NL194056C - Oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuis en werkwijze voor de vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

1 194056 . Oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuts en werkwijze voor de vervaardiging daarvan

Deze uitvinding betreft een oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuis omvattende: een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, met hierop een laag Sc of Sc203 waarbij genoemde kap 5 gelast is op een huls; een elektronen-emitterende stof die een ternair carbonaat van BaCOg, CaC03 en SrC03 omvat, die gecoat is op genoemde Ni-basis; een verwarmer voor het verwarmen van de genoemde kap binnen de huls en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan. Meer in het bijzonder gaat het om een oxide-gecoate kathode en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan die de elektronen-emitterende karakteristieken en de levensduur van de kathode kan verhogen door de verdelingseigenschappen van de 10 elektronen-emitterende stof te verbeteren door middel van een ionen-implantatiemethode.

Een dergelijke oxide-gecoate kathode en werkwijze is bekend uit het Amerikaanse Octrooischrift 4.797.593.

, In een conventionele uitvoering van een kathode voor een kathodestraalbuis, zoals te zien Is in figuur 1, is een kap (1), uitgerust met een elektronen-emitterende stof, bijvoorbeeld een carbonaat (2), vastgelast op 15 een huls (3). De elektronen-emitterende stof wordt als volgt bereid.

Een ternair carbonaat van BaC03, CaC03 en SrC03, bereid uit aardalkalimetalen Ba, Sr en Ca, wordt gemengd met een bindmiddel en een oplosmiddel zodat een suspensie wordt gevormd. Deze suspensie wordt gesproeid op een basis die gemaakt is van Ni als voornaamste element en die kleine hoeveelheden van een reducerend element, zoals Mg of Si, omvat 20 De opgebrachte suspensie wordt in een vacuüm verhit om deze om te zetten in het temaire samengestelde oxide, dat gebruikt wordt als een elektronen-emitterende stof.

Deze conversie, waarbij het ternaire carbonaat verhit wordt in een vacuüm, kan worden beschreven met de volgende reactieformules:

BaCOg -> BaO + C02 25 CaCOg —> CaO + C02

SrCOg -> SrO + C02

Het C02-gas dat gevormd wordt bij de bovenstaande reactie wordt verwijderd via een vacuümpomp, en het temaire carbonaat wordt omgezet in het ternaire samengestelde oxide van (Ba,Ca,Sr)0.

Wanneer het genoemde ternaire samengestelde oxide bij een temperatuur van 700-800°C wordt 30 verouderd, wordt het op het scheidingsvlak met de Ni-basis door het reducerende element gereduceerd, waarbij vrij Ba wordt geproduceerd. Dit vrije Ba kan een rol spelen als een donor, die bijdraagt aan de elektronen-emitterende werking.

Indien de werking van de elektronen-emissie gedurende een langere periode wordt voortgezet, reageert in het bovenstaande geval het ternaire samengestelde oxide van (Ba,Ca,Sr)0 met het reducerende element 35 in de Ni-basis waarbij een oxidelaag wordt gevormd. Een dergelijke oxidelaag wordt een "tussenlaag” genoemd, en deze is een samengestelde oxidelaag bestaande uit MgSi03 of BaSi03, enz. De genoemde tussenlaag remt de diffusie van het reducerende element, waardoor de vorming van vrij Ba beperkt wordt. Dienovereenkomstig vertoont een dergelijke conventionele kathode gebreken in de vorm van slechte elektronen-emitterende karakteristieken en een korte levensduur.

40 Om de bovengenoemde problemen op te lossen, worden verschillende methodes volgens de stand der techniek beschreven in de US octrooien nrs. 4.797.593 of 4.864.189, de ter inzage gelegde Japanse octrooiaanvragen SHOWA 61-271 732, 63-254 635, 64-77 819 of HEISEI 1 102 829. Deze octrooipublicaties beschrijven ten minste een van de volgende technieken, waarin een of twee elementen uit de groep der zeldzame aardmetaalelementen zoals In, Ga of Sc en dergelijke worden toegevoegd aan het temaire 45 carbonaat, namelijk door middel van het gebruik van een dispersiemethode, een afzetmethode, of een co-precipitatiemethode, met als doel de vorming van vrij Ba te verhogen en daarmee de levensduur van de kathode te verlengen en te voorzien in een hoge stroomdichtheid.

Bijvoorbeeld leidt de toevoeging van Scandium (Sc) aan het ternaire carbonaat tot een reductie van de tussenlaag van samengesteld oxide, die de bovengenoemde gebreken veroorzaakt, en heeft daarmee het 50 effect dat de vorming van de tussenlaag wordt beperkt.

Zoals echter beschreven in de Japanse octrooiaanvragen SHOWA 64-77 819 en HEISE11 102 829, vertonen zowel de dispersiemethode waarbij Sc gemengd wordt met het ternaire carbonaat in een poedervorm van Sc203, als de afzetmethode waarbij het temaire carbonaat wordt afgezet in de scan-diumoplossing, het onderstaande genoemde probleem; de verdelingskarakteristieken van het Sc zijn slechts 55 als gevolg van de verschillen in soortelijk gewicht en cohesie tussen de respectieve elementen.

Verder resulteert de co-precipitatiemethode, waarbij Sc en het ternaire carbonaat gelijktijdig afgezet en neergeslagen worden, in soortgelijke problemen als in de conventionele kathode ten gevolge van het 194056 2 criterium van de hoeveelheid Sc voor de afzetting.

Eveneens is met het oog op een oplossing van de bovenstaande problemen een techniek voorgesteld, waarbij Sc door middel van een kathodeverstuivingsmethode of een hitte-evaporatiemethode als een laag wordt gecoat op het oppervlak van de Ni-basis. Een dergelijke methode heeft echter als nadeel dat de 5 gecoate Sc-laag op de basis als een barrièrelaag werkt, die het carbonaat isoleert van het reducerende element zodat de vorming van het vrije Ba verhinderd wordt. Een andere methode is voorgesteld, waarbij kleine hoeveelheden Sc direct worden toegevoegd tijdens de vervaardiging van de Ni-basis, maar deze methode leidt tot een verhoging van de productiekosten.

Doel van de huidige uitvinding is te voorzien in een oxide-gecoate kathode die in staat is om de 10 elektronen-emitterende karakteristieken te verhogen en waarin Sc gelijkmatig verdeeld is over het oppervlak en in het inwendige van de Ni-basis, die kleine hoeveelheden van een reducerend element omvat.

Een oxide-gecoate kathode van een in de aanhef genoemde soort, wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de Ni-basis is gevormd met een implantatielaag waarin het Sc of Sc203 gelijkmatig verdeeld zijn in het inwendige en op het oppervlak van de Ni-basis.

15 Een ander doel van de huidige uitvinding is te voorzien in een werkwijze voor het vervaardigen van een oxide-gecoate kathode die in staat is om de elektronen-emitterende karakteristieken te verhogen.

Een werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode volgens de uitvinding omvat in een eerste uitvoering: een stap waarin het Sc of Sc203 gevaporiseerd en geïsoleerd wordt door te verhitten in een zuurstof* 20 houdende omgeving; een stap waarin het geïoniseerde Sc of Sc203 door versnelling aangebracht wordt op het oppervlak van een basis die Ni als voornaamste element en kleine hoeveelheden van een reducerend element bevat, waarbij de implantatielaag wordt gevormd; een stap waarin een suspensie, die een elektronen-emitterende stof uit een carbonaat bevat, op het 25 oppervlak van de genoemde Ni-basis wordt gesproeid en in een tweede uitvoering; een stap waarin het Sc of Sc203 aangebracht wordt op het oppervlak van een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, door middel van een plasma-sproeimethode; een stap waarin een suspensie, die een elektronen-emitterende stof uit een carbonaat omvat, op het oppervlak van de basis wordt gesproeid; en een stap waarin de implantatielaag wordt gevormd door diffusie 30 van het Sc in de Ni-basis.

De huidige uitvinding kan meer volledig begrepen worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving, met verwijzing naar de tekeningen, waarin: figuur 1 een partieel doorsnede-aanzicht van een conventionele oxide-gecoate kathode laat zien; 35 figuur 2(A) een schematische weergave is van een implantatieprocedure volgens de huidige uitvinding, waarbij versnelde ionen op de basis aangebracht worden; figuur 2(B) een schematisch aanzicht in doorsnede is van een kathodestructuur volgens de huidige uitvinding; figuur 3 een vergroot aanzicht in doorsnede is van deel A uit figuur 2(B), waarin (schematisch) het 40 bovenste deel van de basis te zien is.

In figuur 2(B) wordt een kathodestructuur getoond volgens deze uitvinding, waarbij een kap (10), welke een basis met Ni als voornaamste element omvat, is gelast op een huls (12) met een verhitter (14) daarin. De basis is voorzien van een bekleding daarop van een elektronen-emitterende stof (16), die een temair 45 carbonaat van BaC03, CaC03, SrC03 omvat

Zoals in figuur 2(A) te zien is, wordt gevaporiseerd en geïoniseerd Sc of Sc203 in de gasfase door versnelling aangebracht op kap (10), de Ni-basis, waarbij het geïmplanteerd wordt in de basis onder vorming van een implantatielaag waarin het Sc uniform verdeeld is tot een zekere diepte.

In het geval van het ioniseren van scandiumoxide (Sc203), is het mogelijk om het Sc203 in de gasfase te 50 brengen door middel van verhitten, waarbij een hogere temperatuur nodig is om de temperatuur te verhogen. Uit dit oogpunt stelt deze uitvoering van de huidige uitvinding een methode voor waarbij Sc gevaporiseerd wordt in een zuurstofhoudende omgeving, en het gevaporiseerde Sc en het zuurstof gescheiden van elkaar versneld worden om te worden geïmplanteerd op de Ni-basis.

Op dat moment hangt de hoeveelheid van Sc of Sc203 die geïmplanteerd wordt, af van de begin-55 hoeveelheid van elk carbonaat. In deze uitvoering van de uitvinding wordt Sc of Sc203 geïmplanteerd in het inwendige van de basis en verdeeld, waarbij een implantatielaag wordt gevormd met een zekere diepte, bijvoorbeeld, 20-300 nm vanaf het oppervlak van de basis gerekend, afhankelijk van de ionisatiegraad, het

Claims (7)

1. Oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuis, omvattend: een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, met hierop een laag Sc of Sc^O;,, waarbij 30 genoemde kap gelast is op een huls; een elektronen-emitterende stof die een ternair carbonaat van BaC03, CaC03 en SrC03 omvat, die gecoat is op genoemde Ni-basis; een verwarmer voor het verwarmen van de genoemde kap binnen de huls, met het kenmerk, dat de genoemde Ni-basis is gevormd met een impiantatielaag waarin het Sc of Sc203 gelijkmatig verdeeld zijn in het inwendige en op het oppervlak van de Ni-basis.

2. Oxide-gecoate kathode volgens conclusie 1, waarin de impiantatielaag een diepte heeft van 20-300 nm vanaf het oppervlak van de genoemde Ni-basis.

3. Oxide-gecoate kathode volgens conclusie 1, waarin de impiantatielaag een dichtheid heeft van 0.3-0.5 ten opzichte van de dichtheid van de genoemde Ni-basis.

3 194056 • versnellingsvoltage, en de conditie van het oppervlak van de basis. Het verdient de voorkeur dat de dichtheid van de impiantatielaag waarin Sc en Sc203 verdeeld worden, een waarde van 0.3-0.5 heeft als optimale waarde in vergelijking met die van de matrix, d.w.z. de Ni-basis die kleine hoeveelheden van een reducerend element zoals Mg of Si bevat.

4. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuis volgens 40 conclusie 1, omvattend: een stap waarin het Sc of Sc203 gevaporiseerd en geïoniseerd wordt door te verhitten in een zuurstof-houdende omgeving; een stap waarin het geïoniseerde Sc of Sc203 door versnelling aangebracht wordt op het oppervlak van een basis die Ni als voornaamste element en kleine hoeveelheden van een reducerend element bevat, 45 waarbij de impiantatielaag wordt gevormd; een stap waarin een suspensie, die een elektronen-emitterende stof uit een carbonaat bevat, op het oppervlak van de genoemde Ni-basis wordt gesproeid.

5. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode volgens conclusie 4, waarin de impiantatielaag een < Üepte heeft van 20-300 nm, vanaf het oppervlak van de Ni-basis gerekend.

5 Figuur 3 toont schematisch de bovenkant van de basis die aan de elektronen-emitterende substantie (16) grenst, waar een reducerend element (18) zoals Mg of Si en Scandium (Sc) of scandiumoxide (Sc203) (20) gelijkmatig verdeeld zijn op het oppervlak en binnen in de kap (10) die de Ni-basis bevat. Er is nu gevonden dat de vorming van de tussenlaag, die gevormd wordt op het scheidingsvlak tussen het carbonaat en de Ni-basis, en die verhindert dat het reducerende agens diffundeert, (zoals in de conventionele kathode) 10 beperkt wordt ten gevolge van de uniforme verdeling van Sc aan het grensvlak. Daardoor wordt de vorming van vrij Ba versneld zodat de elektronen-emitterende karakteristieken van de kathode worden verbeterd en de levensduur wordt verlengd. In de bovengenoemde uitvoering van deze uitvinding wordt een methode, waarin geïoniseerd Sc geïmplanteerd wordt in de Ni-basis door middel van een implantatiemethode, beschreven. Volgens een 15 andere uitvoeringsvorm van deze uitvinding kan Sc of Sc203 door middel van een plasma-sproeimethode gesproeid worden op het oppervlak van de kap (10) die de Ni-basis omvat, waarna het genoemde Sc diffundeert in de richting van het inwendige van de Ni-basis zodat een impiantatielaag wordt gevormd als in de eerstgenoemde uitvoeringsvorm. Een dergelijke impiantatielaag werkt als en leidt tot dezelfde effecten als hierboven.

20 In de huidige uitvinding, zoals hierboven beschreven, wordt bereikt dat de vorming van de tussenlaag gelimiteerd kan worden door een uniforme verdeling van Sc of Sc203 op het oppervlak en in het inwendige van de Ni-basis, waarbij de elektronen-emitterende karakteristieken van de kathode verbeterd worden en de levensduur wordt verlengd. 25

6. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode voor een kathodestraalbuis volgens conclusie 1, omvattend: een stap waarin het Sc of Sc203 aangebracht wordt op het oppervlak van een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, door middel van een plasma-sproeimethode; een stap waarin een suspensie, die een elektronen-emitterende stof uit een carbonaat omvat, op het 55 oppervlak van de basis wordt gesproeid; en een stap waarin de impiantatielaag wordt gevormd door 194056 4 diffusie van het Sc in de Ni-basis.

7. Werkwijze ter vervaardiging van een oxide-gecoate kathode volgens conclusie 6, waarin de genoemde implantatielaag een diepte heeft van 20-300 nm, vanaf het oppervlak van de genoemde Ni-basis gerekend. Hierbij 2 bladen tekening