RU2066895C1

RU2066895C1 - Method for producing porous-metal cathode for electronic device

Info

Publication number: RU2066895C1
Application number: RU94003482A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Киселев
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: porous matrix filled with active material, such as barium-calcium aluminate, is secured in holder made of high-melting metal, such as tantalum or molybdenum, by laser welding; prior to welding, active material is partially removed from welding region and iridium or iridium base alloy is placed in it. EFFECT: facilitated procedure.

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности, к способам изготовления металлопористых катодов (МПК) для электронных приборов. The invention relates to electronic equipment, in particular, to methods for the manufacture of metal-porous cathodes (IPC) for electronic devices.

Одной из главных проблем изготовления таких катодов является закрепление пористой матрицы катода, выполненной из тугоплавкого металла, в частности, вольфрама, и заполненной эмиссионноактивным веществом, в частности, алюминатом бария-кальция, в держателе, выполненном из тугоплавкого металла, например, из тантала или молибдена. Все известные способы закрепления матрицы в держателе недостаточно эффективны. One of the main problems in the manufacture of such cathodes is the fastening of a porous matrix of a cathode made of a refractory metal, in particular, tungsten, and filled with an emission-active substance, in particular, barium-calcium aluminate, in a holder made of a refractory metal, for example, tantalum or molybdenum . All known methods of fixing the matrix in the holder are not effective enough.

Известен способ изготовления МПК, при котором матрица, заполненная эмиссионноактивным веществом, закрепляется в держатель путем механического обжима (завальцовки) держателя на матрице [1]
Катоды, изготовленные в соответствии с этим способом, настойки к механическим нагрузкам и циклическим по температуре режимам эксплуатации.A known method of manufacturing the IPC, in which the matrix filled with emissive substance is fixed in the holder by mechanical crimping (rolling) of the holder on the matrix [1]
Cathodes made in accordance with this method are tincture to mechanical loads and temperature-cyclic operating conditions.

Известен способ изготовления МПК, при котором между матрицей и контактирующей с ней поверхностью держателя помещают припой (например, из сплава Ru-Nb) в виде фольги или пленки и нагревают катод выше температуры плавления припоя [2]
Однако подобные технические решения не обеспечивают необходимой прочности катода вследствие наличия в матрице алюмината, мешающего смачиванию соединяемых деталей расплавом припоя.A known method of manufacturing an IPC, in which between the matrix and the contacting surface of the holder is placed solder (for example, from a Ru-Nb alloy) in the form of a foil or film and the cathode is heated above the melting point of the solder [2]
However, such technical solutions do not provide the necessary strength of the cathode due to the presence in the matrix of aluminate, which interferes with the wetting of the connected parts by the solder melt.

Известен способ изготовления МПК, включающий заполнение пористой матрицы эмиссионноактивным веществом, размещение ее на держателе с частичным удалением этого вещества из мест контакта матрицы с держателем катода и сварку матрицы с держателем посредством лазерного луча [3] Удаление эмиссионноактивного вещества может производиться, например, растворением в воде, уксусной кислоте. Не исключена возможность удаления и просто механическим путем. Этот способ по совокупности существенных признаков наиболее близок к предложенному и поэтому принят за прототип. A known method of manufacturing an IPC, including filling the porous matrix with an emissive active substance, placing it on the holder with partial removal of this substance from the contact points of the matrix with the cathode holder and welding the matrix with the holder using a laser beam [3] Removing the emission-active substance can be done, for example, by dissolving in water acetic acid. The possibility of removal is also possible simply by mechanical means. This method for the combination of essential features is closest to the proposed and therefore adopted as a prototype.

Недостатком известного способа являются нестабильность качества соединения и запыление эмиттирующей поверхности материалом держателя, приводящее к снижению эмиссионных параметров катода. The disadvantage of this method is the instability of the quality of the connection and the dusting of the emitting surface of the holder material, leading to a decrease in the emission parameters of the cathode.

Целью настоящего изобретения является повышение качества соединения матрицы с держателем без ухудшения эмиссионных параметров катода. The aim of the present invention is to improve the quality of the connection of the matrix with the holder without compromising the emission parameters of the cathode.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления металлопористого катода, включающем заполнение пористой матрицы эмиссионноактивным веществом, размещение ее на держателе с частичным удалением этого вещества из мест контакта матрицы с держателем и сварку матрицы с держателем посредством лазерного луча, в места сварки помещают иридий или сплав его с эмиссионноактивным компонентом. Суть изобретения заключается в том, что в места сварки вводится тугоплавкий металл, выполняющий функции припоя и не оказывающий отрицательного действия на эмиссию МПК. Таким уникальным металлом является иридий или сплавы его с эмиссионноактивными компонентами. This goal is achieved by the fact that in the known method of manufacturing a metal-porous cathode, including filling the porous matrix with an emissive substance, placing it on the holder with partial removal of this substance from the contact points of the matrix with the holder and welding the matrix with the holder by means of a laser beam, iridium is placed in the welding spots or its alloy with an emission-active component. The essence of the invention lies in the fact that a refractory metal is introduced into the welding spots, which acts as a solder and does not have a negative effect on the MPC emission. Such a unique metal is iridium or its alloys with emission-active components.

Действительно:
иридий принадлежит к группе благородных металлов, а среди них в наименьшей степени подвержен коррозии при нагреве на воздухе. Таким образом, проведение процесса лазерной сварки с фокусировкой лазерного луча именно на иридий, т. е. расплавление лишь иридия, а не материала держателя или матрицы, не загрязняет поверхность эмиттера этими материалами или продуктами взаимодействия с воздухом материалов, принимающих участие в сварочном процессе;
иридий же, попадая на поверхность МПК, вызывает не ухудшение эмиссии катода, а подобно осмию способствует ее улучшению;
иридий по коэффициенту теплового расширения наиболее близок к танталу и молибдену, традиционным материалам держателей МПК, т.е. обеспечивает высокое качество соединения при рабочих температурах катода.Really:
iridium belongs to the group of noble metals, and among them it is least susceptible to corrosion when heated in air. Thus, carrying out the laser welding process with the laser beam focused specifically on iridium, i.e., the melting of only iridium, and not the holder or matrix material, does not pollute the emitter surface with these materials or the products of interaction with the materials involved in the welding process with air;
iridium, getting on the surface of the IPC, does not cause deterioration of the cathode emission, but like osmium contributes to its improvement;
in terms of thermal expansion coefficient, iridium is closest to tantalum and molybdenum, traditional materials of IPC holders, i.e. provides a high quality connection at the operating temperatures of the cathode.

добавки, вводимые в сплавы на основе иридия с эмиссионноактивными компонентами (материалы металлосплавных катодов) это металлы щелочноземельной или редкоземельной группы, т.е. положительные примеси для МПК, а количества их в сплаве (несколько процентов) не оказывают существенного влияния на термические характеристики иридия как материала "припоя". additives introduced into iridium-based alloys with emission-active components (materials of metal alloy cathodes) are metals of the alkaline-earth or rare-earth group, i.e. positive impurities for MPC, and their amounts in the alloy (several percent) do not significantly affect the thermal characteristics of iridium as a material of “solder”.

цена иридия наименьшая среди всех благородных металлов группы платины. the price of iridium is the lowest among all the noble metals of the platinum group.

Примеры выполнения катода. Examples of the cathode.

Пример 1. Матрица представляла собой цилиндр со сложной (ячеистой) формой наружной поверхности и отверстием по оси, предназначенным для посадки на цилиндрический же держатель из тантала. Матрица изготавливалась по обычной технологии, т. е. в вольфрамовый порошок прессовался, обжигался в водороде при 2100^oС, пропитывался медью, механически обрабатывался до нужной геометрической формы, медь вытравливалась и проводилась пропитка расплавленным алюминатом бария-кальция. Края матрицы поместили в 3% раствор уксусной кислоты, высушили и одели на танталовый держатель, после чего в места контакта поместили иридиевую проводку и проварили лазером по всему контуру. Прочность сцепления хорошая, шов цельный, блестящий, без трещин. Эмиссионные параметры не отличались от традиционных.Example 1. The matrix was a cylinder with a complex (cellular) shape of the outer surface and an axial hole designed to fit on a cylindrical tantalum holder. The matrix was manufactured by conventional technology, i.e., it was pressed into tungsten powder, burned in hydrogen at 2100 ^° С, impregnated with copper, mechanically processed to the desired geometric shape, copper was etched and impregnated with molten barium-calcium aluminate. The edges of the matrix were placed in a 3% solution of acetic acid, dried and put on a tantalum holder, after which the iridium wires were placed at the contact points and laser-welded along the entire circuit. The adhesion strength is good, the seam is solid, shiny, without cracks. Emission parameters did not differ from traditional ones.

Пример 2. Эмиссионное тело представляло набор матрицы, вырезанных из пропитанных алюминатом бария-кальция пористой вольфрамовой заготовки. Матрицы вставлялись в предназначенные для них углубления в молибденовом керне диаметром 140 мм. Проблема закрепления матриц была основной проблемой изготовления такого крупногабаритного катода и разрешить ее оказалось возможным только предложенным способом. Зачистка мест сварки, размещение в них прокладок из чистого иридия или сплава и лазерная сварка позволили получить качественное соединение, без прожигов и окисления, и создать катод. Example 2. The emission body was a set of matrices cut from a porous tungsten preform impregnated with barium-calcium aluminate. The matrices were inserted into the cavities intended for them in a molybdenum core with a diameter of 140 mm. The problem of matrix fixing was the main problem of manufacturing such a large-sized cathode, and it was possible to solve it only by the proposed method. The cleaning of the welding spots, the placement of gaskets of pure iridium or alloy in them, and laser welding made it possible to obtain a high-quality joint, without burning and oxidation, and to create a cathode.

Таким образом предложенный способ позволяет создавать высокоэмиссионные МПК с эмиссионной матрицей, надежно закрепленной на держателе. Особенно привлекательно использование способа в конструкции многолучевых катодов, когда местоположение эмиттирующей поверхности должно строго зафиксировано, а также в крупногабаритных узлах с МПК. Thus, the proposed method allows you to create high-emission IPC with an emission matrix, securely mounted on the holder. Especially attractive is the use of the method in the design of multipath cathodes, when the location of the emitting surface must be strictly fixed, as well as in large-sized nodes with IPC.

Claims

A method of manufacturing a metal-porous cathode of an electronic device, comprising filling a porous matrix with an emissive substance, placing it on a holder with a partial removal of this substance from the point of contact of the matrix with the holder, and welding the matrix with the holder by means of a laser beam, characterized in that iridium or an alloy thereof is placed in the welding places with emission component.