NL9100288A

NL9100288A - Dispenser cathode - includes emissive material based on barium and contg. scandium tungstate

Info

Publication number: NL9100288A
Application number: NL9100288A
Authority: NL
Original assignee: Samsung Electronic Devices
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1992-09-16

Abstract

Dispenser cathode has a porous metal base body having diffusing cavities and positioned on an electron emissive material of Ba (oxide) contg. an Sc tungstate, pref. Sc2W3O12 or Sc6WO12.

Description

Titel: Afgeefkathode.Title: Dispensing Cathode.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een afgeefkathode, en in het bijzonder op een afgeefkathode van het type met een ruimtereservoir, welke een bundelstroom met hoge dichtheid en een lange levensduur heeft.The present invention relates to a delivery cathode, and in particular to a space reservoir type delivery cathode, which has a high density, long life beam current.

Een afgeefkathode kan in het algemeen worden geclassificeerd als zijnde van het type met een ruimtereservoir (zie fig. 1), geïmpregneerd type (zie fig. 2), gesinterd type, etc., en deze hebben als gemeenschappelijke karakteristieken een bundelstroom met hoge dichtheid en een lange levensduur.A delivery cathode can generally be classified as being of the space reservoir type (see Fig. 1), impregnated type (see Fig. 2), sintered type, etc., and these have in common characteristics a high density beam current and long life.

Deze afgeefkathoden hebben echter veel problemen bij toepassing in elektronenbuizen zoals Braun-buizen omdat zij bedreven worden onder een hoge temperatuur van 110°C tot 1200°C. D.w.z., deze afgeefkathoden moeten zijn voorzien van een verwarmingsorgaan met een grote kalorische waarde, omdat een grote hoeveelheid thermische energie benodigd is om thermo-elektronische emissie mogelijk te maken, en hun onderdelen moeten gemaakt worden van materialen welke thermische deformatie vertonen onder het effect van het verwarmingsorgaan.However, these delivery cathodes have many problems when used in electron tubes such as Braun tubes because they are operated under a high temperature of 110 ° C to 1200 ° C. That is, these delivery cathodes must be equipped with a heater of high calorific value, because a large amount of thermal energy is required to enable thermoelectronic emission, and their parts must be made of materials which exhibit thermal deformation under the effect of heater.

Verder moeten naburige onderdelen van de kathode, bijvoorbeeld een steunonderdeel voor het lichaam van de kathode, en elektronenbundel-genererende broncomponenten zoals een stuurrooster en een schermrooster, gemaakt worden van warmtebestendige materialen.Furthermore, neighboring parts of the cathode, for example a support member for the body of the cathode, and electron beam generating source components such as a control grid and a screen grid, must be made of heat resistant materials.

Teneinde dergelijke problemen te overwinnen, is gestadig onderzoek uitgevoerd en zijn vorderingen gemaakt.In order to overcome such problems, steady research has been carried out and progress has been made.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.823.044 is een voorbeeld beschreven zoals geïllustreerd in fig. 1, waarbij een poreus metaalbasislichaam la bevattende de platinagroepelementen van Os, Ir, Re, Ru, etc., en wolfraam is aangebracht op het oppervlak van een in een reservoir 3a opgeslagen elektronen emitterend materiaal 2a.U.S. Patent 4,823,044 describes an example as illustrated in Figure 1, wherein a porous metal base body 1a containing the platinum group elements of Os, Ir, Re, Ru, etc., and tungsten is applied to the surface of a reservoir. 3a stored electron-emitting material 2a.

De bedrijfstemperatuur van de afgeefkathode van dit type is ongeveer 1000°C, hetgeen aanzienlijk hoger is dan die van een oxydekathode die werkzaam is bij ongeveer 750°C tot 800°C, zodat de bovengenoemde problemen nog onopgelost blijven.The operating temperature of the delivery cathode of this type is about 1000 ° C, which is considerably higher than that of an oxide cathode operating at about 750 ° C to 800 ° C, so that the above problems remain unsolved.

Het Japanse ter inzage gelegde octrooi nr. 86-13526A beschrijft een met Sc geïmpregneerd type kathode welke een lage bedrijfstemperatuur van 800° tot 900°C heeft. In deze kathode van een geïmpregneerd type zoals geïllustreerd in fig. 2, is een dunne laag lb van in hoofdzaak wolfraam en scandium aangebracht op het oppervlak van een elektronen emitterend materiaal 2b.Japanese Patent Laid-Open No. 86-13526A describes an Sc impregnated type cathode having a low operating temperature of 800 ° to 900 ° C. In this impregnated type cathode as illustrated in Fig. 2, a thin layer 1b of mainly tungsten and scandium is applied to the surface of an electron-emitting material 2b.

Kathoden van dit geïmpregneerde type hebben het probleem van een nadelig effect veroorzaakt door de reactie van een bariumoxyde en een scandiumoxyde. Wanneer een bariumoxyde en een scandiumoxyde van de thermo-elektronen emitterende bron met elkaar reageren, wordt Ba3SC40g geproduceerd als een bijprodukt, en dit verzamelt zich op het bovenoppervlak van het thermo-elektronen emitterend materiaal. Dit heeft tot gevolg dat de thermo-elektronen emitterende karakteristiek gedeeltelijk onstabiel wordt. Verder wordt de tijd die benodigd is voor het vormen van een monoatomaire laag bevattende Ba-Sc-0 over het elektronen emitterend oppervlak, d.w.z. de activerings/verouderingstijd, bijzonder lang waardoor een lage opbrengst en lokale ongelijkmatigheden in de thermo-elektronen emissiekarakteristieken resulteren.Cathodes of this impregnated type have the problem of an adverse effect caused by the reaction of a barium oxide and a scandium oxide. When a barium oxide and a scandium oxide from the thermoelectron emitting source react with each other, Ba3SC40g is produced as a by-product, and it collects on the top surface of the thermoelectron emitting material. As a result, the thermo-electron emitting characteristic becomes partially unstable. Furthermore, the time required to form a monoatomic layer containing Ba-Sc-0 over the electron-emitting surface, i.e., the activation / aging time, becomes particularly long, resulting in low yield and local irregularities in the thermoelectron emission characteristics.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een afgeefkathode te verschaffen, waarbij een bundelstroom met hoge dichtheid kan worden verkregen zelfs bij een lage temperatuur, en welke elektronen-emissiekarakteristieken heeft die gedurende een langere periode stabiel gehouden kunnen worden.It is an object of the present invention to provide a delivery cathode in which a high density beam current can be obtained even at a low temperature, and which has electron emission characteristics that can be kept stable for a longer period of time.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding een afgeefkathode te verschaffen, welke de activerings/verouderingstijd aanzienlijk verkort en de opbrengst verbetert.It is another object of the present invention to provide a delivery cathode which significantly shortens the activation / aging time and improves yield.

Om deze doelen te bereiken omvat een afgeefkathode volgens de onderhavige uitvinding een elektronen emitterend materiaal dat ten minste een materiaal bevat gekozen uit de groep bestaande uit een Ba en Ba-oxyde, en een poreus metaalbasislichaam met diffunderende ruimten daarin en gepositioneerd op het genoemde elektronen emitterende materiaal, waarbij een Sc-toevoerbron is verschaft onder het poreuze metaalbasislichaam, op een dusdanige manier dat SC2W3O12 of SC6WO12 is gebruikt als het materiaal voor Sc-toevoerbron, of het materiaal zelf is geïmpregneerd in het elektronen emitterend materiaal.To achieve these goals, a delivery cathode of the present invention comprises an electron-emitting material containing at least one material selected from the group consisting of a Ba and Ba oxide, and a porous metal base body with diffusing spaces therein and positioned on said electron-emitting material, wherein an Sc supply source is provided below the porous metal base body, in such a way that SC2W3O12 or SC6WO12 is used as the material for Sc supply source, or the material itself is impregnated into the electron-emitting material.

De bovengenoemde doelen en andere voordelen van de onderhavige uitvinding zullen nader worden verduidelijkt door de hierna volgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een dwarsdoorsnede is van een conventionele afgeefkathode van het ruimtereservoir-type; fig. 2 een dwarsdoorsnede is van een conventionele kathode van het type dat is geïmpregneerd met Sc; en fig. 3 een dwarsdoorsnede van een voorbeeld van een afgeefkathode van het ruimtereservoir-type volgens de onderhavige uitvinding.The above objects and other advantages of the present invention will be further elucidated by the following description of preferred embodiments of the present invention with reference to the drawing, in which: Fig. 1 is a cross-sectional view of a conventional space reservoir delivery cathode; FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional cathode of the type impregnated with Sc; and FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a space reservoir type delivery cathode of the present invention.

(Voorbeeld 1)(Example 1)

In fig. 3 is een afgeefkathode van het ruimtereservoir-type getoond welke een reservoir 3C van het bekertype omvat, een in het reservoir opgeslagen elektronen emitterend materiaal 2c, een bij het bovengedeelte van het elektronen emitterend materiaal 2c gepositioneerd poreus metaalbasislichaam lc, en een bus 4c die het reservoir 3c steunt en vasthoudt en een verwarmingsorgaan 5c herbergt.Fig. 3 shows a space reservoir type delivery cathode comprising a cup type reservoir 3C, an electron-emitting material 2c stored in the reservoir, a porous metal base body 1c positioned at the upper portion of the electron-emitting material 2c, and a canister 4c which supports and holds the reservoir 3c and houses a heater 5c.

Het reservoir 3c en de bus 4c zijn gemaakt van een metaal met een hoogsmeltpunt, zoals Mo, Ta, etc., en het elektronen emitterend materiaal 2c is voornamelijk gemaakt van barium- calciumaluminaat en bevat Sc2W4012 en/of Sc6W4012 in een juiste hoeveelheid.The reservoir 3c and the canister 4c are made of a metal with a high melting point, such as Mo, Ta, etc., and the electron-emitting material 2c is mainly made of barium calcium aluminate and contains Sc2W4012 and / or Sc6W4012 in an appropriate amount.

Het poreuze metaalbasislichaam lc is gemaakt door een warmtebestendige metaalpoeder zoals wolfraam te sinteren, en indien dit noodzakelijk is kan genoemd lichaam selectief platinagroep-elementen van Ir, Os, Ru, Re, etc. bevatten.The porous metal base body 1c is made by sintering a heat resistant metal powder such as tungsten, and if necessary, said body may selectively contain platinum group elements of Ir, Os, Ru, Re, etc.

Het bovengenoemde elektronen emitterend materiaal 2c kan door de hierna volgende procedure worden vervaardigd.The above-mentioned electron-emitting material 2c can be manufactured by the following procedure.

BaC03, CaC03 en Al203 worden, na gemengd te zijn bij een molratio van 4:1:1 of 5:3:2, gebakken bij een temperatuur van 1200°C tot 1400°C gedurende 8 uur.BaCO3, CaCO3 and Al2 O3, after being mixed at a molar ratio of 4: 1: 1 or 5: 3: 2, are baked at a temperature of 1200 ° C to 1400 ° C for 8 hours.

Na het bakken wordt het gebakken lichaam van barium-calciumaluminaat gemengd met wolfraampoeder met een gewichtsratio van 20 tot 50%.After baking, the baked barium calcium aluminate body is mixed with tungsten powder at a weight ratio of 20 to 50%.

Wolfraam en Sc203-poeder worden gemengd met een juiste ratio en worden dan gebakken onder een oxyderende atmosfeer, waardoor Sc2W30i2 of SC6WOi2, of een mengsel daarvan, wordt vervaardigd.Tungsten and Sc203 powder are mixed at an appropriate ratio and then baked under an oxidizing atmosphere to produce Sc2W30i2 or SC6WOi2, or a mixture thereof.

Dan wordt het mengsel van barium-calciumaluminaat en wolfraampoeder gemengd met het Sc2W30i2 en/of ScgWOi2 poeder, met een gewichtsratio van 2 tot 30 gew.%.Then the mixture of barium calcium aluminate and tungsten powder is mixed with the Sc2W30i2 and / or ScgWOi2 powder, with a weight ratio of 2 to 30% by weight.

Het uiteindelijke metaalpoedermengsel, vervaardigd door de bovengenoemde stappen, wordt in het reservoir 3c gebracht, en wordt dan onderworpen aan een pershandeling met een persapparaat, waardoor het elektronen emitterend materiaal 2c binnen het reservoir 3c wordt gevormd.The final metal powder mixture, manufactured by the above steps, is introduced into the reservoir 3c, and then subjected to a pressing operation with a pressing device, thereby forming the electron-emitting material 2c within the reservoir 3c.

Het voornoemde poreuze metaalbasislichaam lc wordt geprepareerd door het pers-vormen en sinteren van wolfraampoeder met een gebruikelijke deeltjesdiameter van 5μιη, en wordt dan bevestigd aan het reservoir 3c door puntlassen. Het kan platina-groep elementen bevatten van Ir, Os, etc.The aforementioned porous metal base body 1c is prepared by compression molding and sintering of tungsten powder with a usual particle diameter of 5µ, and is then attached to the reservoir 3c by spot welding. It can contain platinum group elements of Ir, Os, etc.

Zoals bovenbeschreven, heeft de afgeefkathode van het ruimtereservoir-type volgens de onderhavig uitvinding een element genererende Ba-Sc-0 monoatomaire laag met een lagere werkfunktie dan de Sc-voorraadbron in de bodem van het poreuze metaalbasislichaam. Volgens deze configuratie wordt voorkomen, dat bijprodukten van de reactie van Sc-oxyden en Ba-oxyden gevormd worden op het elektronen-emitterend materiaaloppervlak, hetgeen meer gedetailleerd in het volgende wordt uitgelegd.As described above, the space reservoir type delivery cathode of the present invention has an element-generating Ba-Sc-0 monoatomic layer with a lower operating function than the Sc supply source in the bottom of the porous metal base body. According to this configuration, by-products of the reaction of Sc oxides and Ba oxides are prevented from being formed on the electron-emitting material surface, which is explained in more detail below.

Wanneer het elektronen-emitterend materiaal wordt verwarmd door het verwarmingsorgaan, produceert de reactie van scandium-wolframaat en Ba, gepositioneerd bij het poreuze metaalbasislichaam, scandium (Sc) volgens de volgende reactievergelijking: SC2W3O12 t 3Ba = 3BaWÜ4 + 2ScWhen the electron-emitting material is heated by the heater, the reaction of scandium tungstate and Ba, positioned at the porous metal base body, produces scandium (Sc) according to the following reaction equation: SC2W3O12 t 3Ba = 3BaWÜ4 + 2Sc

Daarom wordt Sc samen met diffuus Ba gediffundeerd door de ruimte van het poreuze metaalbasislichaam en wordt een monoatomaire laag bevatttende Ba-Sc-0 gevormd op het oppervlak van het poreuze metaalbasislichaam. De bijprodukten van de reactie van Ba-oxyde en Sc-oxyde tijdens dit proces worden gegenereerd bij het lagere gedeelte van het poreuze metaalbasislichaam, maar bereiken niet het oppervlak van het poreuze metaalbasislichaam. Als een resultaat kan de monoatomaire laag met een uniforme structuur worden gevormd op het oppervlak van het poreuze metaalbasislichaam, waardoor stabiele thermo-elektronische emissie gedurende een langere periode mogelijk wordt gemaakt.Therefore, Sc is diffused together with diffuse Ba through the space of the porous metal base body and a monoatomic layer containing Ba-Sc-0 is formed on the surface of the porous metal base body. The by-products of the reaction of Baoxide and Scoxide during this process are generated at the lower portion of the porous metal base body, but do not reach the surface of the porous metal base body. As a result, the monoatomic layer of uniform structure can be formed on the surface of the porous metal base body, allowing stable thermoelectronic emission over a longer period of time.

Activerings/verouderingstijd van de afgeefkathode volgens de onderhavige uitvinding is ongeveer 2 uur, hetgeen aanzienlijk de voor veroudering benodigde tijd verkort in vergelijking met de conventionele kathode van het Sc-geïmpregneerde type, waarvan de activerings/verouderingstijd 10 uur is.Activation / aging time of the delivery cathode of the present invention is about 2 hours, which considerably shortens the time required for aging compared to the conventional Sc-impregnated type cathode, the activation / aging time of which is 10 hours.

In de conventionele kathode van het Sc-geïmpregneerde type wordt een dunne laag bevattende W en Sc203 gevormd op het oppervlak van het kathodemateriaal zodat warmteoverdracht niet wordt vergemakkelijkt, waardoor de produktie van scandiumwolframaat wordt vertraagd. Anderzijds kan de afgeefkathode volgens de onderhavige uitvinding snel verdampt Sc produceren omdat scandiumwolframaat is opgenomen in of gepositioneerd op het bovengedeelte van het elektronen emitterend materiaal.In the conventional Sc impregnated type cathode, a thin layer containing W and Sc203 is formed on the surface of the cathode material so that heat transfer is not facilitated, thereby slowing the production of scandium tungstate. On the other hand, the delivery cathode of the present invention can produce vaporized Sc rapidly because scandium tungstate is incorporated into or positioned on the top portion of the electron-emitting material.

Verder is de Sc-voorraadbron niet gepositioneerd op het oppervlak van het poreuze metaalbasislichaam, dat onderhevig is aan een zwaar ionenbombardement, maar gepositioneerd bij het lagere gedeelte daarvan, en daarom treedt geen verlies van Sc ten gevolge van een ionenbombardement op, waardoor een stabiele emissie van thermische elektronen resulteert.Furthermore, the Sc supply source is not positioned on the surface of the porous metal base body, which is subject to a heavy ion bombardment, but positioned at the lower part thereof, therefore no loss of Sc due to ion bombardment occurs, thereby stable emission of thermal electrons.

Claims

A delivery cathode comprising an electron-emitting material 2b or 2c comprising at least one material selected from the group consisting of Ba and Ba oxide, and a porous metal base body 1b or 1c with diffusing spaces therein and positioned on said electron-emitting material 2b or 2c, wherein said electron-emitting material 2b or 2c further comprises a scandium tungstate.

A delivery cathode according to claim 1, characterized in that the scandium tungstate contains at least one material selected from the group consisting of Sc2W3012 and Sc6WOi2.

Delivery cathode according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of the scandium tungstate is 2 to 30% by weight, based on the total weight of the electron-emitting material.