SU1027787A1 - Способ изготовлени автокатодов из углеродных волокон - Google Patents

Abstract

1.СПОСОБ ИЗГОТСЖЛЕНИЯ АВТОКАТОДОВ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН, включающий нанесение на волокно оболочки из тугоплавкого металла, закрепление заготовки на вольфрамовой дужке-держателе , последовательное электрохимическое травление оболочки и углеродного волокна путем циклического погружени  в электролит при контроле формы остри  под микроскопом и термиче .скую обработку рабочей поверхности полученного остри , о.т л и чающийс  тем, что, с целью увеличени  аксиальной  ркости автокатс а , вершину ост{Я1  после травлени  дополнительно электрополируют в мениске электролита до шероховатости не более 10% его радиуса -.кривизны . 2. Способ ПОП.1, отлича ющ и и с   тем, что высота непокрытой тугоплавким металлом конусной части углеродного остри  составл ет 40-50 мкм.S

Description

о о

00

| Изобретение относитс  к технологии изготовлени  автокатодов, испол -эуемых в качестве источников электронов в различных электровакуумных приборах. Известен способ изготовлени  авт катодов из углеродных волокон, вклю чающий закрепление на держателе угл родного волокна, свободный конец ко торого заостр ют в коронном разр де Автокатоды, изготовленные таким способом, свободны от загр знений, однако имеют сильно изъ звленную ра бочую поверхность и, следовательно, большое количество эмиссионных цент ров, что в конечном итоге приводит к уменьшению электронной  ркости ка тода и увеличению пространственновременной нестабильности тока. При этом получить полусферическую форму остри  за счет поверхностной миграции атомов при последующем высокоте пературном прогреве невозможно изза , ненадежного термического контакта волокна ,с держателем. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ, включающий нанесение на волокно оболочки из тугоплав кого металла, закрепление заготовки на вольфрамовой дужке-держателе, электрохимическое травление оболочк и углеродного волокна путем цикличе кого погружени  в электролит при контроле формы иолучаедмого остри  под микроскопом и последующую терм ческую обработку егоСзЦ. В процессе травлени , происход щего преимущественно в приповерхностном слое электролита, на загото ке образуетс  перет жка, котора  при достижении диаметра волокна 0,1-0,3 мкм разрываетс , вследствие чего кончик остри  представл  ет собой поверхность с большим количеством микровыступов. Последующи высокотемпературный прогрев до 2500 позвол ет в значительной мере сгладить эти неоднородности, однако изза высокой энергии активации поверх ностной самодиффузии атомов углерода в местах расположени  наиболее крупных мнкровыступов образуютс  выпуклости , соизмеримые с радиусом кривизны самого остри . Это обсто тельство приводит к снижению аксиальной  ркости автокатода, котора  становитс  невоспроизводимой, завис щей от случайного расположени  и размеров микровыступов. Увеличение же температуры прогрева дл  получени  полусферической формы остри  приводит к растворению углеродного волокна в оболочке собразованием карбида вольфрама. Цель изобретени  - увеличение аксиальной  ркости автокатода. Поставленна  цель достигаетс  согласно способу изготовлени  автокатодов из углеродных волокон, включающему нанесение на волокно оболочки из тугоплавкого металла, закрепление заготовки на вольфрамовой дужке-держателе , последовательное электрохимическое травление оболочки и, углеродного волокна путем циклического погружени  в электролит при контроле формы получаемого остри  под микроскопом и термическую обработку рабочей поверхности полученного остри , при котором вершину остри  дополнительно электрополируют в мениске электролита до шероховатости не более 10% его радиуса кривизны. Высота непокрытой тугоплавкий металлом конусной части углеродного остри  составл ет 40-50 мкм. Способ осуществл ют следующим образом . Берут изготовленный ранее автокатод из углеродных волокон диаметром- 8 мкм с оболочкой из вольфрама, полученной путем газофазного осаждени . Закрепленную на дужке-держателе заготовку подвергают электролитической обработке. Сначала в 1-5н. растворе МаОН свободный конец заго-,. товки подвергают .электрохимическому травлению, в результате которого стравлива от металлическую оболочку до по влени  углеродного волокна длиной 80-100 мкм. При этом переменное напр жение 2В подают на никелевый электрод и заготовку. Затем формируют углеродное острие в 5-10н. растворе NaOH при - многократном с периодам 0,5-1 с погружении заготовки в электролит и посто нном напр жении 4В. При этом нижн   часть волокна травитс  более длительное врем , и через 20-30 с углеродное волокно, затачива сь, образует острие . При достижении длины его конусной части 6-9 диаметров волокна этап получени  остри  прекращают. В процессе фор 1ировани  рабочей поверхности автокатода при том же напр жении + 4В ванночку с электролитом устанавливают в такое положение , что конец Углеродного остри , соверша  колебательные движени  с помощью специального механизма, расположен в пределах положительного , мениска электролита. Периодически в крайнем верхнем положении контролируют форму остри  с помощью оптического микроскопа и при -достижении шероховатости /V 10% от радиуса кривизны остри  0,3 мкм процесс полировки прекращают при длине конусной части 40-50 мкм. Как показали измерени  с помощью электронного микроскопа на вершине остри  при такой обработке остаетс  до 10 фибрилл , кажда  из которых имеет диаметр fv 500 А дл  волокон из вискозного волокна и 1000 А дл  полиакрилнитрильного .

После полировки автокатод подвергают термической обработке в вакууме при температуре до 2500 К дл  усовершенствовани  структуры и сглаживани  рабочей поверхности остри  за счет сгилодиффузии.

При длинах конусной части, больших оптимальной (40-50 мкм), увеличиваетс  перепад температуры по длине остри  при отжиге и эффективнрс .ть термического сглаживани  резко падает. Короткие остри  испытывают экранирующее действие оболочки, что приводит к нежелательному увеличению эмиссионного напр жени .

В результате получают углеродный автокатод со скругленно-сглаженной формой вершины остри , степень шероховатости которого определ етс  микрофибрилл рной структурой исходного волокна. Это способствует улучшению равномерности эмиссии вершины остри  и приводит к уменьшению раз-. мера мнимого источника электронов, что в свс о очередь, увеличивает аксиальную  ркость автокатода. Последнее обсто тельство особенно важно при его использовании в высокоразрешающих электронно-зондовых приборах.

Предлагаемый способ изготовлени  автокатодов из углеродных волокон нар ду с высокой воспроизводимостью параметров может примен тьс  дл  восстановлени  автокатодов, вышедших из стро  в результате срыва остри  в процессе, эксплуатации.

С таких автокатодов, изготовленны в виде остри  с радиусом .кривизны 0,2-0,5 мкм снимаемые электронные токи составл ют до 1 мА в вакууме 10 1(Гпа.

Claims (2)

1.СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОКАТОДОВ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН, включающий нанесение на волокно оболочки из тугоплавкого металла, закрепление заготовки на вольфрамовой дужке-держателе, последовательное электрохими ческое травление оболочки и углеродного волокна путем циклического погружения в электролит при контроле формы острия под микроскопом и термическую обработку рабочей поверхности полученного острия, о.т л и чающийся тем, что, с целью увеличения аксиальной яркости автокатода, вершину острия после травления дополнительно электрополируют в мениске электролита до шероховатости не более* 10% его радиуса -кривизны·.

2. Способ поп.1, о тлич ающ и й с я тем, что высота непокрытой тугоплавким металлом конусной части углеродного острия составляет 40т50 мкм. ίο ω

>