RU73875U1 - COLD CATHODE - Google Patents

COLD CATHODE Download PDF

Info

Publication number
RU73875U1
RU73875U1 RU2007149108/22U RU2007149108U RU73875U1 RU 73875 U1 RU73875 U1 RU 73875U1 RU 2007149108/22 U RU2007149108/22 U RU 2007149108/22U RU 2007149108 U RU2007149108 U RU 2007149108U RU 73875 U1 RU73875 U1 RU 73875U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
alloy
cold cathode
work function
grains
Prior art date
Application number
RU2007149108/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Радик Рафикович МУЛЮКОВ
Юлай Мухаметович Юмагузин
Линар Раисович Зубаиров
Ринат Хамзович Хисамов
Ильфат Миндигалеевич Сафаров
Original Assignee
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем сверхпластичности металлов РАН filed Critical Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority to RU2007149108/22U priority Critical patent/RU73875U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU73875U1 publication Critical patent/RU73875U1/en

Links

Abstract

РЕФЕРАТESSAY

Полезная модель относится к электронной технике, более конкретно, к таким ее областям, где используется физическое явление электронной или ионно-электронной, или автоэлектронной эмиссии и касается холодного катода.The utility model relates to electronic technology, and more specifically, to its areas where the physical phenomenon of electronic or ion-electron or field emission is used and relates to the cold cathode.

Предложен холодный катод из металла или сплава, имеющий смешанную структуру, содержащую зерна и фрагменты нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации, отличающийся тем, что катод имеет смешанную структуру, содержащую от 50 до 95% зерен нанометрического размера, остальное фрагменты, или зеренную структуру, содержащую зерна нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации и последующего низкотемпературного отжига при температуре не ниже рабочей температуры катода.A cold cathode of metal or alloy is proposed having a mixed structure containing grains and fragments of nanometric size, obtained by intensive plastic deformation, characterized in that the cathode has a mixed structure containing from 50 to 95% grains of nanometer size, the rest of the fragments, or grain structure containing nanometer-sized grains obtained by intensive plastic deformation and subsequent low-temperature annealing at a temperature not lower than the operating temperature Toda.

Полезная модель является усовершенствованием холодного катода, структура которого получена посредством интенсивной пластической деформации и позволяет еще более повысить эффективность катода за счет уменьшения работы выхода электрона.The utility model is an improvement in the cold cathode, the structure of which is obtained by means of intense plastic deformation and can further increase the efficiency of the cathode by reducing the electron work function.

Description

2420-300935RU/0322420-300935RU / 032

ХОЛОДНЫЙ КАТОДCOLD CATHODE

Полезная модель относится к электронной технике, более конкретно, к таким ее областям, где используется физическое явление электронной или ионно-электронной, или автоэлектронной эмиссии, и касается холодного катода.The utility model relates to electronic technology, and more specifically, to its areas where the physical phenomenon of electronic or ion-electron or field emission is used, and relates to the cold cathode.

Холодные катоды, работающие по принципу вторичной электронной или ионно-электронной эмиссии, или автоэлектронной эмиссии, широко распространены. Они используются в таких устройствах, как вакуумные и газоразрядные приборы, в том числе, оптические квантовые генераторы, гелий-неоновые лазеры, индикаторные приборы, ионные источники. В частности, последние являются, в свою очередь, важной составной частью широко используемых устройств: плазмотронов, масс-спектрометров. Характеристики холодных катодов определяют точность и эффективность работы перечисленных выше устройств. Требования к характеристикам холодных катодов возрастают с развитием микроэлектроники и наноэлектроники.Cold cathodes operating on the principle of secondary electron or ion-electron emission, or field emission, are widespread. They are used in devices such as vacuum and gas-discharge devices, including optical quantum generators, helium-neon lasers, indicator devices, and ion sources. In particular, the latter are, in turn, an important component of widely used devices: plasmatrons, mass spectrometers. The characteristics of cold cathodes determine the accuracy and efficiency of the above devices. The requirements for the characteristics of cold cathodes increase with the development of microelectronics and nanoelectronics.

В большинстве перечисленных выше устройств в качестве холодных катодов используются катоды, изготовленные из металлов и сплавов: алюминия, бериллия, магния, железа, никеля, тантала, молибдена и др. [1]. Выбор определенного материала катода осуществляют, руководствуясь требованиями к его долговечности и эффективности, в последнем случае с учетом такой важнейшей эмиссионной характеристики металла или сплава, как работа выхода электрона. При прочих равных условиях снижение значения работы выхода электрона позволяет получить, например, в ионном источнике больший ионный ток при меньшем значении приложенного напряжения. Кроме того, например, в газоразрядных приборах снижение значения работы выхода позволяет уменьшить давление газа и тем самым снизить нагрузку на вакуумную систему прибора, что, в конечном счете, приводит к повышению надежности прибора.In most of the devices listed above, cold cathodes use cathodes made of metals and alloys: aluminum, beryllium, magnesium, iron, nickel, tantalum, molybdenum, etc. [1]. The choice of a certain cathode material is carried out, guided by the requirements for its durability and efficiency, in the latter case, taking into account such a most important emission characteristic of a metal or alloy as the electron work function. Other things being equal, a decrease in the electron work function allows one to obtain, for example, a larger ion current in an ion source with a lower value of the applied voltage. In addition, for example, in gas-discharge devices, decreasing the value of the work function allows reducing the gas pressure and thereby reducing the load on the vacuum system of the device, which ultimately leads to an increase in the reliability of the device.

Значения работы выхода электрона для различных материалов, в том числе металлов, приведены в справочной литературе [2].The values of the electron work function for various materials, including metals, are given in the reference literature [2].

Известен холодный катод газоразрядного прибора [3], изготовленный практически из чистого алюминия, в который введена присадка из кремния в количестве 0,5-1,65 масс. %. Known cold cathode of a gas-discharge device [3], made of practically pure aluminum, into which an additive of silicon in the amount of 0.5-1.65 masses is introduced. %

Присадка кремния в алюминии способствует образованию однородной микроструктуры и уменьшению размера зерен, что в свою очередь способствует увеличению стойкости оксидного слоя и препятствует распылению катода. The silicon additive in aluminum promotes the formation of a homogeneous microstructure and grain size reduction, which in turn contributes to an increase in the stability of the oxide layer and prevents the cathode from sputtering.

Известен холодный катод [4], материал которого в отличие от [3] содержит также железо в количестве 0,1-2,0 масс. %. Введение присадки железа в сплав алюминия с кремнием уменьшает параметры решетки за счет образования однородного твердого раствора замещения в алюминии. При этом устойчивость к ионной бомбардировке поверхности катода увеличивается, и распыление еще более уменьшается.Known cold cathode [4], the material of which, in contrast to [3] also contains iron in an amount of 0.1-2.0 mass. % The introduction of an iron additive in an alloy of aluminum with silicon reduces the lattice parameters due to the formation of a homogeneous substitutional solid solution in aluminum. In this case, the resistance to ion bombardment of the cathode surface increases, and sputtering is further reduced.

Известен холодный катод газоразрядного прибора, в котором в качестве материала катода использован никель с добавлением алюминосиликата цезия или рубидия в количестве 0,5-25 масс. % [5], что обеспечивает возможность устойчивой работы катода в условиях интенсивной ионной бомбардировки, увеличивает эмиссионный ток, в т.ч. за счет снижения работы выхода.Known cold cathode of a gas-discharge device, in which nickel is used as the cathode material with the addition of cesium or rubidium aluminosilicate in an amount of 0.5-25 mass. % [5], which provides the possibility of stable operation of the cathode in conditions of intense ion bombardment, increases the emission current, including by reducing the output work.

Недостатком приемов, связанных с изменением состава сплава путем введения специальных присадок [3, 4, 5], является невозможность изготовления катода с заранее заданными свойствами с высокой степенью точности, что связано с тем, что при разных плавках практически невозможно выдержать один и тот же состав сплава. Именно поэтому в известных решениях количество присадок дается в достаточно широком интервале. Такие катоды не могут быть взаимозаменяемыми при использовании в упомянутых выше современных приборах. Кроме того, изменение состава любого промышленного сплава экономически крайне невыгодно.The disadvantage of the methods associated with changing the composition of the alloy by introducing special additives [3, 4, 5] is the inability to manufacture a cathode with predetermined properties with a high degree of accuracy, which is due to the fact that it is almost impossible to maintain the same composition with different melts alloy. That is why, in known solutions, the amount of additives is given in a fairly wide range. Such cathodes cannot be interchangeable when used in the above-mentioned modern devices. In addition, changing the composition of any industrial alloy is economically extremely disadvantageous.

В связи с последним утверждением известно использование промышленных алюминиевых сплавов типа Д 16, масс. % : Al - осн.; Cu - 4,3; Mg - 1,5; Mn - 0,6; Fe ≤ 0,5; Si ≤ 0,5, и АД 1 (технически чистый алюминий, 99,3 %) в качестве материала холодного катода [6]. Катод имеет упрочненную посредством холодной пластической деформации, а именно, шариковой раскаткой, поверхность. Такая упрочненная поверхность способствует повышению долговечности катода.In connection with the last statement, the use of industrial aluminum alloys of type D 16, mass. %: Al - basic; Cu - 4.3; Mg - 1.5; Mn 0.6; Fe ≤ 0.5; Si ≤ 0.5, and AD 1 (technically pure aluminum, 99.3%) as a cold cathode material [6]. The cathode has a surface hardened by cold plastic deformation, namely, ball rolling. Such a hardened surface enhances cathode durability.

Известен катод (катодная мишень) [7], выполненный из металла или сплава, имеющий однородную мелкозернистую, с размером зерен 15 мкм и выше, структуру во всем объеме. Такая структура в катоде получена за счет пластической деформации (прокатки) заготовки катода.Known cathode (cathode target) [7], made of metal or alloy, having a homogeneous fine-grained, with a grain size of 15 μm and above, the structure in the entire volume. Such a structure in the cathode is obtained due to plastic deformation (rolling) of the cathode blank.

За счет однородной мелкозернистой структуры достигается равномерность распыления металла с поверхности мишени. Но в известном решении [7] не отражено, как структура катода, в частности размер зерен, полученная пластической деформацией, может влиять на работу выхода электрона и прочность катода. Due to the homogeneous fine-grained structure, uniformity of metal sputtering from the target surface is achieved. But the known solution [7] does not reflect how the cathode structure, in particular, the grain size obtained by plastic deformation, can affect the electron work function and cathode strength.

О влиянии пластической деформации в различных условиях напряженно-деформированного состояния на работу выхода электрона, известно из [8]. Предлагается методика расчета изменения работы выхода на основе модели ее взаимосвязи с электроотрицательностью металлов с учетом формирования нанометрических поверхностных дефектов. Однако возможности использования модели и расчетной методики на ее основе при изготовлении катода, характеризующегося пониженным значением работы выхода, тоже ограничены. Причиной этого является, прежде всего, то, что методика, будучи достаточно сложной и громоздкой, учитывает влияние на изменение работы выхода только поверхностных дефектов, которое может быть нейтрализовано при дальнейшей обработке катода или в процессе его эксплуатации.The effect of plastic deformation under various conditions of a stress-strain state on the electron work function is known from [8]. A technique is proposed for calculating the change in the work function based on the model of its relationship with the electronegativity of metals, taking into account the formation of nanometric surface defects. However, the possibilities of using the model and the calculation procedure based on it in the manufacture of the cathode, characterized by a lower value of the work function, are also limited. The reason for this is, first of all, that the technique, being quite complex and cumbersome, takes into account the influence on the change in the work function of the output only of surface defects, which can be neutralized during further processing of the cathode or during its operation.

При этом из [8] известно, что снижение работы выхода соответствует увеличению степени пластической деформации.Moreover, from [8] it is known that a decrease in the work function corresponds to an increase in the degree of plastic deformation.

Известно, что максимально возможную степень деформации без разрушения заготовки позволяют реализовать специальные методы интенсивной пластической деформации (ИПД) [9,10].It is known that the maximum possible degree of deformation without destroying the workpiece allows the implementation of special methods of intensive plastic deformation (IPD) [9,10].

К наиболее известным специальным методам ИПД, можно отнести равноканальное угловое прессование (РКУ-прессование) и кручение под квазигидростатическим давлением на установке типа наковальни Бриджмена [9,10]. При использовании указанных методов может быть достигнута степень деформации е ≥ 4, где е - истинная логарифмическая степень деформации.The most well-known special SPD methods include equal-channel angular pressing (ECG-pressing) and torsion under quasi-hydrostatic pressure in a Bridgman type anvil type installation [9,10]. Using these methods, a degree of deformation of e ≥ 4 can be achieved, where e is the true logarithmic degree of deformation.

С учетом вышеизложенного за прототип полезной модели выбран холодный катод, известный из [11]. Катод изготовлен из вольфрама чистотой 99,99 %, и имеет структуру с нанометрическим размером зерен, около 100 нм, которая получена за счет ИПД, осуществленной, в частности, методом кручения под квазигидростатическим давлением на установке типа наковальни Бриджмена, до истинной логарифмической степени е ~ 7.Based on the foregoing, a cold cathode, known from [11], was selected as a prototype of a utility model. The cathode is made of tungsten with a purity of 99.99% and has a structure with a nanometric grain size of about 100 nm, which was obtained due to the SPD carried out, in particular, by torsion under quasi-hydrostatic pressure in a Bridgman type anvil type installation to the true logarithmic degree e ~ 7.

Посредством измерения контактной разности потенциалов определена работа выхода электрона, точнее разница между работой выхода образца катода, подвергнутого ИПД и имеющего нанометрический размер зерен, и работой выхода образца катода в обычном крупнозернистом состоянии. Было обнаружено, что формирование структуры с нанометрическим размером зерен приводит к снижению работы выхода в металле. Снижение работы выхода для вольфрама с размером зерен около 100 нм составило ~ 0,8 эВ. Были проведены комплексные исследования образца, в том числе методом просвечивающей электронной микроскопии, а также численное моделирование эксперимента.By measuring the contact potential difference, the electron work function is determined, more precisely, the difference between the work function of the cathode sample subjected to SPD and having a nanometric grain size and the work function of the cathode sample in the usual coarse-grained state. It was found that the formation of a structure with a nanometric grain size leads to a decrease in the work function in the metal. The decrease in the work function for tungsten with a grain size of about 100 nm was ~ 0.8 eV. Complex studies of the sample were carried out, including transmission electron microscopy, as well as numerical simulation of the experiment.

Было выявлено, что рассматриваемое специфическое поведение нанокристаллического материала обуславливается, прежде всего, не малым размером зерен, а особым, характеризующимся внутренними напряжениями, «неравновесным» состоянием границ зерен, о чем свидетельствовал диффузный контраст на границах зерен, наблюдаемый посредством электронного просвечивающего микроскопа. Причем значительные, до 1-3%, искажения решетки внутренними напряжениями наблюдались вблизи границ в области шириной порядка 10 нм. It was found that the specific behavior of the nanocrystalline material under consideration is determined, first of all, not by a small grain size, but by a special, characterized by internal stresses, “nonequilibrium” state of grain boundaries, as evidenced by the diffuse contrast at the grain boundaries observed by means of an electron transmission microscope. Moreover, significant, up to 1-3%, lattice distortions by internal stresses were observed near the boundaries in a region with a width of the order of 10 nm.

Таким образом, была получена возможность, выдвинуть гипотезу о том, что формирование структуры с нанометрическим размером зерен приводит к возникновению трубок тока с пониженной работой выхода. Такая трубка тока включает непосредственно границы зерен и их окрестности шириной около 10 нм.Thus, it was possible to hypothesize that the formation of a structure with a nanometric grain size leads to the appearance of current tubes with a reduced work function. Such a current tube directly includes grain boundaries and their surroundings with a width of about 10 nm.

Кроме снижения работы выхода ИПД приводит к заметному повышению прочности холодного катода, что может приводить к повышению его долговечности [6].In addition to reducing the work function, the SPD leads to a noticeable increase in the strength of the cold cathode, which can lead to an increase in its durability [6].

Однако дальнейшие эксперименты показали, что увеличение степени деформации, в частности, образца из того же вольфрама, при ИПД не дает ожидаемого, известного из [8], снижения значения работы выхода. А при деформировании методом ИПД, в частности, образца из промышленного алюминиевого сплава АМГ6 (6,3% Mg; 0,6% Mn; Cu<0,1%; Zn<0,2%; Fe<0,4; Si<0,4%, остальное Al) вообще не удается получить предполагаемого в соответствии с [11] результата. However, further experiments showed that an increase in the degree of deformation, in particular, of a sample from the same tungsten, during SPD does not give the expected decrease in the work function, known from [8]. And when deformed by the IPD method, in particular, of a sample from an industrial aluminum alloy AMG6 (6.3% Mg; 0.6% Mn; Cu <0.1%; Zn <0.2%; Fe <0.4; Si < 0.4%, the rest Al) generally fails to obtain the expected result in accordance with [11].

Таким образом, имеется проблема, связанная с выявлением четкой взаимосвязи между значением работы выхода электрона в катоде и его структурой, характеризующейся нанометрическим размером зерен, полученной посредством ИПД.Thus, there is a problem associated with the identification of a clear relationship between the value of the electron work function in the cathode and its structure, characterized by the nanometric grain size obtained by SPD.

Задачей полезной модели является повышение эффективности катода, изготовленного из металла или сплава, за счет уменьшения значения работы выхода электрона посредством видоизменения структуры катода, полученной после ИПД.The objective of the utility model is to increase the efficiency of a cathode made of metal or alloy by reducing the electron work function by modifying the cathode structure obtained after SPD.

Поставленная задача решается, когда холодный катод из металла или сплава, имеющий смешанную структуру, содержащую зерна и фрагменты нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации, отличается от известного тем, что катод имеет смешанную структуру, содержащую от 50 до 95 % зерен нанометрического размера, остальное фрагменты, или зеренную структуру, содержащую зерна нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации и последующего низкотемпературного отжига при температуре не ниже рабочей температуры катода.The problem is solved when the cold cathode of a metal or alloy having a mixed structure containing grains and fragments of nanometric size, obtained by intensive plastic deformation, differs from the known fact that the cathode has a mixed structure containing from 50 to 95% grains of nanometric size, the rest of the fragments, or a grain structure containing grains of nanometric size, obtained by intensive plastic deformation and subsequent low-temperature annealing erature is not lower than the operating temperature of the cathode.

Пояснение сущности полезной модели Utility Model Explanation

Исследования посредством электронной микроскопии образцов, подвергнутых ИПД, показали, что при интенсивной пластической деформации структура металла или сплава претерпевает значительные видоизменения. Происходит деление зерен с образованием более мелких, чем исходные зерна, фрагментов - разориентированных областей, разделенных несформировавшимися границами дислокационного типа. В процессе рекристаллизации происходит преобразование фрагментов в зерна, примерно такого же размера, как фрагменты, с образованием между ними границ зеренного типа. При этом образование зерен и соответствующих границ в чистых металлах идет более интенсивно, чем в сплавах, из-за затрудненной в сплавах миграции границ. Далее происходит деление вновь сформировавшихся зерен. Указанные процессы в течение времени осуществления ИПД происходят одновременно и непрерывно. Поэтому в момент времени по достижении требуемого нанометрического размера элементов структуры, когда ИПД прерывается, в металле или сплаве неизбежно присутствуют как зерна, так и фрагменты нанометрического размера. Таким образом, металл или сплав имеет после ИПД смешанную структуру, в лучшем случае, содержащую равное количество зерен и фрагментов, как, например, в металлах, или же преобладающее, более 50 %, количество фрагментов, как, например, в сплавах. Первая картина была выявлена, в частности, при дополнительных исследованиях структуры образца из вольфрама, а вторая - при исследованиях структуры образца из алюминиевого сплава АМГ6.Investigations by electron microscopy of samples subjected to SPD have shown that, under intense plastic deformation, the structure of a metal or alloy undergoes significant modifications. Grain division occurs with the formation of smaller than the initial grains, fragments - disoriented areas separated by unformed dislocation-type boundaries. In the process of recrystallization, fragments are transformed into grains of approximately the same size as the fragments, with the formation of grain-type boundaries between them. In this case, the formation of grains and corresponding boundaries in pure metals is more intense than in alloys, due to the migration of boundaries difficult in alloys. Next, there is a division of the newly formed grains. These processes during the time of the IPD implementation occur simultaneously and continuously. Therefore, at the time when the required nanometric size of the structural elements is reached, when the SPD is interrupted, both grains and fragments of nanometric size are inevitably present in the metal or alloy. Thus, the metal or alloy after the SPD has a mixed structure, at best, containing an equal number of grains and fragments, as, for example, in metals, or a predominant, more than 50%, number of fragments, as, for example, in alloys. The first picture was revealed, in particular, during additional studies of the structure of the sample from tungsten, and the second - during studies of the structure of the sample from aluminum alloy AMG6.

Более того, увеличение степени деформации выше некоторого значения, зависящего от физических свойств металла или сплава, не приводит к трансформации фрагментированной структуры в зеренную структуру и к увеличению доли зеренных границ. По этой причине, как сплавы, так и чистые металлы, могут после ИПД иметь структуру, содержащую, преимущественно фрагменты нанометрического размера. Границы фрагментов имеют дислокационную природу, то есть они кристаллографически не сформированы, и остаются такими в процессе и после деформации (см. приведенную ниже фиг. 10, иллюстрирующую рассматриваемую структуру образца катода из сплава АМГ6). Соответственно такие несформированные границы не могут обеспечить дополнительного снижения работы выхода электрона. Более того, работа выхода в образцах катода со структурой, содержащей менее 70 - 80 % зерен может не отличаться по значению от работы выхода в образцах катода с крупнозернистой структурой, полученных традиционными методами.Moreover, an increase in the degree of deformation above a certain value depending on the physical properties of the metal or alloy does not lead to the transformation of the fragmented structure into a grain structure and to an increase in the fraction of grain boundaries. For this reason, both alloys and pure metals, after SPD, can have a structure containing mainly fragments of nanometric size. The boundaries of the fragments are of a dislocation nature, that is, they are not crystallographically formed, and remain so during and after deformation (see Fig. 10 below, illustrating the considered structure of a cathode sample from AMG6 alloy). Accordingly, such unformed boundaries cannot provide an additional decrease in the electron work function. Moreover, the work function in the cathode samples with a structure containing less than 70 - 80% of the grains may not differ in value from the work function in the cathode samples with a coarse-grained structure obtained by traditional methods.

При низкотемпературном отжиге происходит трансформация фрагментированной структуры в зеренную структуру. Температура и время отжига выбираются из условия сохранения нанометрического размера зерен.During low-temperature annealing, the fragmented structure is transformed into a grain structure. The temperature and annealing time are selected from the condition of preservation of the nanometric grain size.

Температура отжига, достаточная только для преобразования фрагментов в зерна, не приводит к увеличению размеров элементов структуры. Нанометрический размер зерен остается приблизительно равным размеру фрагментов. Поскольку абсолютного равенства размеров зерен и фрагментов в таком физическом процессе, как трансформация структуры металла или сплава, достичь практически невозможно, размер зерен на несколько нанометров, в пределах ~ 20 - 30 нм, может быть больше размеров фрагментов. Границы образовавшихся зерен нанометрического размера дают дополнительный вклад в снижение работы выхода электрона по сравнению с вкладом, который дает только ИПД, в случае частично фрагментированной структуры, как, например, для катода из вольфрама. При наличии преимущественно фрагментированной после ИПД структуры только отжиг может обеспечить эффект снижения значения работы выхода, известный из [11]. Annealing temperature, sufficient only for the conversion of fragments into grains, does not lead to an increase in the size of structural elements. The nanometric grain size remains approximately equal to the size of the fragments. Since it is almost impossible to achieve absolute equality in the sizes of grains and fragments in such a physical process as the transformation of the structure of a metal or alloy, the grain size by several nanometers, within ~ 20 - 30 nm, can be larger than the sizes of fragments. The boundaries of the formed nanometer-sized grains make an additional contribution to the decrease in the electron work function compared to the contribution that only the SPD gives in the case of a partially fragmented structure, such as, for example, for a tungsten cathode. In the presence of a predominantly fragmented structure after SPD, only annealing can provide the effect of decreasing the value of the work function known from [11].

Обеспечение за счет ИПД и последующего низкотемпературного отжига наличия в структуре сплава, например, АМГ6, по крайней мере, 50 % зерен нанометрического размера уже создает благоприятную картину возникновения трубок тока и снижения работы выхода. В чистых металлах за счет ИПД и отжига может быть получена структура, содержащая до 100 % зерен нанометрического размера. Ensuring, due to SPD and subsequent low-temperature annealing, the presence of at least 50% nanometer-sized grains in the alloy structure, for example, AMG6, already creates a favorable picture of the appearance of current tubes and a decrease in the work function. In pure metals due to IPD and annealing, a structure containing up to 100% nanometer grains can be obtained.

Рекомендуется температуру отжига для большинства металлов и сплавов, традиционно используемых для изготовления холодного катода, выбирать примерно равной 0,2 Тпл. Экспериментально установлено, что такая температура отжига подходит и для практически чистых металлов, таких, как никель, вольфрам, титан, молибден, и для сплавов, типа АМГ6, Э 125 (2,5% Nb; остальное Zr) и др. Отжиг при более низкой температуре не приводит к заметным изменениям в структуре деформированного образца. Кроме того, холодный катод в процессе эксплуатации может разогреваться, как правило, от комнатной температуры до температур порядка 100 0С, поэтому температура отжига должна быть не менее рабочей температуры катода во избежание термической нестабильности его структуры в процессе эксплуатации.It is recommended that the annealing temperature for most metals and alloys traditionally used for the manufacture of a cold cathode be chosen to be approximately 0.2 Tm. It has been experimentally established that such an annealing temperature is suitable for practically pure metals, such as nickel, tungsten, titanium, molybdenum, and for alloys such as AMG6, E 125 (2.5% Nb; the rest is Zr), etc. Annealing at more low temperature does not lead to noticeable changes in the structure of the deformed sample. In addition, the cold cathode during operation can be warmed up, as a rule, from room temperature to temperatures of the order of 100 ° C; therefore, the annealing temperature must be at least the working temperature of the cathode in order to avoid thermal instability of its structure during operation.

В сочетании с низкотемпературным отжигом ИПД может быть использована для получения структуры, повышающей эффективность катода практически из любого металла или сплава, традиционно применяемого для этих целей. Тогда как использование только ИПД не может привести к повышению эффективности катода из металла или сплава, склонного при ИПД к интенсивной фрагментации.In combination with low-temperature annealing, SPD can be used to obtain a structure that increases the cathode efficiency from almost any metal or alloy traditionally used for these purposes. Whereas the use of IPD alone cannot lead to an increase in the efficiency of a cathode made of metal or alloy, which is prone to intense fragmentation during IPD.

Использование ИПД и низкотемпературного отжига позволяет повысить экономичность предлагаемого холодного катода по сравнению с прототипом за счет изготовления катода из промышленного сплава без введения дополнительных присадок для снижения работы выхода электрона.The use of SPD and low-temperature annealing can increase the efficiency of the proposed cold cathode compared to the prototype by manufacturing a cathode from an industrial alloy without introducing additional additives to reduce the electron work function.

Кроме того, полезная модель сохраняет и другие достоинства прототипа.In addition, the utility model retains other advantages of the prototype.

А именно полезная модель позволяет повысить прочность холодного катода. Однако по сравнению с традиционными крупнозернистыми катодами повышение прочности происходит на несколько меньшую величину, чем в прототипе, за счет частичного снятия наклепа.Namely, a utility model allows to increase the strength of the cold cathode. However, compared with traditional coarse-grained cathodes, the increase in strength occurs by a slightly lower value than in the prototype, due to the partial removal of hardening.

Методы ИПД имеют определенные ограничения, связанные с малыми габаритами обрабатываемых заготовок и необходимостью придания им определенной формы: прутка - для РКУ-прессования, или диска - для кручения под квазигидростатическим давлением.IPD methods have certain limitations associated with the small dimensions of the workpieces and the need to give them a certain shape: a bar - for ECA pressing, or a disk - for torsion under quasi-hydrostatic pressure.

Однако указанное не является ограничением для промышленного применения полезной модели, поскольку катод, имеет соответствующие методам ИПД малые габариты и тенденцию к дальнейшему уменьшению габаритов. Более того, появляется возможность промышленного использования в сочетании с низкотемпературным отжигом такого метода ИПД, как, например, кручение под квазигидростатическим давлением, который традиционно считается пригодным для обработки образцов из металлов и сплавов в лабораторных условиях. However, the aforementioned is not a limitation for the industrial application of the utility model, since the cathode has small dimensions corresponding to the SPD methods and a tendency to further decrease in dimensions. Moreover, there is the possibility of industrial use in combination with low-temperature annealing of such an SPD method, such as torsion under quasi-hydrostatic pressure, which is traditionally considered suitable for processing samples of metals and alloys in laboratory conditions.

Необходимо также отметить, что при работе нагретого для реализации явления термоэлектронной эмиссии катода, происходит рост зерен, сопровождающийся релаксацией энергии, запасенной в границах. Поэтому существенным становится признак, отраженный в названии полезной модели - холодный катод. It should also be noted that during the operation of the cathode heated to realize the phenomenon of thermionic emission, grain growth occurs, accompanied by relaxation of the energy stored within the boundaries. Therefore, the feature reflected in the name of the utility model, the cold cathode, becomes significant.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что задачи полезной модели решаются только при взаимосвязанном использовании всей совокупности существенных признаков полезной модели.Based on the foregoing, we can conclude that the tasks of the utility model are solved only with the interconnected use of the totality of the essential features of the utility model.

Полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами:The utility model is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1. Схема изготовления катода;Figure 1. The cathode fabrication scheme;

Фиг.2. Экспериментальный образец холодного катода (фото);Figure 2. Experimental sample of a cold cathode (photo);

Фиг.3. Внешний вид диодной ячейки (фото);Figure 3. The appearance of the diode cell (photo);

Фиг.4. Газовый разряд в диодной ячейке (фото);Figure 4. Gas discharge in a diode cell (photo);

Фиг.5. Вольтамперные характеристики диодной ячейки с холодным катодом из никеля;Figure 5. Current-voltage characteristics of a diode cell with a cold nickel cathode;

Фиг.6. Вольтамперные характеристики диодной ячейки с холодным катодом из сплава Э 125;6. Current-voltage characteristics of the diode cell with a cold cathode of alloy E 125;

Фиг.7. Вольтамперные характеристики диодной ячейки с холодным катодом из сплава АМГ6;7. Current-voltage characteristics of the diode cell with a cold cathode from AMG6 alloy;

Фиг.8. Вольтамперные характеристики диодной ячейки с холодным катодом из вольфрама;Fig. 8. Current-voltage characteristics of a diode cell with a cold tungsten cathode;

Фиг.9. Структура образца холодного катода из сплава АМГ6 до деформации;Fig.9. Structure of a sample of a cold cathode from an AMG6 alloy before deformation;

Фиг.10. Структура образца из холодного катода сплава АМГ6 после ИПД;Figure 10. The structure of the sample from the cold cathode of the AMG6 alloy after SPD;

Фиг.11. Структура образца холодного катода из сплава АМГ6 после ИПД и отжига при 750С;11. Structure of a sample of a cold cathode from AMG6 alloy after SPD and annealing at 75 0 С;

Фиг.12. Структура образца из сплава АМГ6 после ИПД и отжига при 150°С;Fig. 12. The structure of the sample from the alloy AMG6 after SPD and annealing at 150 ° C;

Фиг.13. Структура образца холодного катода из сплава АМГ6 после ИПД и отжига при 250°С;Fig.13. Structure of a sample of a cold cathode from AMG6 alloy after SPD and annealing at 250 ° С;

Фиг.14. Структура образца холодного катода из сплава АМГ6 после ИПД и отжига при 300°С;Fig.14. Structure of a sample of a cold cathode from AMG6 alloy after SPD and annealing at 300 ° С;

Фиг.15. Зависимость микротвердости образца холодного катода от размера зерен.Fig.15. The microhardness of a cold cathode sample as a function of grain size.

Примеры конкретного выполнения:Examples of specific performance:

Для изготовления холодного катода в соответствии с существенными признаками полезной модели могут использоваться также как, например, в [1] алюминий, бериллий, железо, никель, вольфрам, тантал, молибден, титан, ниобий, цирконий и другие металлы или сплавы на их основе, то есть традиционно используемые для изготовления холодного катода.For the manufacture of a cold cathode in accordance with the essential features of a utility model, aluminum, beryllium, iron, nickel, tungsten, tantalum, molybdenum, titanium, niobium, zirconium and other metals or alloys based on them can also be used, for example [1] that is, traditionally used for the manufacture of a cold cathode.

Для иллюстрации промышленной применимости полезной модели в качестве материала холодного катода выбраны технически чистый никель (Ni 99,98%), технически чистый вольфрам (99,99%) и промышленные сплавы алюминия - АМГ6, и циркония - Э125. Приведенный пример не исчерпывает возможностей использования всех других металлов и сплавов, из которых может быть изготовлен холодный катод.To illustrate the industrial applicability of the utility model, technically pure nickel (Ni 99.98%), technically pure tungsten (99.99%) and industrial aluminum alloys - AMG6, and zirconium - E125 were chosen as the cold cathode material. The given example does not exhaust the possibilities of using all other metals and alloys from which a cold cathode can be made.

Во всех случаях заготовку катода деформировали методом ИПД - кручение под квазигидростатическим давлением на установке типа наковальни Бриджмена (Фиг.1). На фиг.1 поз.1 обозначена заготовка катода, поз.2 - бойки наковальни.In all cases, the cathode blank was deformed by the SPD method - torsion under quasi-hydrostatic pressure at a Bridgman type anvil type installation (Figure 1). In figure 1, position 1 indicates the cathode blank, position 2 - anvil strikers.

Приведенный пример также не исчерпывает использования других методов ИПД при изготовлении холодного катода, в том числе, в случае их разработки после создания настоящего полезной модели.The given example also does not exhaust the use of other IPD methods in the manufacture of a cold cathode, including, in the case of their development after the creation of a real utility model.

Для осуществления ИПД вырезали диск диаметром 10 мм и толщиной 0,2 мм из промышленного горячепрессованного прутка из сплава АМГ6, а также слитков из никеля и вольфрама, и сплава Э 125.For IPD, a disk with a diameter of 10 mm and a thickness of 0.2 mm was cut from an industrial hot-pressed bar from an alloy AMG6, as well as ingots from nickel and tungsten, and alloy E 125.

Заготовки помещали между двумя бойками и сжимали под давлением Р ~7 ГПа при комнатной температуре.Billets were placed between two strikers and squeezed under pressure P ~ 7 GPa at room temperature.

Структуру с элементами в виде, преимущественно, фрагментов в заготовках катода из сплавов Э 125 и АМГ6, а также в виде фрагментов и зерен в заготовках катода из вольфрама и никеля получили посредством интенсивной пластической деформации. Деформацию всех заготовок осуществляли до достижения истинной логарифмической степени е ~ 7. A structure with elements in the form of mainly fragments in the cathode blanks of alloys E 125 and AMG6, as well as in the form of fragments and grains in the cathode blanks of tungsten and nickel was obtained through intense plastic deformation. The deformation of all the blanks was carried out until the true logarithmic degree e ~ 7 was achieved.

Степень деформации определяли по формуле: The degree of deformation was determined by the formula:

e=ln(φr/l),e = ln (φr / l ),

где θ - угол вращения в радианах, r и l - радиус и толщина заготовки соответственно [10].where θ is the rotation angle in radians, r and l are the radius and thickness of the workpiece, respectively [10].

С помощью электронного просвечивающего микроскопа JEM-2000EX определили степень фрагментации заготовок и размеры элементов структуры.Using a JEM-2000EX transmission electron microscope, the degree of fragmentation of the workpieces and the sizes of structural elements were determined.

Средний размер фрагментов и зерен в заготовках катода из никеля и вольфрама составил 100 нм. При этом степень фрагментации заготовки из никеля была большей, чем заготовки из вольфрама.The average size of the fragments and grains in the cathode blanks of nickel and tungsten was 100 nm. At the same time, the degree of fragmentation of the nickel preform was greater than that of the tungsten preform.

Средний размер фрагментов в заготовках катода из сплава АМГ6 составил 100 нм.The average size of the fragments in the blanks of the cathode of the alloy AMG6 was 100 nm.

Средний размер зерен и фрагментов в заготовке катода из сплава Э125 составил 90 нм.The average grain and fragment size in the cathode blank of alloy E125 was 90 nm.

В последних двух заготовках степень фрагментации была значительной. In the last two blanks, the degree of fragmentation was significant.

После деформации заготовки катода подвергали низко температурному отжигу. Отжиг осуществляли при следующих температурах:After deformation, the cathode blanks were subjected to low temperature annealing. Annealing was carried out at the following temperatures:

- для заготовки из сплава АМГ6 - 150°С;- for workpieces from AMG6 alloy - 150 ° C;

- для заготовки из сплава Э125 - 300°С;- for a workpiece from alloy E125 - 300 ° C;

- для заготовки из никеля - 250°С;- for nickel billets - 250 ° C;

- для заготовки из вольфрама - 500°С.- for billets made of tungsten - 500 ° C.

Время отжига составило ~ 1 час. Время отжига может быть большим или меньшим указанного в зависимости соответственно от меньшей или большей температуры отжига.Annealing time was ~ 1 hour. The annealing time may be longer or shorter than indicated depending on, respectively, a lower or higher annealing temperature.

После отжига во всех образцах катода была получена, преимущественно, зеренная структура. After annealing in all cathode samples, a predominantly grain structure was obtained.

Также с помощью электронного просвечивающего микроскопа JEM-2000EX определили размер зерен в образцах катода и их примерное количество.Also, using the JEM-2000EX transmission electron microscope, the grain size in the cathode samples and their approximate number were determined.

Соответственно средний размер зерен и их примерное количество составилиAccordingly, the average grain size and their approximate amount were

- в образце катода из сплава АМГ6 - 130 нм, 60%;- in the sample cathode from alloy AMG6 - 130 nm, 60%;

- в образце катода из сплава Э125 - 110 нм, 70%;- in a sample of a cathode from alloy E125 - 110 nm, 70%;

- в образце катода из никеля - 120 нм, 80 %;- in the sample cathode made of Nickel - 120 nm, 80%;

- в образце катода из вольфрама - 120 нм, 100%- in a tungsten cathode sample - 120 nm, 100%

Для предотвращения окислительных процессов отжиг проводили в электрической печи в вакууме. To prevent oxidative processes, annealing was carried out in an electric furnace in vacuum.

После деформации и отжига все четыре образца катода подвергли дополнительной деформации для получения слегка выпукло-вогнутой формы. При этом заготовки деформировали при комнатной температуре.After deformation and annealing, all four cathode samples were subjected to additional deformation to obtain a slightly convex-concave shape. In this case, the workpieces were deformed at room temperature.

Готовые образцы холодного катода имели форму диска диаметром 10 мм и толщиной ~ 0,1 мм.The prepared samples of the cold cathode had a disk shape with a diameter of 10 mm and a thickness of ~ 0.1 mm.

Вид готового экспериментального образца холодного катода представлен на фиг. 2. Такой катод может быть использован как составная часть ионного источника.The finished experimental cold cathode sample is shown in FIG. 2. Such a cathode can be used as part of an ion source.

Далее проводили измерение работы выхода электрона.Next, we measured the electron work function.

Работу выхода измеряли методом контактной разности потенциалов [12]. По смещению кривых задержки друг относительно друга непосредственно определяли относительное изменение работы выхода Δφ, для образцов катода, имеющих структуру после ИПД и низкотемпературного отжига и для образцов, имеющих структуру после только ИПД. Для достоверности результатов перед измерением работы выхода проводили очистку поверхности всех образцов непосредственно в измерительной установке, не допуская контакта образца с воздухом, с помощью ионного травления в атмосфере инертных газов. The work function was measured by the contact potential difference method [12]. The shift of the delay curves relative to each other directly determined the relative change in the work function Δφ for cathode samples having a structure after SPD and low-temperature annealing and for samples having a structure after only SPD. For the reliability of the results, before measuring the work function, we cleaned the surface of all samples directly in the measuring setup, avoiding contact of the sample with air, using ion etching in an inert gas atmosphere.

Погрешность измерений составила ~ 2%.The measurement error was ~ 2%.

Для наглядности результаты свели в таблицу:For clarity, the results are summarized in a table:

No. Материал образцаSample material Δφ=φ12 , эВΔφ = φ 12 , eV 1one Сплав АМГ6Alloy AMG6 0,30.3 22 НикельNickel 0,40.4 33 Сплав Э125Alloy E125 0,30.3 4four ВольфрамTungsten 0,20.2

φ1 и φ2 - работа выхода электрона предлагаемого холодного катода и прототипа соответственно..φ 1 and φ 2 are the electron work function of the proposed cold cathode and prototype, respectively ..

Измерения показали, что образцы катодов после ИПД и низкотемпературного отжига имеют более низкое значение работы выхода по сравнению с образцами катода после ИПД.Measurements showed that cathode samples after SPD and low-temperature annealing have a lower work function compared to cathode samples after SPD.

Снижение работы выхода приводит к повышению эффективности Decreased work function leads to increased efficiency

холодного катода, например, при его работе в составе ионного источника.cold cathode, for example, during its operation as part of an ion source.

Ионный источник - это электровакуумное устройство для получения направленного потока ионов, действие которого основано на использовании различных видов электрических разрядов в газе (инертных газах, водороде) или парах металла. Простейший ионный источник представляет собой диодную ячейку, фиг. 3, 4, баллон которой наполнен инертным газом, и свойства определяются взаимодействием электронного потока с газовой средой и электрическим полем между электродами (анодом и катодом).An ion source is an electrovacuum device for producing a directed ion flow, the action of which is based on the use of various types of electric discharges in a gas (inert gases, hydrogen) or metal vapors. The simplest ion source is a diode cell, FIG. 3, 4, the cylinder of which is filled with an inert gas, and the properties are determined by the interaction of the electron flow with the gas medium and the electric field between the electrodes (anode and cathode).

Эффективность работы ионного источника с холодным катодом характеризуется способностью давать более высокий рабочий ток пучка ионов при меньшем рабочем напряжении, а также однородный по составу пучок ионов и постоянную плотность ионного тока. При одинаковых условиях эффективность работы катода зависит от свойств материала катода, в частности, от работы выхода электрона. Чем ниже работа выхода электрона, тем больше коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии и, как следствие, интенсивность пучка ионов. The efficiency of an ion source with a cold cathode is characterized by the ability to produce a higher working current of the ion beam at a lower working voltage, as well as a uniform ion beam composition and a constant ion current density. Under the same conditions, the efficiency of the cathode depends on the properties of the cathode material, in particular, on the electron work function. The lower the electron work function, the greater the coefficient of secondary ion-electron emission and, as a consequence, the ion beam intensity.

Исследования вольтамперных характеристик самостоятельного разряда в диодной ячейке с предлагаемыми холодными катодами, показали повышение эффективности катодов:Studies of the current-voltage characteristics of an independent discharge in a diode cell with the proposed cold cathodes have shown an increase in the efficiency of the cathodes:

- из никеля выше на 55%, см. фиг.5;- of nickel higher by 55%, see figure 5;

- из сплава Э125 выше на 35%, см. фиг.6.;- of alloy E125 higher by 35%, see Fig.6 .;

- из сплава АМГ6 выше на 40%, см. фиг.7;- from the alloy AMG6 higher by 40%, see Fig.7;

- из вольфрама выше на 25%, см. фиг.8.- of tungsten higher by 25%, see Fig. 8.

Вольтамперные характеристики предлагаемых холодных катодов, приведены на фиг. 5, 6, 7, 8. The current-voltage characteristics of the proposed cold cathodes are shown in FIG. 5, 6, 7, 8.

На фиг. 5, 6, 7, 8 кривая 1 - вольтамперная характеристика диодной ячейки с предлагаемым холодным катодом, изготовленным соответственно из никеля, сплавов Э125 и АМГ6 и вольфрама и имеющим структуру после ИПД и низкотемпературного отжига; кривая 2 - вольтамперная характеристика диодной ячейки с холодным катодом, изготовленным из тех же материалов со структурой, полученной после ИПД без использования низкотемпературного отжига.In FIG. 5, 6, 7, 8 curve 1 - current-voltage characteristic of a diode cell with the proposed cold cathode made of nickel, alloys E125 and AMG6 and tungsten, respectively, and having a structure after SPD and low temperature annealing; curve 2 - current-voltage characteristic of a diode cell with a cold cathode made of the same materials with a structure obtained after SPD without using low-temperature annealing.

Как уже было отмечено, исследования микроструктуры образцов проводили на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2000EX. Исследованию подвергались образцы из всех четырех материалов: никеля, вольфрама, сплава АМГ6 и сплава Э125. Во всех случаях получили достоверные результаты, касающиеся эволюции структуры в образцах, подтверждающие возможность решения поставленной задачи полезной модели. Для краткости далее приводятся данные (графические материалы) только по сплаву АМГ6.As already noted, studies of the microstructure of the samples were carried out using a JEM-2000EX transmission electron microscope. The samples of all four materials were examined: nickel, tungsten, AMG6 alloy, and E125 alloy. In all cases, reliable results were obtained regarding the evolution of the structure in the samples, confirming the possibility of solving the problem of the utility model. For brevity, the following are data (graphic materials) on the AMG6 alloy only.

На фиг. 9, 10, 11, 12, 13, 14 приведены структура катода из исследуемого сплава АМГ6 соответственно до деформации, после деформации, после деформации и отжигов при температурах Т = 75, 150, 250 и 3000 С.In FIG. Figures 9, 10, 11, 12, 13, 14 show the cathode structure of the studied alloy AMG6, respectively, before deformation, after deformation, after deformation, and annealing at temperatures T = 75, 150, 250, and 300 0 С.

Перед ИПД сплав АМГ6 имел типичную частично рекристаллизованную структуру горячепрессованного полуфабриката. В матрице присутствовали грубые включения первичных фаз. Химический анализ показал, что состав светлых частиц соответствует фазе Al10Mg2Mn, а темных частиц - Mg2Si. Before SPD, the AMG6 alloy had a typical partially recrystallized structure of a hot-pressed semi-finished product. Coarse inclusions of primary phases were present in the matrix. Chemical analysis showed that the composition of light particles corresponds to the Al 10 Mg 2 Mn phase, and that of dark particles corresponds to Mg 2 Si.

После ИПД структура матрицы приобрела фрагментированное строение и состояла из элементов-фрагментов со средним размером ~100 нм. Неоднородный контраст в теле фрагментов свидетельствовал о наличии сильных искажений кристаллической решетки и высоких внутренних напряжениях, и о дислокационной природе границ и их несформировавшемся состоянии.After SPD, the matrix structure acquired a fragmented structure and consisted of fragment elements with an average size of ~ 100 nm. The inhomogeneous contrast in the body of the fragments testified to the presence of strong distortions of the crystal lattice and high internal stresses, and to the dislocation nature of the boundaries and their unformed state.

Отжиг при температуре 75°C не приводил к заметным изменениям фрагментированной структуры сплава. Annealing at a temperature of 75 ° C did not lead to noticeable changes in the fragmented structure of the alloy.

В процессе отжига при температуре 150°С фрагментированная структура трансформировалась в структуру зеренного типа. Процесс сопровождался незначительным укрупнением зерен (до ~130 нм). С дальнейшим повышением температуры до 250°С активизировался нормальный рост зерен, формировавший равновесную и равноосную структуру, со средним размером зерен ~540 нм. Дальнейшее повышение температуры отжига сопровождалось значительным укрупнением зерен. В результате после отжига при 300°С размер зерен увеличился до 2 мкм.During annealing at a temperature of 150 ° С, the fragmented structure was transformed into a grain-type structure. The process was accompanied by a slight enlargement of grains (up to ~ 130 nm). With a further increase in temperature to 250 ° C, normal grain growth was activated, forming an equilibrium and equiaxial structure, with an average grain size of ~ 540 nm. A further increase in the annealing temperature was accompanied by a significant enlargement of grains. As a result, after annealing at 300 ° С, the grain size increased to 2 μm.

Полученные данные позволили также оценить микротвердость образца в различных структурных состояниях. Микротвердость оценивали согласно ГОСТ 9450-76.The obtained data also made it possible to estimate the microhardness of the sample in various structural states. Microhardness was evaluated according to GOST 9450-76.

На фиг.15 приведена зависимость микротвердости от температуры отжига сплава АМГ6 и соответственно от размера зерен. Согласно полученной зависимости микротвердость образца холодного катода, подвергнутого ИПД и низкотемпературному отжигу, в 2,5 раза выше, чем образца в крупнозернистом состоянии. В результате в 2,5 раза повышается прочность катода, и как уже было отмечено для ряда сплавов, его долговечность. При этом микротвердость образца после ИПД и низкотемпературного отжига незначительно меньше, чем после ИПД из-за частичного снятия деформационного упрочнения (наклепа).On Fig shows the dependence of microhardness on the annealing temperature of the alloy AMG6 and, accordingly, on the grain size. According to the obtained dependence, the microhardness of a cold cathode sample subjected to SPD and low-temperature annealing is 2.5 times higher than that of a sample in a coarse-grained state. As a result, the cathode strength is increased 2.5 times, and, as already noted for a number of alloys, its durability. In this case, the microhardness of the sample after SPD and low-temperature annealing is slightly less than after SPD due to the partial removal of strain hardening (hardening).

Резкое уменьшение микротвердости, наблюдаемое при более высоких температурах, вызвано структурными превращениями, описанными выше, и связано со снятием эффектов деформационного упрочнения.The sharp decrease in microhardness observed at higher temperatures is caused by the structural transformations described above and is associated with the removal of the effects of strain hardening.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. А.С. SU 375709, МПК H01J 9/02, 1/30 1973.1. A.S. SU 375709, IPC H01J 9/02, 1/30 1973.

2. В.С. Фоменко Справочник «Эмиссионные свойства материалов». Киев, Наук. Думка, 1981.-340с.2. V.S. Fomenko Reference "Emission properties of materials." Kiev, Science. Dumka, 1981.-340s.

3. А.С. SU 1023947, МПК Н01J 1/30, 1991.3. A.S. SU 1023947, IPC H01J 1/30, 1991.

4. А.С. SU 1108942 МПК Н01J 1/30, 1991.4. A.S. SU 1108942 IPC H01J 1/30, 1991.

5. А.С. SU 1115619, МПК H01J 1/14, 9/02, 1987.5. A.S. SU 1115619, IPC H01J 1/14, 9/02, 1987.

6. Г.Г. Бондаренко и др. «Создание эффективных холодных катодов из алюминия и бериллия» журнал «Перспективные материалы», № 2, 2007, с. 23-28.6. G.G. Bondarenko et al. “Creation of efficient cold cathodes from aluminum and beryllium”, Prospective Materials magazine, No. 2, 2007, p. 23-28.

7. Патент РФ 2261288, С23С 14/34, С22F 1/00, С22В 5/12, 2005.7. RF patent 2261288, C23C 14/34, C22F 1/00, C22B 5/12, 2005.

8. С.В. Лоскутов «Изменение работы выхода электрона при упруго-пластическом деформировании металлов», ФIП ФИП PSE т.1, № 3-4, vol.1, No. 3-4.8. S.V. Loskutov, “Changing the electron work function during elastic-plastic deformation of metals,” FIP FIP PSE Vol. 1, No. 3-4, vol. 1, No. 3-4.

9. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов и др. «Процессы пластического структурообразования металлов», Минск, «Наука и техника», 1994, 232 с.9. V.M. Segal, V.I. Reznikov, V.I. Kopylov et al. “Processes of plastic structure formation of metals”, Minsk, “Science and Technology”, 1994, 232 pp.

10. Н.А Смирнова, В.И. Левит, В.И. Пилюгин и др. «Эволюция структуры ГЦК кристаллов при больших пластических деформациях», ФММ, 1986, Т. 61, № 6, с. 1171-1176.10. N.A. Smirnova, V.I. Levit, V.I. Pilyugin et al. “Evolution of the structure of fcc crystals with large plastic deformations”, FMM, 1986, T. 61, No. 6, p. 1171-1176.

11. Р.Р. Мулюков, Ю.М. Юмагузин «Работа выхода электронов из нанокристаллического вольфрама», Доклады Академии наук, 2004, том 399, № 6, с.730-732.11. R.R. Mulyukov, Yu.M. Yumaguzin, “The work function of electrons from nanocrystalline tungsten,” Doklady Akademii Nauk, 2004, Volume 399, No. 6, pp. 730-732.

12. Anderson P.A. Phys. Rev. 1952. V.88. P. 655-658.12. Anderson P.A. Phys. Rev. 1952. V. 88. P. 655-658.

Claims (1)

Холодный катод из металла или сплава, имеющий смешанную структуру, содержащую зерна и фрагменты нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации, отличающийся тем, что катод имеет смешанную структуру, содержащую от 50 до 95% зерен нанометрического размера, остальное фрагменты, или зеренную структуру, содержащую зерна нанометрического размера, полученную посредством интенсивной пластической деформации и последующего низкотемпературного отжига при температуре не ниже рабочей температуры катода.
Figure 00000001
A cold metal or alloy cathode having a mixed structure containing grains and fragments of nanometric size, obtained by intensive plastic deformation, characterized in that the cathode has a mixed structure containing 50 to 95% nanometer grains, the rest of the fragments, or grain structure, containing nanometer-sized grains obtained by intensive plastic deformation and subsequent low-temperature annealing at a temperature not lower than the cathode operating temperature.
Figure 00000001
RU2007149108/22U 2007-12-28 2007-12-28 COLD CATHODE RU73875U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149108/22U RU73875U1 (en) 2007-12-28 2007-12-28 COLD CATHODE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149108/22U RU73875U1 (en) 2007-12-28 2007-12-28 COLD CATHODE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU73875U1 true RU73875U1 (en) 2008-06-10

Family

ID=39581646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007149108/22U RU73875U1 (en) 2007-12-28 2007-12-28 COLD CATHODE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU73875U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013012352A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет" (Фгбоу Впо "Угату") Ultrafine-grained aluminium alloys for electrical products and method for producing same (variants)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013012352A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет" (Фгбоу Впо "Угату") Ultrafine-grained aluminium alloys for electrical products and method for producing same (variants)
RU2478136C2 (en) * 2011-07-15 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Ultra fine-grained aluminium alloys for electric hardware and method of their products (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thomson et al. “Fine tuning” at Σ3n boundaries in nickel
US6193821B1 (en) Fine grain tantalum sputtering target and fabrication process
JP2844304B2 (en) Plasma facing material
JP2966842B1 (en) Field emission electron source
CN1432070A (en) Method of forming phsical gas phase deposition target contg. aluminium, sputtering film and component of target
JP2020535318A (en) Molybdenum sintered parts
Late et al. Field emission studies of pulsed laser deposited LaB6 films on W and Re
Late et al. Synthesis and characterization of LaB 6 thin films on tungsten, rhenium, silicon and other substrates and their investigations as field emitters
RU73875U1 (en) COLD CATHODE
US6765342B1 (en) Field emission-type electron source and manufacturing method thereof
EP2575158A1 (en) Particle source and manufacturing method therefor
JPH11329213A (en) Field emission type electron source and its manufacture, and planar light-emitting device, display device and solid vacuum device thereof
CN1873876B (en) Electrode material
JP7108606B2 (en) sputtering target
JP2018519413A (en) Method for producing tantalum sputter target and sputter target produced thereby
WO2009084976A1 (en) Cold cathode and a method for the production thereof
JPH0817373A (en) Thermo-electric field emission electron gun
US11482397B1 (en) High output ion source, ion implanter, and method of operation
CN112030125B (en) Preparation method of ODS metal film material
Liao et al. Experimental investigations into kinetics of recrystallisation of cold rolled nickel
Allen et al. Determination of interfacial tensions for Xe nanoprecipitates in Al at 300 K
Mulyukov et al. Field emission from submicron-grained tungsten
CN109154074B (en) Tantalum sputtering target
DE102009014615A1 (en) Electrode material, electrode and cold cathode fluorescent lamp
JP2010272504A (en) Electron source made of carbonaceous material and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20151229