NL9000065A - Kathode voor een elektronenbuis, en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

Kathode voor een elektronenbuis, en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een kathode voorgebruik in een elektronenbuis, en op een werkwijze voor het vervaardi¬gen daarvan.

De kathode voor een elektronenbuis in een kathodestraalbuiswordt zodanig vervaardigd dat een tricarbonaat dat barium als hoofd¬bestanddeel bevat, is opgenomen in een metalen beker, bijvoorbeeld vannikkel, met een dwarsplaat, en dan wordt het onderworpen aan een oxida-tieproces.

De resolutie van het beeld van een kathodestraalbuis is af¬hankelijk van de diameter van de door het elektronenkanon uitgezondenelektronenbundels, en bijgevolg is het beeld op het scherm duidelijkernaarmate de diameter van de elektronenbundel kleiner is. Als echtereen helder beeld geproduceerd moet worden, moet de stroomdichtheid vande kathode erg hoog zijn.

Echter, de stroomdichtheid door de kathode van een conventio¬nele elektronenbuis is niet meer dan 1 A/cm2, welk stroomdichtheids-niveau ruimschoots onvoldoende is om een hoge resolutie te verkrijgen.

Sinds kort zijn inspanningen gericht op hoge kwaliteit-tele-visies, en om aan deze ontwikkeling tegemoet te komen, zijn verschil¬lende methoden voorgesteld.

Een typisch voorbeeld daarvan is in fig. 4A geïllustreerd,en bestaat uit twee typen: éên daarvan is een dispenser-type dat alsvolgt is samengesteld: een beker 11, bijvoorbeeld een molybdeenbeker A,is gevuld met bariumcarbonaat 12 dat op zijn beurt bedekt is met eenporeuze metaallaag 13, zodanig dat thermische elektronen door de po¬reuze metaallaag 13 heen moeten worden afgegeven; een ander van degenoemde typen is een impregnatie-type dat als volgt is samengesteld:de genoemde beker 11 is alleen gevuld met een poreuze metaallaag 13,en deze is geïmpregneerd met een stof die bariumoxide (BaO), aluminium-oxide (Α^Ο^) en calciumoxide (CaO) bevat.

Een ander voorbeeld is in fig. 4B geïllustreerd, en is alsvolgt samengesteld: in de beker 11 is een geïmpregneerde metaallaag 14aangebracht, welke geïmpregneerde metaallaag 14 is gevormd door eenimpregneringsstof in de metaallaag 13 te impregneren. Over de geïmpreg¬ neerde metaallaag 14 wordt een poreuze metaallaag 13 aangebracht, waar¬door een ruimte-scheidingstype elektrode wordt gevormd. Dit type kenthet'probleem dat het moeilijk is om de dikte van de geïmpregneerdemetaallaag 14 te controleren bij de fabricage en daarom is deze nogniet commercieel toegepast.

De bovenbeschreven kathoden hebben het voordeel dat, wanneerde stroomdichtheid wordt vergroot in verband met het verwarmen van hetcarbonaat, het verdampingsverlies van het barium ten gevolge van dejoule-verwarming voorkomen kan worden, waardoor een voldoende levens-duurverwachting van de kathode wordt verzekerd. Vanwege het feit datin de bovenste poreuze metaallaag poriën worden gevormd, is echter deinitiële activatieperiode verlengd, dat wil zeggen de tijd totdat dethermische elektronen afgevende materialen zijn gediffundeerd van hetonderste gedeelte naar het bovenste gedeelte, is verlengd, hetgeen hetnadeel met zich meebrengt dat een snelle opstartkarakteristiek af¬wezig is. Verder bevat de poreuze metaallaag doorgaans wolfraam alshoofdbestanddeel, waardoor, als thermische elektronen afgevende mate¬rialen zoals bariumoxide achterblijven, het probleem ontstaat dat eenreactiebijprodukt wordt gevormd dat wordt gedefinieerd door de volgendeformule: W + 3Ba3Al20& + 6CaO -^ 3Ba2CaAl206 + 3Ba + Ca^Og (1)

Het reactie-bijprodukt kan de poriën van de poreuze metaallaagvullen, en door de accumulatie van dit verschijnsel kan de diffusie-snelheid van de thermische elektronen meer en meer worden verlaagd.

Daarom zijn volgens de meest recente ontwikkelingen de inspan¬ningen gericht op het bekleden van de poreuze metaallaag met iridium,osmium, rhenium en dergelijke, of op het ontwikkelen van een impregne-ringsstof, maar tot nog toe zijn geen bevredigende resultaten bereikt.

De onderhavige uitvinding beoogt de nadelen van de bovenbe¬schreven conventionele kathoden te overwinnen.

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding eenkathode voor een .elektronenbuis alsmede een werkwijze voor het vervaar¬digen daarvan te verschaffen, welke kathode een hoge stroomdichtheidbiedt en een snelle opstartkarakteristiek heeft.

Daartoe omvat de vervaardigingswerkwijze volgens de onderhavigeuitvinding de volgende stappen: een eerste stap van het vullen van een beker, bijvoorbeeld van molybdeen, voor 10-100% van de totale capaci¬teit van de beker met een poedervormige reducerende stof, en het doormiddel van lassen afdichten van de bovenkant van de beker met een po¬reuze metaallaag; een tweede stap van het impregneren van een gesmoltenimpregneringsstof in de in het impregneringsvat aanwezige reducerendestof onder een vacuümatmosfeer opdat de barium wordt gereduceerd; eneen derde stap van het toevoeren van een inert gas door de bovensteporeuze metaallaag zodat de gesloten poriën worden geopend.

In het bovenbeschreven proces is de poreuze metaallaag gemaaktvan gesinterd wolfraam met een porositeit van 10-40%, of van gesinterdwolfraam dat een willekeurige of meerdere van de stoffen nikkel, staal,en kobalt bevat in een hoeveelheid van 0,05-10 gew.%, terwijl de redu¬cerende stof bestaat uit een samenstelling die voor 80-100 gew.% eenwolfraampoeder bevat met een zuiverheid van 99% of meer, voor 0-20 gew.%siliciumpoeder, en voor 0-20 gew.% magnesiumpoeder, waarbij de gemid¬delde deeltjesgrootte van de poeders 1-20 yum is.

In het geval van het bovengenoemde gesinterde wolfraam, alsde hoeveelheid van het wolfraam 10 gew.% overschrijdt, dan wordt dereducerende effectiviteit verlaagd, terwijl als de hoeveelheid lageris dan 0,05 gew.%, dan is de sintertemperatuur te zeer verhoogd. Nor¬maliter is de sintertemperatuur van puur wolfraam 2.000°C, terwijl desintertemperatuur van het wolfraam volgens de werkwijze van de onder¬havige uitvinding is gelegen in het gebied van 1200-1500°C.

Als impregneringsstof kan het gebruikelijke type dat barium-oxide, calciumoxide en aluminiumoxide in geschikte hoeveelheden bevat,worden gebruikt, en een specifiek voorbeeld wordt in de onderstaandetabel getoond.

TABEL

(Molverhouding/gew.%)

Klasse Bariumoxide Calciumoxide Aluminiumoxide A 4/79,5 1/ 7,3 1/13,2 B 3/74,4 1/ 9,1 2/17,9 C 5/67,3 3/14,8 2/17,9

Een belangrijk aspect van de kathode volgens de onderhavigeuitvinding is dat bij de bodem van de beker een convex gedeelte is aan¬gebracht, en dat het bovengedeelte van het verwarmingsorgaan binnen het convexe gedeelte is opgesteld zodanig dat de thermische geleidingnaar het thermische elektronen afgevende materiaal snel wordt uitge¬voerd.

Het bovengenoemde doel en andere voordelen van de onderhavigeuitvinding zullen in het onderstaande nader worden verduidelijkt doorbeschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uit¬vinding onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 het vervaardigingsproces van de kathode volgens deonderhavige uitvinding illustreert; fig. 2 de structuur van de kathode volgens de onderhavige uit¬vinding illustreert; fig. 3 een grafische illustratie is die de verbeteringen vande werking van de kathode volgens de onderhavige uitvinding toont; fig. 4A een dispenser-type kathodestructuur illustreert; enfig. 4B een ruimtescheidings-type kathodestructuur illustreert.Thans zal de eerste stap van de werkwijze volgens de uitvin¬ding worden besproken. Fig. 1 toont een beker 2, bijvoorbeeld van molyb-deen, die bij de bodem daarvan is voorzien van een convex gedeelte 1.

De beker 2 wordt door puntlassen aan een huls 3 bevestigd om daarmeeeen eenheid te vormen, waarna de beker voor 60% van de totale capaci¬teit daarvan wordt gevuld met een reducerende stof 4. De reducerendestof 4 bevat voor 80 gew.% een wolfraampoeder met een zuiverheid vanmeer dan 99%, voor 10 gew.% magnesiumpoeder en voor 10 gew.% silicium-poeder, en heeft een gemiddelde deeltjesgrootte van 1-10 yum. Dan wordteen van gesinterd wolfraam met een porositeit van 30% vervaardigdeporeuze metaallaag 5 aan de bovenkant van de beker 2 aangebracht omdeze door middel van lassen af te dichten, waardoor een elektrode wordtgevormd.

Thans zal de tweede stap van de werkwijze volgens de onder¬havige uitvinding worden besproken. In een binnen een vacuümoven 6 op¬gesteld impregneringsvat 7 wordt een impregneringsstof 8 aangebracht,welke stof wordt gesmolten. De impregneringsstof 8 is de met A aange¬duide stof uit de bovenstaande tabel.

Wanneer de impregneringsstof 8 is gesmolten, wordt de in deeerste stap verkregen elektrode omgekeerd in het impregneringsvat 7aangebracht, en dan wordt de impregneringsstof 8 geïmpregneerd zodanig dat de stof 8 door de poreuze metaallaag 5 beweegt en in aanraking komtmet de in de beker 2 aanwezige reducerende stof 4.

Door dit proces reageren de reducerende stof 4 en de impregne-ringsstof 8 met elkaar, met als resultaat dat de vrije bariumdeeltjes 4'worden gereduceerd in een toestand die zich binnen de beker 2 bevindt,terwijl de overblijvende impregneringsstof 8 in een groot aantal vande poriën van de poreuze metaallaag 5 een verlaging van de porositeitveroorzaakt.

Thans zal de derde stap van de werkwijze volgens de onderha¬vige uitvinding worden beschreven. De elektrode die de impregneringheeft ondergaan, wordt in een gasmondstuk 9 geplaatst, en een inertgas wordt geïnjecteerd om de gesloten poriën te openen.

In dit proces wordt het inerte gas ofwel door het gasmondstuk 9geïnjecteerd met een geschikte druk, of zodanig geïnjecteerd dat eerstde poreuze metaallaag 5 onder vacuüm in open verbinding wordt gebrachtmet het gasmondstuk 9, waarna het vacuüm wordt opgeheven zodat het inertegas in de poreuze metaallaag wordt geïnjecteerd onder atmosferischedruk teneinde de gesloten poriën te openen.

Wanneer het inerte gas in het bovenbeschreven proces wordtgeïnjecteerd in de poreuze metaallaag 5, wordt de in de poriën aanwezigeimpregneringsstof verwijderd uit de poriën die een grote diameter hebben.

De heropen-verhouding van de poriën met betrekking tot hetinerte gas is afhankelijk van verschillende factoren zoals de ruimtebinnen de beker, de gasinbrengsnelheid, de intensiteit van het vacuüm,de viscositeit van de impregneringsstof, de porositeit en de poriever-deling van de poreuze metaallaag, en het bezettingsgebied van de impreg¬neringsstof binnen de poreuze metaallaag.

De elektrode die het bovenbeschreven proces heeft ondergaan,zal gevallen vertonen waarin de achterblijvende impregneringsstof dieop het oppervlak van de poreuze metaallaag, de beker of de huls kleeft,gestold is. Deze gestolde impregneringsstof moet verwijderd worden dooreen gebruikelijk kort blaasproces onder gebruikmaking van aluminium-oxide.

De op basis van het bovenbeschreven proces vervaardigde elek¬trode vormt in zijn geheel een kathode voor een elektronenbuis doorhet aanbrengen van het verwarmingsorgaan 10 in de huls 3, zoals infig. 2 getoond.

Het verwarmingsorgaan 10 heeft een bovenste kopgedeelte 10'dat wordt opgesteld binnen het convexe gedeelte 1 van de beker 2, enfilament omvat.

Dienovereenkomstig wordt de thermische geleiding uitgevoerdvanaf het verwarmingsorgaan 10 door het convexe gedeelte van de beker 2naar het interieur van de beker 2 op een uniforme manier, waardoor devoor de initiële activatie benodigde tijd aanzienlijk wordt verkort,met als resultaat dat de kathode volgens de onderhavige uitvinding eensnelle opstartkarakteristiek heeft.

Desgewenst kan op de bodem van het convexe gedeelte 1 van debeker 2 en het bovenste kopgedeelte van het verwarmingsorgaan 10 eenisolerende laag worden aangebracht, die dient om een eventueel elek¬trisch contact tussen de beker en het filament van het verwarmings¬orgaan te voorkomen.

Fig. 3 illustreert grafisch een vergelijking van de werkingvan de kathode volgens de onderhavige uitvinding met de werking vanconventionele kathoden van het dispenser-type zoals in fig. 4A getoondof het ruimtescheidings-type zoals in fig. 4B getoond.

Volgens deze grafische illustratie heeft de kathode van hetimpregneringstype een bijzonder hoge verdampingsverhouding tijdens deinitiële periode, waarna deze verhouding zeer snel afneemt, en aldusis de verwachte levensduur daarvan het kortst. De elektrode van hetruimtescheidings-type heeft een lange levensduurverwachting, maar daar¬entegen is de bariumverdampingsverhouding tijdens de initiële periodebijzonder laag, waardoor deze een probleem heeft met betrekking totde praktische toepasbaarheid daarvan. De kathode volgens de onderhavigeuitvinding vertoont een betrekkelijk hoge bariumverdampingsverhoudingtijdens de initiële periode, en bereikt binnen een korte tijdsduur eenuniforme verdampingsverhouding, met als resultaat dat de verwachtelevensduur is verlengd en dat deze al de vereiste aspecten als eenkathode voor een elektronenbuis bezit.

Volgens de onderhavige uitvinding zoals bovenbeschreven, rea¬geren de reducerende stof en de impregneringsstof binnen de beker metelkaar om vrije bariumatomen in een geconcentreerde toestand te produ¬ceren. De tijdens het impregneren geblokkeerde poriën worden opnieuwgeopend door middel van een inert gas tijdens het laatste proces, en het verwarmingsorgaan verschaft een uniforme warmtegeleiding door hetaan de bodem, van de beker aangebrachte convexe gedeelte, met als resul¬taat dat de nadelen van de conventionele kathoden zoals de snelle ver¬damping van barium tijdens de initiële periode en het kwalitatief achter¬uit gaan van de werking en het verkorten van de verwachte levensduurten gevolge van het in de poreuze metaallaag geproduceerde reactie-bijprodukt, overwonnen kunnen worden, en dat een snelle opstartkarak-teristiek is verkregen ten gevolge van de snelle diffusie van het barium.

Verder worden volgens de onderhavige uitvinding vrije barium-atomen geproduceerd tijdens het impregneringsproces, welke binnen inde beker blijven, waardoor het voordeel wordt verkregen dat de tijddie benodigd is om de thermische veroudering na de vervaardiging totstand te brengen, aanzienlijk kan worden verkort.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een kathode voor een elek¬tronenbuis, waarbij barium wordt geproduceerd door de reactie van eenreducerende stof met een impregneringsstof, omvattende: een eerste stap van het aanbrengen van de reducerende stofin een beker, bijvoorbeeld van molybdeen, in een hoeveelheid van10-100% van de totale capaciteit van de beker, en het vormen van eenelektrode door een poreuze metaallaag aan de bovenkant van de bekerte lassen om de beker af te dichten; een tweede stap van het impregneren van de elektrode met degesmolten impregneringsstof zodat de reducerende stof en de impregne¬ringsstof met elkaar in aanraking komen en met elkaar reageren en daar¬door vrije bariumatomen produceren; en een derde stap van het injecteren van een inert gas in deporeuze metaallaag van de geïmpregneerde elektrode om geblokkeerdeporiën van de poreuze metaallaag te openen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de redu¬cerende stof voor 80-100 gew.% wolfraampoeder met een zuiverheid van99% of meer bevat, voor 0-20 gew.% siliciumpoeder bevat, en voor0-20 gew.% magnesiumpoeder bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat dereducerende stof een gemiddelde deeltjesgrootte heeft van 1-20 yum.

4. Werkwijze volgens ten minste een der conclusies 1 t/m 3, methet kenmerk, dat de poreuze metaallaag is vervaardigd van een materiaaldat een of meer van de stoffen wolfraam, nikkel, staal, kobalt bevat in een hoeveelheid van 0,05-10 gew.%.

5. Kathode voor gebruik in een elektronenbuis, omvattende:een beker, bijvoorbeeld van molybdeen; een poreuze metaallaag die afdichtend aan de bovenkant vande beker is gelast; waarbij binnen de beker zich vrije bariumatomen bevinden diezijn geproduceerd door een reactie met een impregneringsstof;waarbij de beker een convex gedeelte heeft; enwaarbij in de onderste ruimte van het convexe gedeelte vande beker een bovenste kopgedeelte van een verwarmingsorgaan is aange¬bracht .