NL9002890A - Zichzelf vernieuwende kathode. - Google Patents

Description

Zichzelf vernieuwende kathode.

De uitvinding heeft betrekking op een zichzelf vernieuwende kathode voor toepassing in een elektronenbuis is, zoals een kathodestraalbuis, en in het bijzonder op een verbeterde zichzelf vernieuwende kathode, welke een hoge stroomdichtheid heeft en een lange levensduur bij werking bij lage temperatuur.

Omdat elektronehbuizen, zoals projectiebuizen, HDTV en projectietelevisie thans de neiging hebben groter te worden, moeten nieuwe soorten kathodes worden verschaft voor dergelijke gevraagde elektronehbuizen. De kathodes, welke aan deze vraag voldoen, moeten een zichzelf vernieuwende kathode bevatten met een hogere stroomdichtheid, dan die van oxideka-thodes en met een langere levensduur, waaraan veel onderzoek en ontwikkeling is gedaan. Deze zichzelf vernieuwende kathodes worden verdeeld in een type met impregnering en een type met een reservoirholte. Deze zichzelf vernieuwende kathodes hebben echter een werktemperatuur van 900 tot 1100°C, hetgeen ongeveer 200C hoger is dan die van gebruikelijke oxidekatho-des. Een dergelijke hoge werktemperatuur maakt het noodzakelijk, dat de kathode een verwarmingsinrichting gebruikt met een grote kaloriemeter, zodat de kathode zelf en andere naburige onderdelen moeten worden gemaakt van een warmtebestendig materiaal. Bovendien vergroot een hoge werktemperatuur de hoeveelheid uit de kathode verdampt Ba (of BaO) . Aldus verdampt Ba hecht zich aan de naburige onderdelen, in het bijzonder aan een stuurrooster, dat naast de kathode is opgesteld, zodat een secundaire emissie, een zogenaamde roosterend. ssie, welke de kathode beschadigt, wordt opgewekt. De kathode, welke het nadeel wegneemt dat wordt veroorzaakt door een hogere werkt emperatuur van deze kathode, omvat een zichzelf vernieuwende kathode van het "M-type", welke is beschreven in het Amerikaanse octrooi no.3.373.307, en een geimpreg- néerde kathode van het "Sc-type", welke is beschreven in het Amerikaanse octrooi no.4.737.639.

Een zichzelf vernieuwende kathode van het "Μ-type" bevat een poreus basislichaam van wolfram, dat is bekleed met een element uit de platinagroep, zoals Os, Ir, Re. Ru, dat een hogere uittree-arbeid heeft dan die van wolfram, waarin de Ba-concentratie op het kathode-oppervlak is vergroot als gevolg van het materiaal, dat is aangebracht op het oppervlak van het basislichaam van wolfram, reduceert daarbij de uittree-arbeid.

In de zichzelf vernieuwende kathode van het "Sc-type", wordt een laag met Sc aangebracht op het oppervlak van het poreuze basislichaam teneinde de werktemperatuur te verlagen. Deze zichzelf vernieuwende kathodes hebben echter een werktemperatuur van ongeveer 100 tot 200°C hoger dan die van de gebruikelijke oxidekathode, waardoor problemen ontstaan bij de keuze van het hierboven beschreven materiaal met korte levensduur door de verdamping van materiaal door thermo-elektronenemissie, en door de lange tijd, welke voor de warmtebe-handelinging nodig is.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een zichzelf vernieuwende kathode, welke bij een lage temperatuur kan werken voor het verlengen van de levensduur en welke steeds op stabiele wijze thermo-elektronen uitzendt.

Om dit doel te bereiken bevat de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding een elektronen emitterend materiaal, een poreus basislichaam, dat wolfram bevat, en een reservoir voor het opslaan van het poreuze basislichaam, waarbij het poreuze basislichaam TiÖ2 en/of Zr02 bevat en een dunne metaallaag, welke is gemaakt van tenminste een element, dat is gekozen uit de groep bestaande uit Os, Ir, Re en Ru, welke is gevormd op het bovenoppervlak van het poreuze basis-lichaam.

De uitvinding heeft het effect van het reduceren van de uittree-arbeid door T1O2 of ZrÓ2, dat is opgenomen in het po- reuze basislichaam, en kan aldus worden toegepast bij een kathode van het geïmpregneerde type of bij een kathode van het reservoirtype. In het bijzonder heeft de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding, waarin de bekledingslaag gemaakt van het element uit de hiervoor genoemde platinagroep is gevormd op het oppervlak van het poreuze basislichaam, een hoge stroomdichtheid bij de werktemperatuur, welke iets hoger is dan die van een oxidekathode.

De hiervoor beschreven doelstelling en andere voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding aan de hand van de tekening. In de tekening is: fig.l een beeld in dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding.

fig.2 een beeld in dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding.

Zoals uit fig.l blijkt heeft de zichzelf vernieuwende kathode van het geïmpregneerde type volgens de uitvinding een reservoir 4a, een poreus basislichaam la, waarin een elektronen emitterend materiaal 2a is geïmpregneerd en op het oppervlak waarvan een dunne metaalfilmlaag 3a is gevormd, en een mantel 5a, welke het reservoir 4a draagt en bevestigt en waarin het verwarmingsorgaan 6a is opgenomen. En de dunne metaalfilmlaag 3a is gemaakt van tenminste een element, dat is gekozen uit de platinagroep, bestaande uit Os, Ir, Re en Ru. Een van de onderscheidende kenmerken van de uitvinding is gelegen in het feit, dat het poreuze basislichaam la in hoofdzaak is gemaakt van wolfram als warmtébestendig metaal en verder een geschikte hoeveelheid T1O2 bevat.

De zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding wordt door middel van de volgende werkwijze vervaardigd.

Zuiver wolframpoeder met een deeltj esdiameter van 4 tot 8 μιη en T1O2 in een hoeveelheid overeenkomende met 10 tot 50 gewichtsprocent van het zuivere wolframpoeder wordt voldoende gemengd om het gemengde poeder te verkrijgen. Het gemengde poeder wordt vervolgens door middel van een bekende werkwijze tot een staaf met een bepaalde lengte geperst. Vervolgens wordt deze geperste staaf gesinterd bij een temperatuur van 1500 tot 2000°C onder vacuüm of in een waterstofatmosfeer om een vastgeworden pers vorm te verkrijgen met een porositeit van 15 tot 40%. Hier is het verschil tussen de smeltpunten van w en T1O2 groot en hun sint er temperatuur is zo hoog, dat een spoor nikkel wordt toegevoegd als hulpmiddel voor het sinteren, als zij worden gesinterd. Deze geperste vorm, welke met deze stand is gesinterd, wordt op een gewenste maat gesneden voor het vervaardigen van een eenheid bestaande uit het poreuze basislichaam. Het kathodemateriaal wordt geïmpregneerd in het poreuze basislichaam door middel van een bekende werkwijze en het uit de elementen van de platinagroep gekozen metaal wordt aangebracht op het oppervlak van het poreuze basislichaam om de bekledingslaag te vormen.

In de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding wordt, als vrij Ba (of BaO), verkregen uit de reductie-reactie van een elektronen emitterend materiaal met wolfram, in het oppervlak van de bekledingslaag, welke is gemaakt van het element uit de platinagroep, het molecuul {zoals BaTi03), met een stabiele structuur, gevormd door BaO en T1O2, welke in het poreuze basislichaam aanwezig zijn, gediffundeerd. Daardoor neemt de bindkracht van Ba of BaO, dat in het oppervlak van de bekledingslaag is gediffundeerd door dit molecuul, toe en daardoor neemt de concentratie aanzienlijk toe in vergelijking tot bij de bekende kathode. Er wordt dus zelfs bij lage temperatuur een thermo-elektron vrijgemaakt.

De kathode van het geïmpregneerde type volgens de uitvinding werd gedurende één uur met warmte behandeld en daarna werd een stroomdichtheid ervan gemeten, welke groter was dan 5A/cm2 bij de werktemperatuur van 750 tot 800°C, welke voor de kathode noodzakelijk is.

Fig.2 toont het tweede voorbeeld van de zichzelf vernieuwende kathode met holte volgens de uitvinding.

Deze kathode heeft een reservoir 4b, een mantel 5b, welke het reservoir 4b draagt en vastzet en het verwarmings-orgaan 6b opneemt, een geperste vorm 7, welke is gemaakt van bariumcalciumaluminaat als elektronen emitterend materiaal en wolfram (w) is in het reservoir 4b opgenomen en het poreuze basislichaam 1b, dat is gemaakt van T1O2 en wolfram, is aangebracht op de geperste vorm 7, waarbij de werkwijze voor het vervaardigen van het poreuze basislichaam dezelfde is als die bij het eerste voorbeeld, behalve dat het kathodemateriaal niet wordt geïmpregneerd in het poreuze basislichaam. Het oppervlak van het poreuze basislichaam lb wordt bedekt met de bekledingslaag 3b, welke is gemaakt van het element uit de platinagroep.

De zichzelf vernieuwende kathode met holte volgens de uitvinding heeft hetzelfde effect als die in het eerste voorbeeld.

D.w.z., als vrij Ba (of Bao) wordt geproduceerd uit het kathodemateriaal, dat door het verwarmingsorgaan wordt verwarmd, en in de richting van het oppervlak van de bekledingslaag 3B wordt gediffundeerd, neemt de concentratie van Ba (of BaO) aan het oppervlak van de bekledingslaag toe en wordt de uittree-arbeid via hetzelfde principe als in voorbeeld 1 verlaagd en daardoor wordt dezelfde mogelijkheid van elektronenemissie als in voorbeeld 1 verkregen.

Volgens de proeven wordt de kathode volgens voorbeeld 2 in vergelijking tot de gebruikelijke zichzelf vernieuwende kathode in korte tijd geactiveerd. De zichzelf vernieuwende kathode met holte, welke met voorbeeld 2 wordt verkregen, en de geïmpregneerde zichzelf vernieuwde kathode, verkregen met voorbeeld 1, werden uitgevoerd om voor wat betreft werktempe-ratuur of stroomdichtheid gelijk aan elkaar te zijn. Door het verschil in constructie van de twee was de activeringstijd van voorbeeld 1 1 tot 1,5 uur langer dan die van voorbeeld 2.

De zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding wordt vervaardigd door gebruik van wolfram en Ti02 als het belangrijkste bestanddeel van het poreuze basislichaam, waarin Ti02 kan worden vervangen door Zr02 met hetzelfde gewichtspro-cent, waarbij een overeenkomstige werking wordt verkregen.

Daardoor heeft, afwijkend van de bekende zichzelf vernieuwende kathode met een stroomdichtheid van ongeveer 4A/cm2 bij een temperatuur van 950 tot 1200°C, de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding een hoge stroomdichtheid van 5A/cm2 bij de werktemperatuur van 750 tot 850°c, welke iets hoger is dan die van de gebruikelijke oxidekathode. in de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding, neemt de thermische vervorming van de kathodecomponenten aanzienlijk af doordat de werktemperatuur laag is en neemt de levensduur toe omdat de kalorische waarde van de verwarmingsinrichting af neemt.

zoals hiervoor beschreven heeft de zichzelf vernieuwende kathode volgens de uitvinding een poreus metalen basislichaam, met een hoog smeltpunt, dat wolfram en titaanoxide (TI02) als het belangrijkste bestanddeel bevat, en kan een hoge luminantie en hoge definitie bereiken, welke bij een grootschalige afbeelding noodzakelijk zijn. En de vervaardi-gingstijd van de kathode wordt gereduceerd door het reduceren van de activeringstijd, hetgeen de productiviteit verbetert.

Claims (3)

1. Zichzelf vernieuwende kathode, welke een elektronen emitterend materiaal bevat, een poreus basislichaam met wolfram, een reservoir, dat plaats biedt aan het poreuze basislichaam, en een mantel, welke het reservoir draagt en waarin de verwarmingsinrichting is opgenomen, waarbij het poreuze basislichaam tenminste een materiaal bevat, dat is gekozen uit de groep bestaande uit T1O2 en ZrC>2.

2. zichzelf vernieuwende kathode volgens conclusie 1, waarbij het oppervlak van het poreuze basislichaam is bedekt met een dunne metaalfilmlaag, welke is gemaakt van tenminste een element, dat is gekozen uit de groep bestaande uit Os, Ir, Re en Ru.

3. Zichzelf vernieuwende kathode volgens conclusie l, waarbij de hoeveelheid T1O2 of Zr02 10 tot 50 gewichtsprocent van het wolframgewicht is.