NL9100288A - Afgeefkathode. - Google Patents

Description

Titel: Afgeefkathode.

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.

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.

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.

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.

Teneinde dergelijke problemen te overwinnen, is gestadig onderzoek uitgevoerd en zijn vorderingen gemaakt.

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.

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.

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.

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.

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.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding een afgeefkathode te verschaffen, welke de activerings/verouderingstijd aanzienlijk verkort en de opbrengst verbetert.

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.

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.

(Voorbeeld 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.

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.

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.

Het bovengenoemde elektronen emitterend materiaal 2c kan door de hierna volgende procedure worden vervaardigd.

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.

Na het bakken wordt het gebakken lichaam van barium-calciumaluminaat gemengd met wolfraampoeder met een gewichtsratio van 20 tot 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.

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.%.

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.

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.

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.

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 + 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.

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.

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.

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.

Claims (3)

1. Afgeefkathode omvattende een elektronen emitterend materiaal 2b of 2c omvattende ten minste een materiaal gekozen uit de groep bestaande uit Ba en Ba-oxyde, en een poreus metaalbasislichaam lb of lc met diffunderende ruimten daarin en gepositioneerd op genoemd elektronen emitterend materiaal 2b of 2c, waarbij genoemd elektronen emitterend materiaal 2b of 2c verder een scandiumwolframaat omvat.

2. Afgeefkathode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het scandiumwolframaat ten minste een materiaal bevat gekozen uit de groep bestaande uit Sc2W3012 en Sc6WOi2.

3. Afgeefkathode volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoeveelheid van het scandiumwolframaat 2 tot 30 gew.% is, gebaseerd op het totale gewicht van het elektronen emitterend materiaal.