CN1013533B - 多层压制阴极 - Google Patents

Abstract

一种压制钡镍阴极，采用了多层结构，即由表层、中层和底层构成。表面材料是由镍粉和三元碳酸盐混合组成；中层材料是由镍粉、三元碳酸盐和多种激活剂组成；底层材料由镍粉或镍粉和钼粉组成。这种阴极兼备了氧化物阴极和贮备型阴极的主要优点，具有工作温度低，电子发射大，蒸发小抗中毒能力强，寿命长等优点，而且制备工艺简单，可通过调整配方和工艺来满足不同管型对阴极的要求。

Description

本发明属电子物理与器件，特别是电真空器件。

目前电子器件中使用的阴极主要有以下几种：一种是氧化物阴极，这种阴极工作温度较低（750℃～850℃），有较好的电子发射能力，但因导电导热性能差，在直流运用时不能支取大的电流密度，否则会不稳定和出现打火。一种是钡钨阴极，属金属性阴极，能给出大的电流密度，但工作温度一般在1000℃以上，不适用于要求加热功率低的器件中。还有一种是钡镍阴极，见《电子器件》1966年第五期窦乃华等著文章“压制钡镍阴极”，这种阴极是将镍粉、活性物质和激活剂混合压制而成，为一层结构，而且只添加一种激活剂，这种阴极存在的问题是：如果活性物质放少了，电子发射不足;如果活性物质放多了，电子发射虽然增加，但蒸发也大，不适于实际应用，而且寿命也短，存在着电子发射与蒸发之间难以解决的矛盾。国外同类型的阴极也多采用单一的激活剂，使活性钡的供应不易控制。如要求易于激活或抗中毒能力强，则要求活性钡的供应多，但这样钡有消耗快，使阴极寿命缩短。

针对以上几种阴极存在的问题，本发明的目的就在于提供一种工作温度低，电子发射能力大、蒸发小、抗中毒能力强、寿命长的阴极。

本发明的要点在于改变了现有阴极的单层结构，采用了至少由表层、中层和底层构成的多层结构。在表层和中层均含有活性物质，在中层添加了多种激活剂，整个阴极加压成形。

附图为本发明多层压制阴极的剖面图。

下面结合附图对本发明加以详细论述：

多层压制阴极是由表层〔1〕中层〔2〕和底层〔3〕所组成。表层〔1〕的作用就是在工作状态下将由中层〔2〕产生并扩散出来的超额钡均匀地分布、吸附在其表面上，大大地减少了蒸发，同时既承担着发射电子的任务，又起着保护中层〔2〕内活性物质免受气体毒害和离子轰击的作用。从而解决了钡镍阴极长期以来发射与蒸发之间的矛盾。表层〔1〕所用材料为镍粉和三元碳酸盐混合粉末，其配方重量比为（%）：

镍粉    90～10

三元碳酸盐    10～90

中层〔2〕的作用是贮备活性物质，并源源不断地向表面补充超额钡。中层〔2〕所用材料是镍粉和三元碳酸盐，然后加入占镍粉加三元碳酸盐总重量20～50（百分比）的激活剂。激活剂可采用Al、T_i、ZrH₂、R_e、B、C、W等。中层〔2〕所用材料的配方重量比为（%）：

镍粉    90～10

三元碳酸盐    10～90

外加占以上二种材料总重量20～50（百分比）的激活剂。各 种激活剂在配方中占镍粉加三元碳酸盐总重量的比例为（%）：

A_l2～4 Ti 2～10

ZrH₂4～10 Re 10～46

B    10～30    C    10～20

W    10～46

在实施中可根据不同管型、性能要求，选择三种（包括三种）以上激活剂，但应满足激活剂与镍粉加三元碳酸盐的比例为1∶5～1∶2之间。

底层〔3〕的作用是防止钡向下扩散蒸发，造成热子短路。底层〔3〕所用材料为镍粉和钼粉，镍粉在底层〔3〕的上部，钼粉在底层〔3〕下部。如采用镍阴极筒，可不用钼粉。本发明所述各种材料的纯度均为90%以上（或90～99.9%）。

本发明所述阴极的制备方法比较简单，系用常规的机械混合方法将各层材料分别混合，然后将混合后各层材料混合物依次均匀倒入置于阴极压模中的阴极筒内，将压杆***阴极筒内，加压成型，成型后的阴极不需任何处理即可装管使用。

本发明所述的阴极兼备了氧化物阴极和贮备式阴极的主要优点，填补了热阴极工作温度的中间空档（750℃-950℃）。并且可以通过调整阴极的配方和工艺来满足不同管型对阴极的要求。改变了电真空事业上制管工艺必须迁就阴极要求的传统。经测试性能指标如下：

1.直流发射：（拐点电流）

750℃ 2A/cm²

800℃ 4.4A/cm²

850℃ 7A/cm²

900℃ ＞10A/cm²

2.脉冲拐点电流（τ＝20μs，f＝50Hz）

750℃ 4.2A/cm²

800℃ 8.5A/cm²

850℃ 17A/cm²

900℃ ＞25A/cm²

3.长脉冲：τ＝500μs    f＝2Hz

850℃ 20A/cm²发射电流不衰减

4.蒸发：

825℃ 1.84×10^-10g/cm²/s

850℃ 3.34×10^-10g/cm²/s

900℃ 1.54×10^-9g/cm²/s

5.逸出功：

923K    φeff    1.66eV

6.抗中毒性能：

温度    氧中毒临界压强    饱和电流

800℃ 6×10^-6乇 7.3A/cm²

850℃ 1×10^-5乇 14A/cm²

900℃ 5×10^-5乇 15.7A/cm²

激活好的阴极可暴露大气100次以上仍可重新激活。

7.次级电子发射

σ_m＝5.5 E_pm＝1200ev

8.电子初速分布：

918K    △v＝0.45ev

9.阴极寿命：（实验二极管）

750℃ 0.6A/cm²33000小时

800℃ 1.2A/cm²20000小时

850℃ 2A/cm²20000小时

现结合附图介绍本发明用于高分辨率显示管或摄象管中的阴极实施例：

阴极筒〔4〕采用镍筒，外径1.5mm，内径1.35mm，长3～5mm。表层〔1〕材料采用镍粉50%和三元碳酸盐50%，研磨混合均匀;中层〔2〕材料采用镍粉50%和三元碳酸盐50%，外加占以上两种材料总重量的C4%、Ti2%、Z_rH₂4%和W30%。将上述材料研磨混合均匀;底层〔3〕所用材料为镍粉;将阴极筒〔4〕清净处理后放在阴极压模中，分别取表层粉料1.6mg;中层粉料3mg;底层镍粉3mg，依次将料倒入阴极筒〔4〕中，再将压杆***阴极筒〔4〕内，在液压机上加压成型。而后拔出压杆，再用一退杆将阴极从压模中推出即可装管使用。所施加压力一般为3～15吨。

所采用的各种成份的颗粒度分别为：镍粉5～25μm，三元碳酸盐＜5μm，激活剂＜5μm。所施加压力为7吨。

Claims (3)

1、一种压制钡镍阴极，是由镍粉、三元碳酸盐和激活剂按一定比例配成的混合物经压制制成，其特征在于：

由表层、中层和底层构成；

表层材料镍粉和三元碳酸盐混合重量比(%)为：

90～10镍粉，10～90三元碳酸盐；

中层材料镍粉、三元碳酸盐和多种激活剂的混合重量比(%)为：90～10镍粉，10～90三元碳酸盐，占以上二种材料总重量20～50的多种激活剂；

激活剂为A_I、T_i、Z_r、H₂、R_e、B、C、W等材料粉末中任意三种以上材料：

底层材料为镍粉。

2、一种压制钡镍阴极，是由镍粉、三元碳酸盐和激活剂按一定比例配成的混合物经压制制成，其特征在于：

由表层、中层和底层构成;

表层材料镍粉和三元碳酸盐混合重量比（%）为：

90～10镍粉，10～90三元碳酸盐;

中层材料镍粉、三元碳酸盐和多种激活剂的混合重量比（%）为90～10镍粉，10～90三元碳酸盐，占以上二种材料总重量20～50的多种激活剂;

激活剂为A_l、T_i、Z_rH₂、R_e、B、C、W等材料粉末中任意三种以上材料;

底层材料的上层为镍粉，下层为钼粉。

3、按权利要求1或权利要求2所述的阴极，其特征在于各种激活剂占镍粉加三元碳酸盐总和的重量比（%）为：

2-4A_l2-10T_i4-10Z_rH₂

10-30B  10-20C  10-46W

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