EP1189253B1 - Kathodenstrahlröhre mit dotierter Oxidkathode - Google Patents

Kathodenstrahlröhre mit dotierter Oxidkathode Download PDF

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EP1189253B1
EP1189253B1 EP01000459A EP01000459A EP1189253B1 EP 1189253 B1 EP1189253 B1 EP 1189253B1 EP 01000459 A EP01000459 A EP 01000459A EP 01000459 A EP01000459 A EP 01000459A EP 1189253 B1 EP1189253 B1 EP 1189253B1
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EP
European Patent Office
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cathode
oxide
ray tube
electron
oxides
Prior art date
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EP01000459A
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EP1189253A1 (de
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Georg c/o Philips Corp.Int.Prop. GmbH Gärtner
Detlef c/o Philips Corp.Int.Prop. GmbH Raasch
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/04—Cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/14—Solid thermionic cathodes characterised by the material
    • H01J1/142—Solid thermionic cathodes characterised by the material with alkaline-earth metal oxides, or such oxides used in conjunction with reducing agents, as an emissive material

Definitions

  • the invention relates to a cathode ray tube equipped with at least one oxide cathode comprising a cathode support with a cathode base of a cathode metal and a cathode coating of an electron-emitting material containing an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, strontium and barium and rare earth metal ,
  • the function group of the electron beam generation includes an electron-emitting cathode, which generates the electron current in the cathode ray tube and by a control grid, for.
  • An electron-emitting cathode for a cathode ray tube is usually a point-type heatable oxide cathode with an electron-emitting, oxide-containing cathode coating.
  • oxide cathode When the oxide cathode is heated, electrons from the emitting coating are evaporated into the surrounding vacuum. If the Wehnelt cylinder is clamped in relation to the cathode, then the quantity of the escaping electrons and thus the beam current of the cathode ray tube can be controlled.
  • the amount of electrons that can be emitted from the cathode coating depends on the work function of the electron-emitting material.
  • Nickel which is usually used as a cathode base, has a relatively high even Work function. Therefore, the metal of the cathode base is usually coated with a material whose main purpose is to improve the electron-emitting properties of the cathode base.
  • Characteristic of the electron-emitting coating materials of oxide cathodes in cathode ray tubes is that they contain an alkaline earth metal in the form of the alkaline earth metal oxide.
  • a correspondingly shaped sheet of nickel alloy is coated, for example, with the carbonates of the alkaline earth metals in a binder formulation.
  • the carbonates are converted to the oxides at temperatures of about 1000 ° C.
  • This burning of the cathode it already provides a significant emission current, which is not yet stable.
  • This activation process turns the originally non-conducting ion lattice of the alkaline earth oxides into an electronic semiconductor by incorporating donor-type impurities into the crystal lattice of the oxides.
  • the impurities consist essentially of elemental alkaline earth metal, for example calcium, strontium or barium.
  • the electron emission of the oxide cathodes is based on the impurity mechanism.
  • the purpose of the activation process is to provide a sufficient amount of excess elemental alkaline earth metal that allows the oxides in the electron-emitting coating to deliver the maximum emission current at a prescribed heat output.
  • An essential contribution to the activation process is the reduction of barium oxide to elemental barium by alloy components ("activators") of the nickel from the cathode base.
  • the cathode coating constantly loses alkaline earth metal during the life of the cathode.
  • the cathode material evaporates slowly because of the high temperature at the cathode, partly it is sputtered off by the ion current in the cathode ray tube.
  • the elemental alkaline earth metal is repeatedly supplied by reduction of the alkaline earth metal oxide on the cathode metal or activator metal.
  • the subsequent delivery comes to a standstill if a thin but high-resistance interface of alkaline earth silicate or alkaline earth aluminate forms over time between the cathode base and the emitting oxide. Life is also affected by the fact that the supply of activator metal in the nickel alloy of the cathode base is depleted over time.
  • an oxide cathode whose cathode base consists essentially of nickel doped with activators such as silicon, magnesium, aluminum and tungsten coated with an electron-emitting material (cathode coating) of alkaline earth oxides, for example a mixture of barium oxide and strontium oxide.
  • the electron-emitting material contains small amounts of rare earth oxides, wherein the number of rare earth metal atoms in the electron-emitting material is 10 to 500 ppm based on the number of alkaline earth metal atoms and the rare earth metal atoms are distributed substantially uniformly over the upper part of the electron-emitting material layer.
  • the rare-earth doping attempts to reduce the work function of the electron-emitting material and to achieve uniform distribution of the low work function regions.
  • oxide cathodes are out EP-A2-0 210 805 .
  • a description of oxide cathodes is also available in Meltzer and Widell, "Electron-Emission Coating for the Oxide Cathode," pp. 37-63, (1962 ) to find.
  • a cathode ray tube equipped with at least one oxide cathode comprising a cathode support with a cathode base of a cathode metal and a cathode coating of an electron-emitting material with oxide particles, wherein the oxide particles
  • An alkaline earth oxide selected from the group consisting of oxides of calcium, strontium and barium doped with oxide of an oxide selected from the oxides of scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium , Erbium, thulium, ytterbium and lutetium, and the electron-emitting material has an electrical conductivity of 3 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 to 12.5 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 .
  • the invention is based on the idea that in a cathode ray tube with an oxide cathode, the life of the oxide cathode is extended when the electrical conductivity of the cathode coating is adapted to the operating point of the average DC electrical load of the cathode.
  • a cathode ray tube with such an oxide cathode has a uniform beam current over a long period of time because the controlled conductivity of the cathode coating avoids both overheating and excessive cooling of the oxide cathode during operation of the cathode ray tube.
  • the working temperature in the oxide cathode is optimal. As a result, the reaction rate for the formation of elemental barium is optimal.
  • Continuous barium tracking avoids electron emission depletion, as known from conventional oxide cathodes. It can be realized without jeopardizing the cathode life much higher beam current density. This can also be exploited to pull the necessary electron beam currents from smaller cathode areas.
  • the spot size of the cathode spot is critical to the quality of beam focusing on the screen. The image sharpness over the entire screen is increased. In addition, as the cathodes age more slowly, image brightness and image sharpness can be kept stable at a high level throughout the life of the tube. Resolution and brightness of the CRT are improved or the operating temperature of the cathode can be kept lower with the same brightness and resolution.
  • the amount of the oxide doping is 240 ppm.
  • the oxide doping consists of Y 2 O 3 .
  • the barium emission becomes more uniform locally and temporally.
  • oxide cathodes with higher direct current capacity and lifetime.
  • the oxide doping comprises a sesquioxide selected from the sequioids of lanthanum, neodymium, samarium, cerium, praseodymium, gadolinium, terbium, dysprosium and holmium.
  • the oxide doping contains a sesquioxide selected from the sesquioxides of lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium.
  • a sesquioxide selected from the sesquioxides of lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium.
  • the invention also relates to an oxide cathode comprising a cathode support with a cathode base of a cathode metal and a cathode coating of an electron-emitting material with oxide particles, wherein the oxide particles an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, strontium and barium, with an oxide doping of an oxide selected from the oxides of scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium, and the electron-emitting material have electrical conductivity from 3 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 to 12.5 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 .
  • a cathode ray tube is equipped with an electron gun, usually including an array of one or more oxide cathodes.
  • An oxide cathode according to the invention comprises a cathode support with a cathode base and a cathode coating.
  • the cathode support contains the heater and the base for the cathode body.
  • the cathode support the structures and materials known from the prior art can be used.
  • the oxide cathode consists of a cathode support, ie a cylindrical tube 3, into which the heating wire 4 is inserted, with a cap 2, which forms the cathode base, and a cathode coating 1, which represents the actual cathode body.
  • the material of the cathode base is usually a nickel alloy.
  • the nickel alloy may consist, for example, of nickel with an alloying component of a reducing activator element selected from the group consisting of silicon, magnesium, aluminum, tungsten, molybdenum, manganese and carbon.
  • the cathode coating contains doped oxide particles.
  • the main constituent of the electron-emitting material is an alkaline earth oxide, preferably barium oxide, together with calcium oxide and / or strontium oxide. They are applied as a physical mixture of alkaline earth oxides or as binary or ternary mixed crystals of the alkaline earth metal oxides. Preferred is a ternary alkaline earth mixed crystal oxide of barium oxide, strontium oxide and calcium oxide or a binary mixture of barium oxide and calcium oxide.
  • the alkaline earth oxide contains a doping of an oxide selected from the oxides of scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium in an amount of 120 up to 500 ppm.
  • the ions of mentioned rare earth metals occupy lattice sites or interstitials in the crystal lattice of alkaline earth metal oxides.
  • the doping of barium oxide with trivalent ions is preferably selected from the group of the lanthanum (III), neodymium (III) and samarium (III) ions, because their ionic radii of> 93 ⁇ m are comparable to those of the divalent barium of 135 ⁇ m are. These trivalent ions can occupy the lattice sites of the barium and the doping of the barium oxide lattice occurs without major lattice deformations.
  • Characteristic of the electron-coating of the inventive oxide cathode is its electrical conductivity in the temperature range corresponding to the usual conditions in a cathode ray tube, between 3 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 to 12.5 * 10 -3 ⁇ -1 cm - 1 lies. Due to the controlled conductivity of the cathode a life-time reducing overheating or underheating is avoided.
  • the carbonates of the alkaline earth metals calcium, strontium and barium are milled and with each other and with a starting compound for the oxide of the rare earth metals scandium yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium , Holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium mixed in the desired weight ratio.
  • Preferred starting compounds for the oxides of the rare earth metals are the rare earth metal nitrates or rare earth metal hydroxides.
  • the weight ratio of calcium carbonate: strontium carbonate: barium carbonate is 1: 1.25: 6 or 1:12:22 or 1: 1.5: 2.5 or 1: 4: 6
  • the raw material can still be mixed with a binder preparation.
  • the binder preparation may contain as solvent water, ethanol, ethyl nitrate, ethyl acetate or diethyl acetate.
  • the raw material for the cathode coating is then applied by brushing, dipping, cataphoretic Deposition or spraying applied to the carrier.
  • the coated cathode is installed in the cathode ray tube. During the evacuation of the cathode ray tube, the cathode is formed.
  • the alkaline earth carbonates are converted to the alkaline earth oxides to release CO and CO 2 and then form a porous sintered body.
  • Essential in this transformation process is the crystallographic change by mixed crystal formation, which is a prerequisite for a good oxide cathode.
  • the activation takes place, which has the purpose to provide excess embedded in the oxides, elemental alkaline earth metal.
  • the excess alkaline earth metal is formed by reduction of alkaline earth metal oxide.
  • the alkaline earth oxide is reduced by the liberated CO or activator metal from the cathode base.
  • there is a current activation which generates the required free alkaline earth metal by electrolytic processes at high temperatures.
  • a cathode cathode cathode cathode according to a first embodiment of the invention has a cap-shaped cathode base made of an alloy of nickel with 0.03 wt% Mg 0.02 wt% A1 and 1.0 wt% W.
  • the cathode base is located at the top of a cylindrical cathode support (sleeve) in which the heater is mounted.
  • the cathode has a cathode coating on top of the cathode base.
  • the cathode base is first cleaned. Then powders of starting compounds for the oxides are suspended in a solution of ethanol, butyl acetate and nitrocellulose.
  • the powder with the starting compounds for the oxides consists, for example, of barium strontium carbonate in the weight ratio 1: 1.25: 6 with 240 ppm of yttrium oxide.
  • This suspension is sprayed onto the cathode base.
  • the layer is at a Temperature of 1000 ° C is formed to effect the alloying and diffusion between the metal base of the metal base and the metal particles.
  • the oxide cathode thus formed has a conductivity of 6 * 10 -3 ⁇ -1 cm -1 , a direct current carrying capacity of 3.5 A / cm 2 with a lifetime of 20 000 h and a tube internal pressure of about 2 * 10 -4 Pa ( ⁇ 2 * 10 -9 bar).

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  • Solid Thermionic Cathode (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit mindestens einer Oxidkathode, die einen Kathodenträger mit einer Kathodenbasis aus einem Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemittierenden Material, das ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums und Seltenerdmetall enthält, umfasst.
  • Eine Kathodenstrahlröhre besteht aus 4 Funktionsgruppen:
    • Elektronenstrahlerzeugung in der Elektronenkanone,
    • Strahlfokussierung durch elektrische oder magnetische Linsen
    • Strahlablenkung zur Rastererzeugung und
    • Leuchtschirm oder Bildschirm.
  • Zu der Funktionsgruppe der Elektronenstrahlerzeugung gehört eine elektronenemittierenden Kathode, die den Elektronenstrom in der Kathodenstrahlröhre erzeugt und die von einem Steuergitter, z. B. einem Wehnelt-Zylinder mit einer Lochblende auf der Stirnseite, umgeben ist.
  • Eine elektronenemittierende Kathode für eine Kathodenstrahlröhre ist üblicherweise eine punktförmige heizbare Oxidkathode mit einer elektronenemittierenden, oxidhaltigen Kathodenbeschichtung. Wird die Oxidkathode aufgeheizt, werden Elektronen aus der emittierenden Beschichtung in das umgebende Vakuum ausgedampft. Spannt man den Wehnelt-Zylinder gegenüber der Kathode vor, so lässt sich die Menge der austretenden Elektronen und damit der Strahlstrom der Kathodenstrahlröhre steuern.
  • Die Menge der Elektronen, die von der Kathodenbeschichtung emittiert werden können, hängt von der Austrittsarbeit (work function) des elektronenemittierenden Materials ab. Nickel, das in der Regel als Kathodenbasis verwendet wird, hat selbst eine relativ hohe Austrittsarbeit. Deshalb wird das Metall der Kathodenbasis üblicherweise noch mit einem Material beschichtet, dessen Hauptaufgabe es ist, die elektronenemittierenden Eigenschaften der Kathodenbasis zu verbessern. Charakteristisch für die elektronenemittierenden Beschichtungsmaterialien von Oxidkathoden in Kathodenstrahlröhren ist es, dass sie ein Erdalkalimetall in der Form des Erdalkalimetalloxids enthalten.
  • Um eine Oxidkathode herzustellen, wird ein entsprechend geformtes Blech aus einer Nickellegierung beispielsweise mit den Carbonaten der Erdalkalimetalle in einer Bindemittelzubereitung beschichtet. Während des Auspumpens und Ausheizens der Kathodenstrahlröhre werden die Carbonate bei Temperaturen von etwa 1000°C in die Oxide umgewandelt. Nach diesem Abbrennen der Kathode liefert sie bereits einen merklichen Emissionsstrom, der allerdings noch nicht stabil ist. Es folgt noch ein Aktivierungsprozess. Durch diesen Aktivierungsprozess wird das ursprünglich nichtleitende Ionengitter der Erdalkalioxide in einen elektronischen Halbleiter verwandelt, indem Störstellen vom Donator-Typ in das Kristallgitter der Oxide eingebaut werden. Die Störstellen bestehen im wesentlichen aus elementarem Erdalkalimetall, z B. Calcium, Strontium oder Barium. Die Elektronenemission der Oxidkathoden basiert auf dem Störstellenmechanismus. Der Aktivierungsprozess hat den Zweck, eine genügende Menge von überschüssigem, elementarem Erdalkalimetall zu schaffen, durch das die Oxide in der elektronenemittierenden Beschichtung bei einer vorgeschriebenen Heizleistung den maximalen Emissionsstrom liefern können. Einen wesentlichen Beitrag zu dem Aktivierungsprozess leistet die Reduktion des Bariumoxids zu elementarem Barium durch Legierungsbestandteile ("Aktivatoren") des Nickels aus der Kathodenbasis.
  • Wichtig für die Funktion einer Oxidkathode und deren Lebensdauer ist es, dass immer wieder erneut elementares Erdalkalimetall zur Verfügung steht. Die Kathodenbeschichtung verliert nämlich während der Lebensdauer der Kathode ständig Erdalkalimetall. Teils verdampft langsam das Kathodenmaterial insgesamt wegen der hohen Temperatur an der Kathode, teils wird es durch den Ionenstrom in der Kathodenstrahlröhre abgesputtert.
  • Allerdings wird zunächst das elementare Erdalkalimetall durch Reduktion des Erdalkalioxids am Kathodenmetall bzw. Aktivatormetall immer wieder nachgeliefert. Die Nachlieferung kommt jedoch zum Stillstand, wenn sich zwischen der Kathodenbasis und dem emittierenden Oxid mit der Zeit eine dünne, aber hochohmige Trennschicht (interface) aus Erdalkalisilikat oder Erdalkalialuminat bildet. Die Lebensdauer wird auch dadurch beeinflusst, dass sich der Vorrat an Aktivatormetall in der Nickellegierung der Kathodenbasis mit der Zeit erschöpft.
  • Aus EP 0 482 704 A ist eine Oxidkathode bekannt, deren Kathodenbasis im wesentlichen aus Nickel dotiert mit Aktivatoren wie beispielsweise Silizium, Magnesium, Aluminium und Wolfram besteht, das mit einem elektronenemittierenden Material (Kathodenbeschichtung) aus Erdalkalimetalloxiden, beispielsweise einer Mischung aus Bariumoxid und Strontiumoxid, beschichtet ist. Zusätzlich enthält das elektronenemittierende Material kleine Mengen an Seltenerdoxiden, wobei die Zahl der Seltenerdmetallatome in dem elektronenemittierenden Material bezogen auf die Zahl der Erdalkalimetallatome 10 bis 500 ppm beträgt und die Seltenerdmetallatome im wesentlichen gleichmäßig über den oberen Teil der Schicht aus einem elektronenemittierenden Material verteilt sind. Mit der Seltenerd-Dotierung wird versucht, die Austrittsarbeit des elektronenemittierenden Materials zu verringern und eine gleichmäßige Verteilung der Bereiche niedriger Austrittsarbeit zu erreichen.
  • Weitere Oxidkathoden sind aus EP-A2-0 210 805 , EP-A1-0 764 963 und EP-A2-0 845 797 bekannt. Eine Beschreibung von Oxidkathoden ist auch in Meltzer and Widell, "Electron-Emission Coating for the Oxide Cathode", Seiten 37-63, (1962) zu finden.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Kathodenstrahlröhre mit Oxidkathoden zur Verfügung zu stellen, die hohe Stromdichten gleichmäßig über lange Zeit und reproduzierbar liefert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Kathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit mindestens einer Oxidkathode, die einen Kathodenträger mit einer Kathodebasis aus einem Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemittierenden Material mit Oxidpartikeln umfasst, wobei die Oxidpartikel ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, das mit einer Oxiddotierung aus einem Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums, Lanthans, Cers, Praseodyms, Neodyms, Samariums, Europiums, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums dotiert ist, enthalten und das elektronenemittierende Material eine elektrische Leitfähigkeit von 3 * 10-3Ω-1cm-1 bis 12.5 * 10-3Ω-1cm-1hat.
  • Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass in einer Kathodenstrahlröhre mit einer Oxidkathode die Lebensdauer der Oxidkathode verlängert wird, wenn die elektrische Leitfähigkeit der Kathodenbeschichtung an den Arbeitspunkt der mittleren elektrischen Gleichstrombelastung der Kathode angepasst wird.
    Eine Kathodenstrahlröhre mit einer derartigen Oxidkathode hat über einen langen Zeitraum hin einen gleichmäßigen Strahlstrom, weil durch die kontrollierte Leitfähigkeit der Kathodenbeschichtung sowohl eine Überhitzung als auch eine zu starke Abkühlung der Oxidkathode während des Betriebs der Kathodenstrahlröhre vermieden wird. Die Arbeitstemperatur in der Oxidkathode ist dadurch optimal. Als Ergebnis ist auch die Reaktionsrate für die Bildung von elementarem Barium optimal.
  • Durch die kontinuierliche Barium-Nachführung wird eine Erschöpfung der Elektronenemission, wie man die von herkömmlichen Oxidkathoden kennt, vermieden. Es können ohne Gefährdung der Kathodenlebensdauer wesentlich höhere Strahlstromdichte realisiert werden. Das kann auch ausgenutzt werden, um die notwendigen Elektronenstrahlströme aus kleineren Kathodenbereichen zu ziehen. Die Spotgröße des Kathodenflecks ist entscheidend für die Güte der Strahlfokussierung auf dem Bildschirm. Die Bildschärfe über den gesamten Schirm wird erhöht. Da die Kathoden zudem langsamer altern, können Bildhelligkeit und Bildschärfe auf hohem Niveau über die gesamte Lebensdauer der Röhre stabil gehalten werden. Auflösung und Helligkeit der CRT sind verbessert bzw. die Betriebstemperatur der Kathode kann niedriger gehalten werden bei gleicher Helligkeit und Auflösung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Menge der Oxiddotierung 240 ppm beträgt.
  • Besonders vorteilhafte Wirkungen werden durch die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht, wenn die Oxiddotierung aus Y2O3 besteht. Dadurch wird die Barium-Emission örtlich und zeitlich uniformer. Man erhält Oxidkathoden mit höherer Gleichstrombelastbarkeit und Lebensdauer.
  • Es kann auch bevorzugt sein, dass die Oxiddotierung ein Sesquioxid ausgewählt aus den Sequioxiden des Lanthans, Neodyms, Samarium, Cers, Praseodyms, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums und Holmiums enthält.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass die Oxiddotierung ein Sesquioxid ausgewählt aus den Sesquioxiden des Lanthans, Cers, Praseodyms und Neodyms enthält. Bei diesem Kathodentyp ist die Unempfindlichkeit gegen Vergiftung, insbesondere gegen Vergiftung durch Sauerstoff, hervorzuheben. Sie hat eine gleichmäßige Emission und lässt sich reproduzierbar herstellen.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Oxidkathode, die einen Kathodenträger mit einer Kathodenbasis aus einem Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemittierenden Material mit Oxidpartikeln umfasst, wobei die Oxidpartikel ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, das mit einer Oxiddotierung aus einem Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums, Lanthans, Cers, Praseodyms, Neodyms, Samariums, Europiums, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums dotiert ist, enthalten und das elektronenemittierende Material eine elektrische Leitfähigkeit von 3 * 10-3Ω-1cm-1 bis 12.5 * 10-3Ω-1cm-1 hat.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur und eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Kathode nach der Erfindung.
  • Eine Kathodenstrahlröhre ist mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem ausgestattet, das üblicherweise eine Anordnung aus einer oder mehreren Oxidkathoden enthält.
  • Eine Oxidkathode nach der Erfindung umfasst einen Kathodenträger mit einer Kathodenbasis und eine Kathodenbeschichtung. Der Kathodenträger enthält die Heizung und die Basis für den Kathodenkörper. Als Kathodenträger können die aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen und Materialien verwendet werden.
  • In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung besteht die Oxidkathode aus einem Kathodenträger, d.h. aus einem zylindrischen Röhrchen 3, in das der Heizdraht 4 eingesetzt ist, mit einer Kappe 2, die die Kathodenbasis bildet und aus einer Kathodenbeschichtung 1, die den eigentlichen Kathodenkörper darstellt.
  • Das Material der Kathodenbasis ist üblicherweise eine Nickellegierung Die Nickellegierung kann beispielsweise aus Nickel mit einem Legierunganteil aus einem reduzierend wirkenden Aktivatorelement, ausgewählt aus der Gruppe Silicium, Magnesium, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Mangan und Kohlenstoff bestehen.
  • Der Kathodenbeschichtung enthält dotierte Oxidpartikel. Der Hauptbestandteil des elektronenemittierenden Materials ist ein Erdalkalioxid, bevorzugt Bariumoxid, zusammen mit Calciumoxid oder/und Strontiumoxid. Sie werden als ein physikalisches Gemenge von Erdalkalioxiden oder als binäre oder ternäre Mischkristalle der Erdalkalimetalloxide augewandt. Bevorzugt ist ein ternäres Erdalkalimischkristalloxid aus Bariumoxid, Strontiumoxid und Calciumoxid oder ein binäres Gemisch aus Bariumoxid und Calciumoxid.
  • Weiterhin enthält das Erdalkalioxid eine Dotierung aus einem Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums, Lanthans, Cers, Praseodyms, Neodyms, Samariums, Europiums, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums in einer Menge von 120 bis maximal 500 ppm. Die Ionen der genannten Seltenerdmetalle besetzen Gitterplatze oder Zwischengitterplätze im Kristallgitter der Erdalkalimetalloxide.
  • Bevorzugt ist die Dotierung von Bariumoxid mit dreiwertigen Ionen ausgewählt aus der Gruppe der Lanthan(III)-, Neodym(III)- und Samarium(III)-Ionen, weil deren Ionen radien von > 93 pm mit denen des zweiwertigen Barium von 135 pm vergleichbar sind. Diese dreiwatigen Ionen können die Gitterplatze des Bariums besetzen und die Dotierung des Bariumoxidgitters erfolgt ohne größere Gitterdeformationen.
  • Charakteristisch für die elektronenemittierende Beschichtung der erfindungsgemaßen Oxidkathode ist ihre elektrische Leitfähigkeit, die in dem Temperaturbereich, der den üblichen Bedingungen in einer Kathodenstrahlröhre entspricht, zwischen 3 * 10-3Ω-1cm-1 bis 12.5 * 10-3Ω-1cm-1liegt. Durch die kontrollierte Leitfähigkeit der Kathode wird eine lebensdauermindemde Überheizung bzw. Unterheizung vermieden.
  • Zur Herstellung der Rohmasse für die Kathodenbeschichtung werden die Carbonate der Erdalkalimetalle Calcium, Strontium und Barium gemahlen und miteinander und mit einer Ausgangsverbindung für das Oxid der Seltenen Erdmetalle Scandium Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium im gewünschten Gewichtsverhältnis gemischt. Bevorzugt werden als Ausgangsverbindungen für die Oxide der Seltenerdmetalle die Seltenerdmetallnitrate oder Seltenerdmetallhydroxide.
  • Typischerweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Calciumcarbonat: Strontiumcarbonat: Bariumcarbonat gleich 1:1.25:6 oder 1:12:22 oder 1:1.5:2.5 oder 1:4:6
  • Die Rohmasse kann noch mit einer Bindemittelzubereitung gemischt werden. Die Bindemittelzubereitung kann als Lösungsmittel Wasser, Ethanol, Ethylnitrat, Ethylacetat oder Diethylacetat enthalten.
  • Die Rohmasse für die Kathodenbeschichtung wird dann durch Pinseln, Tauchen, kataphoretische Abscheidung oder Sprühen auf den Träger aufgebracht. Die beschichtete Kathode wird in die Kathodenstrahlröhre eingebaut. Während des Evakuierens der Kathodenstrahlröhre wird die Kathode formiert. Durch Erhitzen auf etwa 650 bis 1100°C werden die Erdalkalicarbonate zu den Erdalkalioxiden unter Freisetzung von CO und CO2 umgesetzt und bilden dann einen porösen Sinterkörper. Wesentlich bei diesem Umwandlungsprozess ist die kristallographische Veränderung durch Mischkristallbildung, die Voraussetzung für eine gute Oxidkathode ist. Nach diesem "Abbrennen" der Kathode erfolgt die Aktivierung, die den Zweck hat, überschüssige in die Oxide eingelagertes, elementares Erdalkalimetall zu liefern. Das überschüssige Erdalkalimetall entsteht durch Reduktion von Erdalkalimetalloxid. Bei der eigentlichen Reduktionsaktivierung wird das Erdalkalioxid durch das freigesetzte CO oder Aktivatormetall aus der Kathodenbasis reduziert. Hinzu kommt eine Stromaktivierung, die das erforderliche freien Erdalkalimetall durch elektrolytische Vorgänge bei hohen Temperaturen erzeugt.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Kathodenröhre gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine kappenförmige Kathodenbasis, die aus einer Legierung von Nickel mit 0.03 Gew.-% Mg 0.02 Gew.-% A1 und 1.0 Gew.-% W besteht, auf. Die Kathodenbasis befindet sich am oberen Ende eines zylindrischen Kathodenträgers (Muffe), in der die Heizung montiert ist.
  • Die Kathode weist auf der Oberseite der Kathodenbasis eine Kathodenbeschichtung auf. Um die Kathodenbeschichtung zu bilden, wird die Kathodenbasis zunächst gereinigt. Dann werden Pulver von Ausgangsverbindungen für die Oxide in einer Lösung aus Ethanol, Butylacetat und Nitrocellulose suspendiert.
  • Das Pulver mit den Ausgangsverbindungen für die Oxide besteht beispielsweise aus Barium-Strontium-Carbonat im Gewichtsverhältnis 1:1.25: 6 mit 240 ppm Yttriumoxid.
  • Diese Suspension wird auf die Kathodenbasis aufgesprüht. Die Schicht wird bei einer Temperatur von 1000°C formiert, um die Legierung und Diffusion zwischen dem Kathodenmetall der Metallbasis und den Metallpartikeln zu bewirken.
  • Die so gebildete Oxidkathode hat eine Leitfähigkeit von 6 *10-3Ω-1cm-1, eine Gleichstrombelastbarkeit von 3.5 A/cm2 bei einer Lebensdauer von 20 000 h und einem Röhreninnendruck von ca. 2*10-4 Pa (≈ 2*10-9 bar).

Claims (5)

  1. Kathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit mindestens einer Oxidkathode, die einen Kathodenträger (3) mit einer Kathodenbasis (2) aus einem Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung (1) aus einem elektronenemittierenden Material mit Oxidpartikeln umfasst, wobei die Oxidpartikel ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontium und Bariums, enthalten wobei
    die Oxidpartikel mit einer Oxiddotierung, ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums, Lanthans, Cers, Praseodyms, Neodyms, Samariums, Europiums, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums, dotiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronenemittierende Material bei Betriebstemperatur in der Kathodenstrahlröhre eine elektrische Leitfähigkeit von 3*10-3Ω-1cm-1 bis 12,5*10-3Ω-1cm-1 hat.
  2. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oxiddotierung aus Y2O3 besteht.
  3. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oxiddotierung ein Sesquioxid ausgewählt aus den Sesquioxiden des Lanthans, Neodyms, Samarium, Cers, Praseodyms, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums und Holmiums enthält.
  4. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oxiddotierung ein Sesquioxid ausgewählt aus den Sesquioxiden des Lanthans, Cers, Praseodyms und Neodyms enthält.
  5. Oxidkathode, die einen Kathodenträger (3) mit einer Kathodenbasis (2) aus einem Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung (1) aus einem elektronenemittierenden Material mit Oxidpartikeln umfasst, wobei die Oxidpartikel ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, enthalten wobei
    die Oxidpartikel mit einer Oxiddotierung, ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums, Lanthans, Cers, Praseodyms, Neodyms, Samariums, Europiums, Gadoliniums, Terbiums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums, dotiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronenemittierende Material bei Betriebstemperatur der Oxidkathode eine elektrische Leitfähigkeit von 3*10-1Ω-1cm-1 bis 12.5*10-3Ω-1cm-1 hat.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10254697A1 (de) * 2002-11-23 2004-06-03 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Vakuumelektronenröhre mit Oxidkathode
US8311186B2 (en) * 2007-12-14 2012-11-13 Schlumberger Technology Corporation Bi-directional dispenser cathode
US7786661B2 (en) * 2008-06-06 2010-08-31 General Electric Company Emissive electrode materials for electric lamps and methods of making
KR102123028B1 (ko) 2018-12-04 2020-06-26 한남대학교 산학협력단 이오나이저용 금속산화물 텅스텐 필라멘트 및 이의 제조방법
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Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1794298A (en) * 1926-09-21 1931-02-24 Gen Electric Thermionic cathode
CA1270890A (en) * 1985-07-19 1990-06-26 Keiji Watanabe Cathode for electron tube
KR910002969B1 (ko) * 1987-06-12 1991-05-11 미쓰비시전기주식회사 전자관음극(cathode for an electron tube)
JPH01143117A (ja) * 1987-11-27 1989-06-05 Mitsubishi Electric Corp 陰極構体
NL9002291A (nl) * 1990-10-22 1992-05-18 Philips Nv Oxydekathode.
KR950006905A (ko) * 1993-08-28 1995-03-21 대우전자 주식회사 음극선관용 전자총의 산화물음극
JPH09147735A (ja) * 1995-09-21 1997-06-06 Matsushita Electron Corp 陰極線管用エミッタ材料及びその製造方法
KR100366073B1 (ko) * 1995-10-30 2003-03-06 삼성에스디아이 주식회사 전자관용음극
TW375753B (en) * 1995-12-27 1999-12-01 Mitsubishi Electric Corp Electron tube cathode
JPH09320448A (ja) * 1996-05-28 1997-12-12 Hitachi Ltd 電子管用酸化物陰極及びその製造方法
JP2876591B2 (ja) * 1996-11-29 1999-03-31 三菱電機株式会社 電子管用陰極
JP2000357464A (ja) * 1999-06-14 2000-12-26 Hitachi Ltd 陰極線管
US6495949B1 (en) * 1999-11-03 2002-12-17 Orion Electric Co., Ltd. Electron tube cathode

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