NL9100157A - Afgeefkathode en werkwijze om deze te vervaardigen. - Google Patents

Description

Titel: Afgeefkathode en werkwijze om deze te vervaardigen.

Deze uitvinding heeft betrekking op een afgeefkathode diegeschikt is voor gebruik in een kathodestraalbuis, en op eenwerkwijze om de afgeefkathode te maken.

De laatste tijd neigen televisies naar een groot formaaten hoge resolutie. Een afgeefkathode die toepasbaar is in dekathodestraalbuis van dergelijke televisies, dient een conti¬nue elektronenemissie bij hoge stroomdichtheden te vertonenmet een lange levensduur.

Tot nog toe bestond een conventionele afgeefkathode, zo¬als getoond in figuur 1, uit een poreuze matrix van wolfraamdat geïmpregneerd is met een bariumcalciumaluminaat (BaO-CaO-AI2O3), welke matrix 1 is opgenomen in een reservoir 2 vanvuurvast metaal zoals molybdeen en tantaal. Het reservoir 2past in het boveneinde van een cilindrische bus 3, in hetondereinde waarvan zich een verwarmingsorgaan 4 bevindt. Dewolfraammatrix is gevormd door een hoeveelheid wolfraampoederte verdichten en de massa te sinteren bij een temperatuur van1900°C - 2300°C. Het reservoir 2 met daarin de matrix 1 isingebracht in de bus 3 met de bovenranden vlak en is daaraanvastgelast door een laserlastechniek. Om de elektronenemissiete verbeteren, kan op het emitterend oppervlak van de matrix 1een laag van een metaal van de platinagroep zijn aangebracht,bijvoorbeeld Ir, Os, Ru en Re.

Een dergelijke afgeefkathode is in staat een hoge stroom¬dichtheid te emitteren, maar wordt bedreven bij een hogetemperatuur met een lage warmte-overdrachtsefficiency aange¬zien de warmte van het verwarmingsorgaan 4 niet effectiefwordt overgedragen aan het elektronen-emitterend oppervlak vande matrix 1 tengevolge van de afgeefkathodestructuur met hetreservoir 2, waarbij zich een spleet bevindt tussen dematrix 1 en het reservoir 2. Verder kan de spleet groeien doorhet verschil in de warmte-expansie van het reservoir en dematrix.

Een doel van de onderhavige uitvinding is een afgeef-kathode te verschaffen met een verbeterde warmte-overdrachts-efficiency welke geen reservoir voor de matrix heeft.

Een verder doel van de uitvinding is een werkwijze teverschaffen om deze afgeefkathode te maken in grote hoeveel¬heden bij verlaagde kosten.

Om deze doelen te bereiken, verschaft de onderhavige uit¬vinding een afgeefkathode omvattende een poreuze matrix vanwolfraam welke geïmpregneerd is met een actief kathodemate-riaal, een bus voor het dragen van de matrix en een in de busopgesteld verwarmingsorgaan voor het verwarmen van de kathodeom een elektronen-emitterend materiaal te activeren, waarbijde geïmpregneerde matrix met uitzondering van het elektronen-emitterend oppervlak is bedekt met een dunne laag van vuurvastmateriaal door plasma sputteren van een vuurvast materiaalgekozen uit de groep bestaande uit Mo, Ta en W.

Volgens de onderhavige uitvinding omvat een werkwijzevoor het maken van een afgeefkathode met een verbeterdewarmte-overdrachtsefficiency: het vormen van een poreuzewolfraammatrix door het verdichten van een hoeveelheidwolfraampoeder; het sinteren van de verdichte matrix en hetimpregneren van de gesinterde matrix met gesmolten actiefkathodemateriaal van bariumcalciumaluminaat (Ba0-Ca0-Al203> ineen reducerende atmosfeer; en het aanbrengen van de matrix inde bus; waarbij de verbetering de stap omvat van het bedekkenvan de geïmpregneerde matrix met uitzondering van hetelektronen-emitterend oppervlak door een vuurvast materiaalgekozen uit de groep bestaande uit Mo, Ta en w voorafgaand aanhet inbrengen van de matrix in de bus.

Het diffusie-bedekken van de dunne laag van vuurvastmetaal op de zij- en bodemoppervlakken van de matrix als ver¬vanging van het conventionele reservoir verbetert de warmte-overdrachtsefficiency van het verwarmingsorgaan naar het emit¬terend oppervlak van de matrix en voorkomt dat een spleetoptreedt tussen de matrix en de dunne laag onder de hoge acti-veringstemperatuur.

De bovenstaande en andere voordelen van de uitvindingzullen nader worden verduidelijkt door de hiernavolgendebeschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm onder verwijzingnaar de tekening, waarin gelijke verwijzingscijfers gelijke ofvergelijkbare onderdelen aanduiden, en waarin: figuur 1 een schematische doorsnede is van een bekendeafgeefkathode; figuur 2 een schematisch aanzicht is dat het bedekkings-proces toont van de wolfraammatrix met vuurvast metaal dooreen plasmasputtertechniek in een conventioneel neerslagappa-raat volgens de onderhavige uitvinding; figuur 3 een schematische doorsnede is welke de bedektematrixstructuur volgens de onderhavige uitvinding toont; de figuren 4 en 5 schematische doorsneden zijn van af-geefkathoden die elk zijn voorzien van de bedekte matrix vol¬gens de onderhavige uitvinding; en figuur 6 een schematische doorsnede is van een andereuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Onder verwijzing naar de figuren 2 en 3 wordt de matrix 1typisch gevormd door het verdichten van een hoeveelheidwolfraampoeder in de vorm van een tablet en het sinteren vande massa bij een temperatuur van 1900°C tot 2300°C. De matrix1 wordt geïmpregneerd met het actieve kathodemateriaal,bijvoorbeeld Ba0-Ca0-Al203. De vacuümkamer 17 van een conven¬tioneel neerslagapparaat is voorzien van een plaat 15 met eenaantal gaten voor de te bedekken matrices. De diameter van hetgat is minder dan die van de matrix. Wanneer de vacuümkamer 17via een uitlaatbuis 16 wordt geëvacueerd door een niet-weerge-geven pomporgaan tot een druk van ongeveer 10-3 torr, worden decorresponderend met de gaten op de plaat aangebrachte matricesdaartegenaan getrokken en in positie vastgehouden. Dan wordteen vuurvast metaal gesputterd op de oppervlakken van dematrix 1 om een kathodematrix 10 te verkrijgen met dunne lagen7 en 7' daarop aangebracht, welke dienen als reservoir. Delaag 7 heeft bij voorkeur een dikte van ongeveer 1μ tot0,01mm, en de laag 7' heeft bij voorkeur een dikte van onge- veer Ο,ΐμ tot 0,05mm. Als de lagen te dik zijn, wordt dewarmte-efficiency verminderd, terwijl als de lagen te dunzijn, kan hierin een barst optreden. De plaat 15 is bij voor¬keur van teflon om de hoge temperatuur van de gesputterdemetalen te doorstaan, d.w.z. ongeveer 200°C tot 300°C.

Figuur 4 toont een kathode waarin de met vuurvast metaalbedekte matrix 1 volgens de onderhavige uitvinding is ingé¬bracht in de bus 13, met de bovenranden vlak, en vastgezetdoor een laserlastechniek.

Figuur 5 toont een andere kathode waarin de bedektematrix 1 volgens de onderhavige uitvinding is aangebracht opeen bovenoppervlak van een aan de bus 13 verschafte plaatzonder een hulpverwarmingsorgaan. In een kathode van dit typeworden volgens de bekende techniek hulpverwarmingsdradentoegepast die zich bevinden tussen de matrix en het boven¬oppervlak van de plaat in de bus.

Figuur 6 illustreert een andere uitvoeringsvorm van deonderhavige uitvinding, waarin de kathodematrix 20 verschiltvan de in figuur 3 getoonde kathodematrix 10 doordat de geïm¬pregneerde matrix eerst is ingebracht in een ring 8 van eenvuurvast metaal waarna het bodemoppervlak van de ring 8 met dedaarin ingebrachte geïmpregneerde matrix 1 is bedekt met eenvuurvast metaal middels hetzelfde bedekkingsproces als be¬schreven onder verwijzing naar figuur 2.

De kathode waarbij de wolfraammatrix is bedekt met eenvuurvast metaal volgens de onderhavige uitvinding heeft eenverbeterde warmte-overdrachtsefficiency in vergelijking meteen bekende kathode waarbij de matrix is vastgehouden in hetreservoir. Met andere woorden, het verwarmingsorgaan 4 van debekende kathode moet verwarmd worden tot een temperatuur van1200°C om het elektronen-emitterend oppervlak te verwarmen totzijn activeringstemperatuur van 1000°C, maar volgens de onder¬havige uitvinding kan een dergelijke activeringstemperatuurvan het emitterend oppervlak van de kathode worden verkregendoor het verwarmingsorgaan te verwarmen tot 1100°C.

Volgens de onderhavige uitvinding is de warmte-over-drachtsefficiency verbeterd aangezien er zich geen spleetbevindt tussen de matrix 1 en de bedekkende metaallagen 7 en7’, en dit draagt bij aan een gelijkmatige elektronenemissievan het emitterend oppervlak van de kathode.

Hoewel de uitvinding in het bijzonder is getoond enbeschreven onder verwijzing naar voorkeursuitvoeringsvormendaarvan, zal het voor deskundigen duidelijk zijn, dat hetvoorgaande en andere wijzigingen in de vorm en details kunnenworden aangebracht zonder af te wijken van de geest en omvangvan de uitvinding.

Claims (4)

1. Afgeefkathode omvattende een poreuze metaalmatrix geïm¬pregneerd met een actief kathodemateriaal, een bus voor hetdragen van de geïmpregneerde matrix, en een in een holte vande bus aangebracht verwarmingsorgaan, met het kenmerk, dat de geïmpregneerde matrix is bedekt meteen dunne laag van een vuurvast metaal, met uitzondering vanhet elektronen-emitterend oppervlak van de matrix.

2. Afgeefkathode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dathet vuurvaste metaal is gekozen uit de groep bestaande uitmolybdeen, tantaal en wolfraam, en dat de op het zij-oppervlakvan de matrix aangebrachte laag een dikte heeft van ongeveerΟ,ΐμ tot 0,05mm terwijl de laag op het bodemoppervlak van dematrix een dikte heeft van ongeveer 1μ tot 0,lmm.

3. Afgeefkathode volgens conclusie 1, met het kenmerk, datde geïmpregneerde matrix is ingebracht in een ring van vuur¬vast metaal, en dat een bodemoppervlak van de matrix is bedektmet een vuurvast metaal bij een dikte van ongeveer 1μ tot 0, lmm.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van een afgeefkathode,omvattende de stappen van het vormen van een matrix door eenhoeveelheid wolfraampoeder te verdichten, het sinteren van deverdichte matrix onder een reducerende atmosfeer, en het im¬pregneren van de matrix met gesmolten actief kathodemateriaal,gekenmerkt door de stap van het bedekken van de geïmpregneerdematrix met een vuurvast metaal met uitzondering van hetelektronen-emitterend oppervlak, voordat de geïmpregneerdematrix wordt bevestigd aan een bus.