UA64830C2 - Матеріал для катода електровакуумних приладів - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до електронної техніки, а саме до катодних матеріалів, які використовуються як джерела електронів в різних електровакуумних приладах, зокрема в електронно-променевих трубках, люмінесцентних лампах тощо. Згідно з винаходом, пропонується матеріал для катода на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом церієвої підгрупи, вольфрамом і/або ренієм та гафнієм, взятими у співвідношенні (мас. %): Рідкісноземельний метал церієвої підгрупи 0,5 - 9 Вольфрам і/або реній 0,5 - 15 Гафній 0,5 - 10 Іридій решта який у вигляді порошку введений в суспензію суміші карбонатів лужноземельних металів - барію, кальцію, стронцію. Винахід забезпечує зниження робочих температур катода при високих рівнях електронної емісії та достатньо великому терміні експлуатації.

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.

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.

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.

Найбільш близьким до того, що заявляється, є матеріал для катода електронних приладів (патент України

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):

Рідкісноземельний метал церієвої групи 0,5 - 9

Вольфрам і/або реній 0,5-15

Гафній 0,5 -10

Іридій решта.

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.

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.

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):

РЗМ церієвої групи 0,5-9

Вольфрам і/або реній 0,5 - 15

Гафній 0,5-10

Іридій решта, згідно винаходу, у вигляді порошку введений в суспензію суміші карбонатів луговоземельних металів - барію, кальцію, стронцію.

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.

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.

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.

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.

Параметр швидкості випаровування 7 визначався виходячи з часу роботи катода до половинного спаду струму емісії, виходячи з формули: ую,

ІЗ де /"К - маса катода,

Ї - час роботи катода (до повного випарування активних компонент), 5. площа робочої поверхні катода.

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).

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.

Склад зразків катодних матеріалів і результати їх випробувань наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Склад зразків і результати їх випробувань

І Швидкість

Вміст порошку Робоча А | Час роботи катода ї, випаровування

Мо зразка металічного сплаву | температура Т, "С 2 (мас.9о)в матеріалі ярк. год йо-68-- с.сМм

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

Claims (1)

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):

   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.