SU767857A1 - Эмиссионный материал дл катодов - Google Patents

Description

(54) ЭМИССИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМОКАТОДОВ

1

Изобретение относитс  к электронной технике, а именно к области изготовлени  термокатодов и их применени  в различных приборах.

Среди эффективных термокатодов 5 широкое распространение получили катоды на основе.сплавов бари  с тугоплавкими , главным образом, благородными металлами: Pt -Ва, Pd -Ва, Аи -. -Ва, Rh -Ва { . Так как содержание 10 бари  в таких сплавах невелико, их эмиссионные свойства недостаточно стабильны. Креме того, они обладают малой стойкостью к ионной бомбардировке и легко отравл ютс  химичес- 15 ки активными газами.

Известей эмиссионный материал на основе сплава бари  с алюминием, содержащий 65 вес.% Ва и 35 вес.% Al, в смеси с порошком титана, в количество ве, не превышающем 40% от веса сме си 2, вз тый за прототип. Эмисси  этого материала обеспечиваетс  наличиетл на его поверхности свободного бари , который образуетс  в резуль- 25 тате химического восстановлени  из сплава титаном при нагревании смеси выше 500°С. Однако он имеет р д недостатков , существенно ограничивающих его применение.30

Сплав предложенного в прототипе .состава состоит в основном из нестойкого интерметаллического соединени  BaAlij. с температурой разложени . , которое легко взаимодействует с компонентами воздуха. Поэтому такой материал уже в процессе изготовлени  и хранени  термоэмиттеров может измен ть свои характеристики из-за образовани  продуктов окислени  - таких Как гидроокись, карбонат бари , карбид бари  и др.

Уже во активировки и формовки катода путем его нагрева до 850°С из-за высокой скорости взаимодействи  сплава с титаном практически весь барий восстановитс . Высокое давление пара этого металла при рабочих температурах не позвол ет создать на основе предлойсенного материала катод с длительным сроком службы. Кроме того, конденсаци  бари  внутри прибора мо- . жет искажать его электрические характеристики .

Недостатком этого материала следует считать и то, что дол  эмиттера ( Ва) в нем составл ет лишь около 35%, а 65% веса приходитс  на вещества (А1 и Tt), выполн ющие вспомогательные функции.

Значение эмиссионного тока (0,25 А/см- при 600°С) в прототипе олжно соответствовать работе выхода эмиссионного состава 1,3 эВ - ниже, чем у наиболее эффективного оксидного катода, имеющего работу выхода 1,6 эВ. Работа выхода дл  катода в прототипе не может быть ниже, чем у бари , т.е. 2,2 т 2,3 эВ.

Ток, .наблюдаемый в прототипе, св зан с испарением и ионизацией бари , т.е. имеет не эмиссионный, а разр дный характер. Доказательством э:тог о  вл  ётс   т о, чт о ра зр  д ные токи в прототипе в среде инертных газов составл ют от 2 до 600 мА величины того же пор дка, что и при эмиссии в вакууме. Реальна  величина эмиссионного тока могла быть да же ниже, чем у бари , так как дол  этого металла составл ет лишь около 35 вес.%. эмиссионного состава.

НаКоНец, материал прототипа изза высокой химической активнОСти по отношению к компонентам воздуха нельз  использовать в приборах и устройствах , периодически вскрываемых . на атмосферу.

Цель изобретени  состоит в увеличении срока службы и стойкости к отрайлению химически активными газами В процессе изготовлени , хранени  и эксплуатации эмиссионного состава ДА  тёриокатодов йа основе сплава бари .

поставленна  цель достигаетс  йрйШё нёнием В ка:честве эмиссионного материала алюмобариевых сплавов, содержащих 50-60 Ёес..% бари . ОСНйву таких сплавов составл ет устойчивое интерметаллическое соединение BaAl (56 вес.% Ва). Давление пара бари  над ними в 10 раз меньше (в зависимости от температуры ) , чем над барием. Это пбзЖОйНёт §Ш%Й ёйьно ув ёлнчйт долг ogW4Hoeт ь и Надежность работа катода в сравнении с прототипом. Сплавы на основе указанного интерметаллического соединени  обладают высокой стойкостью к воздейсТ вйю воздуха и пЬзгвму примен ютс  в производстве бариевых газопоглотителей .. Это свойство, как вы снилось , сохран етс  и у термокато ЙШ7 йГг зТбвЛё-ггйШ: н;а -бснбве этих сплавов, как во/врем  изго овЯени , так и при их эксплуатации.,

ВыбоЕ дййпаэЬна; 11 рёЖлагйемьк составов обусловлен следующими соображени ми . Повышение содержани  бари 

свыше 60% нецелесообразно, так как такие сплавы будут содержать BaAlj и BaAl - соединени  менее стойкие, чем BaAl . С другой стороны, увеличение содержани  алюмини  свыше 50% снизит темцературу плавлени  сплава , а следовательно и диапазон рабочих температур эмиссионного состава, Кроме того, по вление свободного алюмини  ограничило бы возможность использовани  активного состава из-за взаимодействи  алюмини  при повышенных температурах с большинством конструкционных материалов.

Работа выхода предложенного материала (2-2,1 эВ) ниже, чем у бари  и характеризует эмиссионные свойства интерметаллического соединени  BaAl . Действительно, эти свойства ухудшаютс  при отклонении от предложенного состава. Увеличение содержани  бари  свыше 60% ухудшает его эмиссионные свойства и снижает устойчивость к отравлению остаточными газами (при давлении 10 мм.рт.ст. алюмобариевый с содержанием ба- . ри  65 вес.% при 850С имел эмиссию ЛИШЬ 5-10 А/сМ) . Увеличение содержани  алюмини  свыше 50% также вызывает резкое снижение эмиссионных свойств и эксплуатационных характеристик.

Сплавы дл  активных составов синтезировали совместным нагревом бари  и алюмини  в инертной среде до температуры с последующим охлаждением до ксжнатной температуры. После охлаждени  сплавы измельчали в порошок с размерами частиц не более 100 мкм.

Предлагаемый материал был испытан в катодах косвенного и пр мого накала . Торцовые катоды косвенного накала изготавливали прессованием алюмобариёвого порошка в. металлическом цилиндре под давлением 20 т/см. Нагрев эййСсионйото сло  осуществл ли с помощью алундированного нагревател  из сплава ВР-20. Эмиттирующа  поверхность составл ла 0,12 см..

Такие катоды испытывали в диодной режиме, при давлении остаточных газов - 110 мм.рт.ст.

Пример. Испытывались торцовые катоды косвенного накала с эмиссионным материалом из алюмобариевых сплавов с содержанием бари  50,55 и 60 вес..%. Зависимость эмиссии от температуры дл  этих катодов /представлена в табл. 1. Давление остаточных газов 5Ю мм.рт.ст. J .,

П р и м е р 2. Определ ли эмиссию катодов с составом 55 вес.%. Ва при увеличении давлени  до 5 .рт,ст. Во вретл  измерений давление воздуха в системе поддерживали посто нным

П р и м е р 3, Пр монакальные катоды были получены катафоретическим осаждением дополнительно измельченного порошка на вольфрамовую проволоку (диаметр 100 мкм) . Такие катоды испытывали в манометрическом преобразователе ПМИ-2 в комплекте с вакууметром ВИТ-1 (ток эмиссии 5 мА) и ВИТ-2 иВИТ-3 (ток эмиссии 0,5 мА). Величины давлений, измеренные преобразовател ми с алюмобариевыми активными составами, сопоставл лись с показани ми контрольного, предварительно откалиброванного преобразовател  ПМИ-2 с вольфрамовым катодом. Разброс данных при измерении в диапазоне 10 - мм.рт.ст. не превышал погрешности измерений использованных вакууметров. Температура катодов, изготовленных из сплавов с содержанием бари  50,55 и 60 вес.% составл ла около 650С и незначительно возрастала при увеличении давлени  до .рт,ст. , что свидетельствует о их высокой химическрй стойкости.

Пpeимsщecтвa предлагаемого материала состо т в том,что материал химически устойчив к воздуху во врем  изготовлени  и хранени  и поэтому может быть рекомендован к применению в периодически вскрываемых на атмосферу приборах, низкие рабочие температуры и стойкость к отравлению активными газами в сочетании с низким

при помощи натекател . Эмисси  като15 дов при различных давл ени х в вакуумной системе показана в табл. 2. Температуру катодов поддерживали посто нной (75(ЯС).

Таблица 2

давлением пара при рабочих температурах пoзвoJJит примен ть данный материал в мансметрических преобразовател х общего и парциального давлени . Понижение рабочей температуры (с 2000. до ) существенно улучшит их характеристики и точность измерени  давлени  за счет уменьшени  откачивающего действи , ослаблени  процессов газовыделени  и крекинга диссоциирующих соединений на поверхности катода.

Материал катода не требует активиррвки , а следовательно, и дополнительных веществ дл  перевода его в активное состо ние. Это позволит упростить технологию изготовлени  эмиттеров на основе этого материала, а также их эксплуатацию.

формула изобретени 

Эмиссионный материал дл  термокатодов на основе сплава бари , о тличающийс  тем, что, с целью увеличени  эмиссии, срока службы и стойкости к отравлению химически активными газами в процессе изготовлени , хранени  и эксплуатации, сплав содержит барий и алюминий при следуквдем соотношении компонентов, вес.%: Барий50-60 Алюмини 40-50 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 246684, кл. Н 01 J 1/14, 1965. 2. Авторское свидетельство СССР 407403, кл. Н 01 J 1/14/ 1969 ( прототип) .

Claims (1)

1. формула изобретения

   Эмиссионный материал для термокатодов на основе сплава бария, о тличающийся тем, что, с целью увеличения эмиссии, срока службы и стойкости к отравлению химически активными газами в процессе изготовления, хранения и эксплуатации, сплав содержит барий и алюминий при следукадем соотношении компонентов, вес.%:

   ? 767'857

   Барий' 50 - 60

   Алюминий 40-50