor con relación a esta cara superior es inferior o igual al 0.025%, y la concentración en peso de metales refractarios con relación a esta cara superior es inferior o igual al 3%, - de la cara inferior hasta una profundidad de la parte inferior de al menos 10 µ?? en el sustrato, la concentración en peso de Mg con relación a esta cara inferior es inferior a la concentración en peso de Mg con relación a la cara superior, y la concentración en peso del segundo agente reductor con relación a esta cara inferior es superior a la concentración en peso del segundo agente reductor con relación a la cara superior y es superior al 0.02%.

3. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentración en peso de Mg con relación a la cara inferior es inferior o igual al 0.004%.

4. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentración en peso del segundo agente de reducción con relación a la cara superior es superior al 0.01%.

5. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentración en peso del segundo agente de reducción con relación a la cara inferior es superior al 0.05%.

6. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentración en peso del segundo agente de reducción con relación a la cara inferior es superior al 0.02%.

7. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, de la cara inferior hasta una profundidad de 15 µp? en el sustrato, la concentración en peso de Cr es superior o igual al 12%.

8. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el sustrato comprende dos capas metálicas unidas superpuestas: una capa superior y una capa inferior.

9. El cátodo de óxido según la reivindicación 8, caracterizado porque la capa inferior está constituida de nicromo.

10. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los óxidos alcalinotérreos son seleccionados del grupo que consiste de BaO, SrO, y CaO o BaO, SrO.

11. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pluralidad de agentes reductores incluye además elementos los cuales son seleccionados del grupo que consiste de Cr y Zr.

12. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque es un cátodo de "una pieza".

13. El cátodo de óxido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque es un cátodo de "dos piezas".

14. Un cañón de electrones que tiene una fuente de electrones, caracterizado porque la fuente de electrones es un cátodo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes .

15. Un tubo de rayos catódicos, caracterizado porque incluye al menos un cañón de electrones según la reivindicación 14.