NL8901076A - Oxydekathode. - Google Patents

Description

Oxydekathode.

De uitvinding heeft betrekking op een kathode roet een dragerlichaam dat in hoofdzaak uit nikkel bestaat en bedekt is met een laag elektronenemitterend materiaal bevattende aardalkalimetaaloxyden en tenminste bevattende barium en ten hoogste 5 gewichtsprocent yttriumoxyde of scandiumoxyde.

Dergelijke kathoden worden bijvoorbeeld beschreven in EP-A-0.210.805. De emissie van dergelijke kathoden berust op het vrijmaken van barium uit bariumoxyde. Naast het bariumoxyde bevat het elektronenemitterend materiaal doorgaans strontiumoxyde en soms calciumoxyde. Door de toevoeging van yttriumoxyde of scandiumoxyde worden verbeterde eigenschappen ten aanzien van elektronenemissie verkregen.

De eigenlijke emissie wordt in hoofdzaak verzorgd door kleine gebiedjes (zogenaamde "sites") met de laagste effectieve uittreepotentiaal voor elektronen, die verspreid zijn over het elektronenemitterend materiaal. In de praktijk zullen gebiedjes met een iets hogere uittreepotentiaal nauwelijks tot de door de kathode gegenereerde elektronenstroom bijdragen.

Voor een hoge effectieve elektronenemissie is het dan ook gunstig het aantal gebiedjes met een zo laag mogelijke uittreepotentiaal in de totale verdeling van "sites" zo optimaal mogelijk te kiezen.

Een kathode volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat het yttrium- of scandiumoxyde zich in het elektronenemitterend materiaal bevindt als deeltjes waarvan het merendeel een diameter heeft van ten hoogste 5 ym en bij voorkeur ten hoogste 1 ym.

In een voorkeursuitvoering bevat het elektronenemitterend materiaal 0,1 - 1 gewichtsprocent yttriumoxyde of scandiumoxyde.

De uitvinding berust op het inzicht dat de grootte van het oppervlak van de korrels invloed heeft op de vorming van het aantal "sites". Het blijkt dat hierdoor bij geringere afmeting van de korrels volstaan kan worden met geringere hoeveelheden yttriumoxyde of scandiumoxyde in de emitterende laag.

De uitvinding zal thans nader worden verklaard aan de hand van een uitvoeringsvorm en de tekening, waarin

Figuur 1 schematisch in dwarsdoorsnede een kathode volgens de uitvinding toont, terwijl

Figuur 2 de resultaten van levensduurproeven toont aan kathodestraalbuizen, voorzien van kathodes met verschillende percentages yttriuraoxyde in de laag elektronenemitterend materiaal voor een eerste waarde van de diameter van de korrels van het yttriumoxydepoeder en Figuur 3 soortgelijke resultaten toont voor een andere waarde van de diameter van de korrels van het yttriumoxydepoeder.

De kathode 1 in Figuur 1, bevat in dit voorbeeld een cylindervormige nichrome kathodeschacht 3, voorzien van een kap 7. De kap 7 bestaat hoofdzakelijk uit nikkel en kan reducerende middelen zoals bijvoorbeeld silicium, magnesium, mangaan, aluminium en wolfraam bevatten. In de kathodeschacht 3 bevindt zich een spiraalvormige gloeidraad 4, welke uit een metalen spiraalvormig gewonden kern 5 en een elektrisch isolerende aluminiumoxydelaag 6 bestaat.

Op de kap 7 bevindt zich een ca. 70 pm dikke laag emitterend materiaal 2, die bijvoorbeeld door middel van spuiten is opgebracht. De laag 2 bevat bijvoorbeeld een mengsel van bariumoxyde en strontiumoxyde, verkregen door bariumstrontiumcarbonaat aan te brengen en vervolgens te ontleden of een mengsel van bariumoxyde, strontiumoxyde en calciumoxyde.

Aan het mengsel is bovendien een zekere hoeveelheid yttriumoxyde of scandiumoxyde toegevoegd.

Kathoden met een emitterende laag uit een mengsel van bariumoxyde en strontiumoxyde waaraan respectievelijk 0,6 gewichtsprocent, 1,3 gewichtsprocent, 2,5 gewichtsprocent, 5 gewichtsprocent en 10 gewichtsprocent yttriumoxyde was toegevoegd, werden in een kathodestraalbuis gemonteerd. Het yttriumoxyde dat aan het mengsel was toegevoegd, bestond uit korrels waarvan de helft een diameter van 4,5 pm of minder bezat (d5Q = 4,5 pm).

Na deze standaardmontage en activeren van de kathoden in de buis, werden de kathodestraalbuizen gedurende 2000 branduren bedreven bij een gloeidraadspanning van 7 Volt, hetgeen vergelijkbaar is met ca. 10.000 reële bedrijfsuren. Vóór en na deze levensduurtest, werden emissiemetingen uitgevoerd bij een gloeidraadspanning van 7 Volt na 30 seconden stroomvoeren bij een kathodebelasting van 2,2 A/cm2 (zogenaamde Aik 3q - meting).

De afname in emissiestroom bedroeg respectievelijk 5,1%, 3,5%, 3,9%, 12,8% en 35,7%, terwijl deze in het geval zonder toevoeging 38% bedroeg. Door de aldus gevonden punten werd de kromme van Figuur 2 getrokken, die globaal het verband geeft tussen de hoeveelheid yttriumoxyde (met korrelgrootte d5Q = 4,5 pm) en het emissieverloop. Tevens is in Figuur 2 het punt a aangegeven, dat onder identieke voorwaarden het verloop van de emissie (een daling van 0,7%) toont voor een toevoeging van 0,3 gewichtsprocent yttriumoxyde met een kleinere korrelafmeting (d50 =0,9 pm).

Figuur 3 toont een soortgelijke afhankelijkheid van het emissieverloop en de toegevoegde hoeveelheid yttriumoxyde dat bestond uit korrels waarvan de helft een diameter van 0,9 pm of minder bezat (djjQ = 0,9 pm). Nadat de kathoden met toevoegingen van respectievelijk 0,1 gewichtsprocent, 0,3 gewichtsprocent, 0,6 gewichtsprocent en 1,3 gewichtsprocent aan de emitterende laag die een mengsel van barium- en strontiumoxyde bevatte op de gebruikelijke wijze in kathodestraalbuizen waren gemonteerd en geactiveerd, werden deze aan een versnelde en verzwaarde levensduurtest onderworpen. De belasting van de kathode bedroeg hierbij 4 A/cm2, welke belasting eveneens tijdens de emissiemeting werd gehandhaafd. De emissieafname bedroeg na 100 uur respectievelijk 3,24%, 0r82%, 1,42% en 3,56%, terwijl deze in het geval zonder toevoeging 8,09% bedroeg. Voor een buis met een kathode waaraan 0,3 gewichtsprocent van het grovere yttriumpoeder (d5Q = 4,5 pm) was toegevoegd, bedroeg de afname van de emissie onder dezelfde testcondities 6,49% (punt b in Figuur 3).

Uit de Figuren 2 en 3 blijkt duidelijk dat bij het gebruik van yttriumoxyde met een kleinere korrelafmeting dezelfde of betere resultaten kunnen worden verkregen bij kleinere hoeveelheden toegevoegd yttriumoxyde.

Ook andere voor kathodestraalbuizen karakteristieke eigenschappen zoals het roll-off-punt (het punt waar de emissiestromm in de kathodestraalbuis bij verlagen van de gloeispanning over de verwarmingsdraad 10% gedaald is ten opzichte van de emissiestroom bij een gloeidraadspanning van 8,5 Volt) bezaten optimale waarden bij die hoeveelheden yttriumoxyde waar de krommen van Figuur 2 en 3 een minimale afname van de emissie toonden.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden, maar zijn diverse variaties mogelijk. Zo kan o.a. bij het gebruik van scandiumoxyde in plaats van yttriumoxyde op soortgelijke wijze een verbeterde emissie bij lage gewichtspercentages en kleinere korrelafmetingen gevonden worden. Ook in de vormgeving van de kathode zijn diverse variaties mogelijk (cylindervormig, hol, bol, enz.), evenals in de methode van aanbrengen van de elektronenemitterende laag.

Claims (6)

1. Kathode met een dragerlichaam dat in hoofdzaak uit nikkel bestaat en bedekt is met een laag elektronenemitterend materiaal bevattende aardalkalimetaaloxyden en ten minste bevattende barium en ten hoogste 5 gewichtsprocent yttriumoxyde of scandiumoxyde, met het kenmerk, dat het yttriumoxyde of scandiumoxyde zich in het emitterend materiaal bevindt als deeltjes waarvan het merendeel een diameter van ten hoogste 5 pm bezit.

2. Kathode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het merendeel van de deeltjes een diameter van ten hoogste 1 pm bezit.

3. Kathode volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het elektronenemitterend materiaal 0,1-1 gewichtsprocent yttriumoxyde of scandiumoxyde bevat.

4. Kathode volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het elektronenemitterend materiaal in hoofdzaak bariumoxyde en strontiumoxyde bevat.

5. Kathode volgens een der conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat het dragerlichaam reductiemiddelen bevat.

6. Elektronenstraalbuis voorzien van een kathode volgens een der conclusies 1 tot en met 5.