UA64830C2 - Material for cathodes of electron discharge devices - Google Patents

Material for cathodes of electron discharge devices Download PDF

Info

Publication number
UA64830C2
UA64830C2 UA2001075138A UA200175138A UA64830C2 UA 64830 C2 UA64830 C2 UA 64830C2 UA 2001075138 A UA2001075138 A UA 2001075138A UA 200175138 A UA200175138 A UA 200175138A UA 64830 C2 UA64830 C2 UA 64830C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
cathode
emission
alloy
tungsten
iridium
Prior art date
Application number
UA2001075138A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Микола Федорович Осауленко
Николай Федорович Осауленко
Владіслав Володимирович Шутовський
Владислав Владимирович Шутовский
Original Assignee
Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Нікос-Еко"
Общество С Ограниченной Ответственностью "Никос-Эко"
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 Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Нікос-Еко", Общество С Ограниченной Ответственностью "Никос-Эко" filed Critical Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Нікос-Еко"
Priority to UA2001075138A priority Critical patent/UA64830C2/en
Publication of UA64830C2 publication Critical patent/UA64830C2/en

Links

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

The present invention relates to material for cathodes of various electron discharge devices, such as electron-beam tubes, luminescence lamps, and other devices. The proposed material is based on alloy of iridium with rare-earth metal of the cerium subgroup, tungsten or rhenium, and hafnium. The content of the alloy components, in percent by weight, is the following: Rare-earth metal of the cerium subgroup 0.5 ... 9 % Tungsten or rhenium 0.5 ... 15 % Hafnium 0.5 ... 10 % Iridium The rest The said alloy as powder material is added to the suspension of mix of alkaline-earth metals such as barium, calcium, and strontium. The proposed material allows operation temperature of a cathode to be decreased while retaining high emission efficiency and long service life of the cathode.

Description

Цей винахід відноситься до електронної техніки, а більш точно, до катодних матеріалів, що використовуються як джерела емісії електронів в різних електровакуумних приладах, зокрема, електронопроменевих трубках, люмінесцентних лампах тощо.This invention relates to electronic technology, and more precisely, to cathode materials used as sources of electron emission in various electrovacuum devices, in particular, electron beam tubes, fluorescent lamps, etc.

Широко відомий оксидний катодний матеріал (С.И.Евстигнеев, А.А. Ткаченко. Катодьі и подогреватели злектровакуумньїх приборов, «Вьсшая школа», -М., 1970 г. -0.30-61). Він представляє собою суміш окисів луговоземельних металів (ЛЗМ) - барію, стронцію, кальцію. Окиси цих металів одержують після термовакуумної обробки суміші карбонатів ЛЗ3М, нанесеної в вигляді суспензії на підігрівач катода (або катодний керн) електровакуумного приладу. Емісійних властивостей оксидні катоди набувають при термообробці і зберігають у подальшому за рахунок поступового відновлювання окисів до металів (Ва, 5г, Са), які, дифундуючи до поверхні катодів, знижують роботу виходу електронів. Недоліком оксидних катодів є їх мала довговічність при значних величинах густини струму емісії (тобто, при підвищених температурах) через швидке випаровування луговоземельних металів, руйнування оксидного покриття та виникнення так званого запірного шару в об'ємі катода.Widely known oxide cathode material (S.I. Evstigneev, A.A. Tkachenko. Cathodes and heaters of electrovacuum devices, "Vsshaya Shkola", Moscow, 1970 -0.30-61). It is a mixture of oxides of alkaline earth metals (ALM) - barium, strontium, calcium. The oxides of these metals are obtained after thermovacuum treatment of a mixture of LZ3M carbonates applied in the form of a suspension to the cathode heater (or cathode core) of an electrovacuum device. The emission properties of oxide cathodes are acquired during heat treatment and are preserved in the future due to the gradual reduction of oxides to metals (Ba, 5g, Ca), which, diffusing to the surface of the cathodes, reduce the output of electrons. The disadvantage of oxide cathodes is their short durability at significant values of the emission current density (that is, at elevated temperatures) due to the rapid evaporation of alkaline earth metals, the destruction of the oxide coating and the formation of a so-called barrier layer in the cathode volume.

Для збільшення довговічності оксидних катодів до їх складу додають різні метали, як правило, з малим коефіцієнтом випаровуваності. Так, відомий катодний матеріал для електродів люмінесцентних ламп (заявка 4415748 ФРГ, МКПб НОЇ У 61/067 - аналог), в якому у вищезгадану оксидну масу додають (3 мабс.9б) металічний тантал в вигляді порошку. Тантал знижує швидкість випаровування ЛЗМ, відповідальних за емісію, завдяки покращення їх адгезії до вольфрамової спіралі електродів люмінесцентних ламп. Тантал зменшує також негативний вплив на емісію запірного шару. Але доданої кількості танталу недостатньо, щоб суттєво збільшити густину емісії при підвищених робочих температурах (бо сам тантал не є емісійно активною речовиною). Збільшення ж вмісту танталу в оксидному катодному матеріалі може тільки привести до погіршення його емісійних властивостей за рахунок заміщення емісійно активних компонент цим нейтральним в емісійному відношенні металом.To increase the durability of oxide cathodes, various metals are added to their composition, as a rule, with a low evaporation coefficient. Thus, there is a known cathode material for the electrodes of fluorescent lamps (application 4415748 FRG, MKPb NOI U 61/067 - analog), in which (3 mab.9b) metallic tantalum in the form of powder is added to the above-mentioned oxide mass. Tantalum reduces the rate of evaporation of hazardous substances responsible for the emission, due to the improvement of their adhesion to the tungsten spiral of the electrodes of fluorescent lamps. Tantalum also reduces the negative impact on the emission of the barrier layer. But the added amount of tantalum is not enough to significantly increase the emission density at elevated operating temperatures (because tantalum itself is not an emission-active substance). An increase in the content of tantalum in the oxide cathode material can only lead to a deterioration of its emission properties due to the replacement of emission-active components with this emission-neutral metal.

Найбільш близьким до того, що заявляється, є матеріал для катода електронних приладів (патент УкраїниThe closest thing to what is claimed is the material for the cathode of electronic devices (patent of Ukraine

Мо 28129, Бюл. Мо 5, 2000р. - прототип) на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом (РЗМ) церієвої групи, вольфрамом і / або ренієм та гафнієм при наступному співвідношенні вхідних компонентів (мас.9о):Mo 28129, Bul. May 5, 2000 - prototype) based on an alloy of iridium with a rare earth metal (RZM) of the cerium group, tungsten and / or rhenium and hafnium with the following ratio of input components (wt.9o):

Рідкісноземельний метал церієвої групи 0,5 - 9Rare earth metal of cerium group 0.5 - 9

Вольфрам і/або реній 0,5-15Tungsten and/or rhenium 0.5-15

Гафній 0,5 -10Hafnium 0.5 -10

Іридій решта.Iridium is the rest.

В цьому катодному матеріалі вищий в порівнянні з аналогом рівень емісії досягається за рахунок подальшого покращення адгезійних властивостей емісійної компоненти, якою є РЗМ церієвої групи, в об'ємі катода. Навіть при більш високих робочих температурах, притаманних цьому катодному матеріалу, емісійна компонента випаровується з об'єму катода значно повільніше ніж в аналогах. Це забезпечує більшу довговічність роботи катода, а також більш високий рівень емісії. Але такий катод потребує високих робочих температур (а це зв'язане зі значним витрачанням потужності на розжарювання), щоб забезпечити достатньо високу швидкість вивільнення (дисоціації) РЗМ зі сплаву і дифузії його на поверхню катода. При зниженні ж температури до рівня робочих температур матеріалів - аналогів густина емісії даного матеріалу навіть нижча, ніж в аналогах. Таким чином, кожен з розглянутих катодних матеріалів має свої недоліки і не може, цілком природно, бути пропонований для універсального використання в різних типах електровакуумних приладах, що відрізняються по рівню катодної емісії і терміну експлуатації.In this cathode material, a higher level of emission compared to its counterpart is achieved due to the further improvement of the adhesive properties of the emission component, which is the cerium group RZM, in the volume of the cathode. Even at higher operating temperatures inherent in this cathode material, the emissive component evaporates from the cathode volume much more slowly than in analogs. This ensures a longer life of the cathode, as well as a higher level of emission. But such a cathode requires high operating temperatures (and this is associated with a significant consumption of power for the glow) in order to ensure a sufficiently high rate of release (dissociation) of RZM from the alloy and its diffusion on the surface of the cathode. When the temperature is lowered to the level of working temperatures of analogue materials, the emission density of this material is even lower than that of analogues. Thus, each of the considered cathode materials has its own shortcomings and cannot, quite naturally, be offered for universal use in various types of electrovacuum devices that differ in the level of cathode emission and service life.

В основу винаходу, що заявляється, покладена задача створення такого композиційного катодного матеріалу, який дозволяв би забезпечити достатньо великий термін експлуатації широкої гами електровакуумних приладів при високих рівнях електронної емісії, тобто, створити універсальний катодний матеріал, властивостями якого можна було б ціленаправлено і оптимально керувати в залежності від призначення і конкретних технічних вимог до джерела електронної емісії того чи іншого електровакуумного приладу.The basis of the claimed invention is the task of creating such a composite cathode material that would allow for a sufficiently long service life of a wide range of electrovacuum devices at high levels of electron emission, that is, to create a universal cathode material whose properties could be purposefully and optimally controlled in depending on the purpose and specific technical requirements for the source of electronic emission of this or that electrovacuum device.

Поставлена задача досягається тим, що катодний матеріал на основі сплаву іридію з РЗМ церієвої групи, вольфрамом і/або ренієм та гафнієм, взятих у співвідношенні (мас.Оо):The task is achieved by the fact that the cathode material is based on an alloy of iridium with RZM of the cerium group, tungsten and/or rhenium and hafnium, taken in the ratio (wt.Oo):

РЗМ церієвої групи 0,5-9RZM of the cerium group is 0.5-9

Вольфрам і/або реній 0,5 - 15Tungsten and/or rhenium 0.5 - 15

Гафній 0,5-10Hafnium 0.5-10

Іридій решта, згідно винаходу, у вигляді порошку введений в суспензію суміші карбонатів луговоземельних металів - барію, кальцію, стронцію.The remaining iridium, according to the invention, in the form of a powder is introduced into a suspension of a mixture of carbonates of alkaline earth metals - barium, calcium, strontium.

Як тільки в оксидній масі з'являються добавки в вигляді порошку відомого чотирьохкомпонентного сплаву, зразу ж знижується швидкість випаровування луговоземельних металів за рахунок їх кращої внутрішньої адгезії в об'ємі катода. Це приводить до збільшення терміну експлуатації приладу, в якому використовується пропонуємий катодний матеріал. Одночасно підвищення адгезивних властивостей ЛЗ3М дозволяє підвищити температуру експлуатації такого композиційного катодного матеріалу. Це в свою чергу дозволяє поступово підключитись до емісії присутньому в чотирьохкомпонентному сплаві рідкісноземельному металу церієвої групи. Чим більше вміст вищезгаданого порошку в оксидній масі, тим інтенсивніше підключається РЗМ до загальної емісії, і тим при більш високих температурах можна експлуатувати катод, тобто, тим більший рівень емісії буде забезпечено. При переважному вмісту порошку чотирьохксомпонентного сплаву в пропонуємому катодному матеріалі (в випадку високих вимог до рівня емісії катода) спочатку інтенсивно іде емісія (і, природно, випаровування) луговоземельної компоненти, яка при випаровуванні робить матеріал більш пористим, що полегшує вихід більш зв'язаної рідкісноземельної компоненти, підтримуючи таким чином, достатній термін експлуатації катода при високих рівнях струму емісії.As soon as additives in the form of a powder of a known four-component alloy appear in the oxide mass, the rate of evaporation of alkaline earth metals immediately decreases due to their better internal adhesion in the volume of the cathode. This leads to an increase in the service life of the device in which the proposed cathode material is used. At the same time, increasing the adhesive properties of LZ3M allows to increase the operating temperature of such a composite cathode material. This, in turn, allows the rare earth metal of the cerium group present in the four-component alloy to gradually connect to the emission. The higher the content of the above-mentioned powder in the oxide mass, the more intensively the RZM is connected to the general emission, and the higher temperatures the cathode can be operated, i.e., the higher the level of emission will be ensured. With a predominant content of four-component alloy powder in the proposed cathode material (in the case of high requirements for the emission level of the cathode), initially the emission (and, naturally, evaporation) of the alkaline earth component is intensive, which, when evaporated, makes the material more porous, which facilitates the release of more bound rare earth components, thereby maintaining sufficient cathode life at high emission current levels.

Фізична суть роботи пропонуємого катодного матеріалу полягає в тому, що при низьких робочих температурах емітують, в основному, луговоземельні метали, бо вони мають меншу енергію дисоціації (з молекули оксида) ніж РЗМ. Але, будучи вивільненими в металічному стані, вони все таки менше випаровуються з поверхні катода завдяки присутності більш адгезивної основи, якою є суміш карбонатів з чотирьохсомпонентним сплавом. При більш високих температурах починають інтенсивніше дисоціювати (з інтерметаліду Іг - РЗМ) рідкісноземельні метали, швидкість випаровування яких з поверхні катода ще менша ніж ЛЗ3М завдяки високому електронному спорідненню з іридієм.The physical essence of the work of the proposed cathode material is that, at low operating temperatures, mainly alkaline earth metals emit, because they have a lower dissociation energy (from the oxide molecule) than RZM. But, being released in the metallic state, they still evaporate less from the surface of the cathode due to the presence of a more adhesive base, which is a mixture of carbonates with a four-component alloy. At higher temperatures, rare earth metals begin to dissociate more intensively (from the intermetallic Ig - RZM), the rate of evaporation of which from the cathode surface is even lower than that of LZ3M due to the high electron affinity with iridium.

Таким чином, керуючи вмістом порошку чотирьохкомпонентного сплаву І-РЗМ-М/(Не)-НІ в оксидній масі катодного матеріалу, можна підібрати такий склад емісійно активної речовини, який забезпечував би необхідний рівень емісії при мінімально можливій робочій температурі розжарення катода.Thus, by controlling the content of the powder of the four-component alloy I-RZM-M/(He)-NI in the oxide mass of the cathode material, it is possible to select such a composition of the emissively active substance that would provide the required level of emission at the minimum possible working temperature of the cathode annealing.

Були експериментальним шляхом зняті значення робочих температур при різних процентних вмістах порошку чотирьохсомпонентного сплаву в загальній масі пропонує мого катодного матеріалу. Паралельно були знайдені значення параметрів швидкості випаровування емісійних компонент. За значення робочої температури тої чи іншої композиції пропонуємого матеріалу приймалась температура катода, при якій досягалась густина струму емісії, рівною 5А/см? . Це значення густини емісійного струму приблизно на порядок перевищує величину цього параметру для широко відомого оксидного катода, працюючого у властивому для нього низькотемпературному режимі.The values of operating temperatures at different percentages of four-component alloy powder in the total mass of the proposed cathode material were experimentally determined. In parallel, the values of the parameters of the rate of evaporation of emission components were found. For the value of the working temperature of this or that composition of the proposed material, the temperature of the cathode was taken, at which the emission current density equal to 5A/cm was reached? . This value of the emission current density is about an order of magnitude higher than the value of this parameter for the widely known oxide cathode operating in its characteristic low-temperature regime.

Параметр швидкості випаровування 7 визначався виходячи з часу роботи катода до половинного спаду струму емісії, виходячи з формули: ую,The evaporation rate parameter 7 was determined on the basis of the time of cathode operation until the half-decline of the emission current, based on the formula: uyu,

ІЗ де /"К - маса катода,IZ where /"K is the mass of the cathode,

Ї - час роботи катода (до повного випарування активних компонент), 5. площа робочої поверхні катода.Х - time of cathode operation (until complete evaporation of active components), 5. area of the working surface of the cathode.

Було підготовлено 8 різних композицій пропонуємого катодного матеріалу, в яких змінним параметром був процентний вміст порошку чотирьохкомпонентного сплава. В якості відомих катодних матеріалів (першого і десятого зразка) були взяті відповідно чиста оксидна суміш та чистий без будь-яких домішок чотирьохкомпонентний сплав у слідуючій найбільш оптимальній (див. патент України Мо 28129 С2) пропорції вхідних елементів (595 Се 590 ММ ї- 5905 НІ ж- 8595 Ії).8 different compositions of the proposed cathode material were prepared, in which the variable parameter was the percentage content of the four-component alloy powder. As known cathode materials (the first and tenth samples), a pure oxide mixture and a pure four-component alloy without any impurities were taken, respectively, in the following most optimal (see patent of Ukraine Mo 28129 C2) proportion of input elements (595 Ce 590 MM и- 5905 NO, 8595 Iii).

Щоб максимально скоротити термін випробувань розмір і товщина катодів, виготовлених з вказаних композицій, були вибрані якогомога меншими, а саме, катод наносився на плоский вольфрамовий підігрівач у вигляді круглої таблетки діаметром 1мм і товщиною 0,1мм. Всі зразки катодів були запаяні в індивідуальні вакуумні скляні балони, споряджені анодом для відбору емісійного струму. Робоча температура катода визначалася оптичним пірометром ОППИР-17 через прозору оболонку балона.In order to shorten the test period as much as possible, the size and thickness of the cathodes made of the specified compositions were chosen as small as possible, namely, the cathode was applied to a flat tungsten heater in the form of a round tablet with a diameter of 1 mm and a thickness of 0.1 mm. All samples of cathodes were sealed in individual vacuum glass cylinders equipped with an anode for sampling the emission current. The working temperature of the cathode was determined by an OPPIR-17 optical pyrometer through the transparent shell of the cylinder.

Склад зразків катодних матеріалів і результати їх випробувань наведені в таблиці 1.The composition of samples of cathode materials and the results of their tests are shown in Table 1.

Таблиця 1Table 1

Склад зразків і результати їх випробуваньThe composition of the samples and the results of their tests

І ШвидкістьAnd Speed

Вміст порошку Робоча А | Час роботи катода ї, випаровуванняThe content of the powder of Workocha A | Time of operation of the cathode, evaporation

Мо зразка металічного сплаву | температура Т, "С 2 (мас.9о)в матеріалі ярк. год йо-68-- с.сМмMo sample of metal alloy | temperature T, "C 2 (wt. 9o) in the material bright. hour yo-68-- s.sMm

Вдомийї ЇЇ 77777077 777171111650 | 77771720 1711111 17о1 оЗаявлений?7 | -:(Г 90 | юр 1380 | 600 | Болі) оЗаявленийв. | -:/("НКИ 99 2 24-(«/| | 1390, | 77779500 | 5610")Home HER 77777077 777171111650 | 77771720 1711111 17о1 oDeclared?7 | -:(G 90 | jur 1380 | 600 | Pain) oDeclared. | -:/("NKY 99 2 24-(«/| | 1390, | 77779500 | 5610")

Claims (1)

Матеріал для катода електровакуумних приладів на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом церієвої підгрупи, вольфрамом і/або ренієм та гафнієм, взятими у співвідношенні (мас. 90):Material for the cathode of electrovacuum devices based on an alloy of iridium with a rare earth metal of the cerium subgroup, tungsten and/or rhenium and hafnium, taken in the ratio (mass 90): рідкісноземельний метал церієвої підгрупи 0,5-9 вольфрам і/або реній 0,5 - 15 гафній 0,5-10 іридій решта, який відрізняється тим, що вказаний сплав у вигляді порошку введений в суспензію суміші карбонатів лужноземельних металів - барію, кальцію, стронцію.a rare earth metal of the cerium subgroup 0.5-9 tungsten and/or rhenium 0.5-15 hafnium 0.5-10 iridium the rest, which is distinguished by the fact that the specified alloy in the form of a powder is introduced into a suspension of a mixture of carbonates of alkaline earth metals - barium, calcium, strontium
UA2001075138A 2001-07-19 2001-07-19 Material for cathodes of electron discharge devices UA64830C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001075138A UA64830C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Material for cathodes of electron discharge devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001075138A UA64830C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Material for cathodes of electron discharge devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA64830C2 true UA64830C2 (en) 2004-03-15

Family

ID=74213532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2001075138A UA64830C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Material for cathodes of electron discharge devices

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA64830C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465680C2 (en) * 2006-12-18 2012-10-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. High-pressure gas-discharge lamp with ceramic gas-discharge envelope

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465680C2 (en) * 2006-12-18 2012-10-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. High-pressure gas-discharge lamp with ceramic gas-discharge envelope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8304974B2 (en) Fluorescent lamp
CN1069440C (en) High-pressure metal halide discharge lamp
DE102009044514A1 (en) High intensity discharge lamp for use in e.g. road lighting, has tungsten electrodes extending into discharge vessel, and ionizable fill sealed within interior chamber, where source of oxygen comprises lanthanide oxide in discharge vessel
US6680574B1 (en) Gas discharge lamp comprising an oxide emitter electrode
JPH0146989B2 (en)
CN103703162A (en) Target for barium - scandate dispenser cathode
JP2012178329A (en) Negative electrode for discharge lamp
JP2001513255A (en) High pressure metal halide discharge lamp
UA64830C2 (en) Material for cathodes of electron discharge devices
JP2005008674A (en) Phosphor and vacuum fluorescent display
JP2922485B2 (en) Low pressure discharge lamp
JP3113186B2 (en) Electrode and method of manufacturing the same
KR20020053857A (en) Cathode ray tube comprising a cathode of a composite material
JP3610853B2 (en) Low pressure discharge lamp
TW586134B (en) Electron emissive coating for a thermionic cathode, and arc discharge lamp
JP2001303042A (en) Fluorescent substance for rapid starting type fluorescent lamp and rapid starting type fluorescent lamp using the same
JP2001155679A (en) Gas discharge lamp
JP2001167687A (en) Electron-emitting material, electrode and discharge lamp
JP2000090876A (en) Low pressure discharge lamp
JP2000067810A (en) Discharge lamp electrode and discharge lamp
KR100629187B1 (en) Cathode-ray tube cathode and alloy therefor
GB2084395A (en) Electron emission composition and process of producing it
KR20000058147A (en) Fluorescent lamp compact self ballasted fluorescent lamp
JP3671976B2 (en) Low pressure discharge lamp
JPS63135481A (en) Phosphor excited with electron beam