JPS58192237A - 含浸形陰極 - Google Patents

含浸形陰極

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JPS58192237A
JPS58192237A JP57075233A JP7523382A JPS58192237A JP S58192237 A JPS58192237 A JP S58192237A JP 57075233 A JP57075233 A JP 57075233A JP 7523382 A JP7523382 A JP 7523382A JP S58192237 A JPS58192237 A JP S58192237A
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JP
Japan
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cathode
oxide
electron radiation
impregnated
powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP57075233A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukio Honda
幸雄 本多
Tadanori Taguchi
田口 貞憲
Toshiyuki Aida
会田 敏之
Yoshihiko Yamamoto
山本 恵彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H01J9/042Manufacture, activation of the emissive part
    • H01J9/047Cathodes having impregnated bodies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、含浸形陰極の電子放射効率向上に係り、特に
含浸形陰極の動作温度の低下に好適な陰極構造に関する
含浸形陰極は、タングステン(W)、モリブデン(Mo
)、レニウム(FLe)、イリジウム(■r)ニッケル
(Ni)などの耐熱金属及びこれらの合金からなる多孔
質基体の空孔部にアルカリ土類金禰からなる電子放射物
質を含浸した、一種のバリウム(Ba)単原子層吸着に
よる熱陰極である。
最も一般的には多孔質基体としてW、電子放射物′−と
して13 a O、Ca O+ A l 203からな
るバリウム化合物が用いられる。この含浸形陰極の動作
状態では、8孔質W基体内に含浸さjた電子放射物質が
Wと反応して遊離バリウムを生成し、基体内の空孔部を
通って陰極基体表面、すなわち−子放射面に1辛し、さ
らに表面拡散して電子放射面にバリウムの単原子吸着層
(Ba−0−W)を形成する。その結果、含浸形陰極の
仕事関数は、基体のタングステン(4,5eV)及びバ
リウム(2,3eV)の仕事関数より小さい19〜2.
OeVと低いものとなる。
金属の熱電子放射ゼ流密度Jはリチャードソン・ダッン
ユマンの式 CJ=AT2exp 1−(eφ−(63に2)”J/
kT))・・・・・・・・・(1) (ここでAは熱電子定数、Tは陰極の絶対温度、eは電
子の電荷、φは仕事関数、kはボルツマン定数、Eは電
界強度である)で辱えられる。すなわち、熱電子放射を
光密度Jは、温度が高い程、仕事関数が小さい程向北す
る。
含浸形陰極はバリウムの単原子層吸着による熱陰極であ
り、バリウム化合物からなる電子放射物質への添加剤の
種類や、陰極基体の種類により熱電子放射特性が変わる
。例えば、p、 Zalmによって開発されたオスミウ
ム被覆含浸形陰極(Phi 1ipsTech、 Re
v、 27 69  (] 966))では、多孔質タ
ングステン基体の電子放射面にオスミウムの被覆層を設
けることにより、従来のタンゲステン基体からなる含浸
形陰極に比べて約3倍高い飽和電流密度(〜IOA/c
m2 at1000℃)が得られ、動作温度を約100
°O低下できる。また、l−3aO、Aj□03 から
なる電子放射物質にCaOやSrOを添加して、成子放
射面で)3aとOとCa及びWの複合吸着層を形成する
ことにより前者より約2倍高い飽和′成流密度が得られ
ている。
A、 van Oostromにより報告されたバリウ
ム・スカンデート含浸形陰極(Application
 ofSurf、Sci、2173−186(1979
))は従来のバリウム・アルミネート含浸形陰極の熱電
子放射特性を大幅に改善した。バリウム・スカンデート
含浸形陰極は Ha 3SC40eとBa5C204か
らなる電子放射物質とタングステン粉を焼結して固めた
熱陰極である。バリウム・スカンデート含浸形陰極の熱
′成子放射特性はバリウム・アルミネート含浸形陰極に
比べて3〜4倍高く(〜10A/cm2at 950°
0)、またオスミウム被覆含浸形陰極より優れた熱電子
放射特性を示す。バリウム・スカンデート含浸形陰極の
1子放@面ではカルシウム(Ca)に比べて蒸気圧の低
いスカン     jジウム(Sc)を用いることによ
り、BaとOとSc及びWの吸着状態が形成されバリウ
ムの陰極表面での滞在時間が長<ffす、その結果陰極
の仕事関数が低下し熱電子放射特性が向上する。
一方、バリウム・スカンデート含浸形陰極では(1)バ
リウム・スカンデートは吸湿性が高く、大気中保ばかで
きない。高い吸湿性のために時には、陰極が変形するこ
とがある。(2)ショットキプロットが飽和しにくい等
の欠点がある。すなわち式(1)%式% 出し電圧、V、、、、E/α、α、β:定数、d;陰極
とI/2 陽極間の距離)と表わせ、lnJとV  をトップとし
たショットキプロットは、従来の含浸形陰極では第1図
aに示した様に一定の引出し電圧以上では、熱電子放射
特性ではほぼ飽和し、式filに従’l。一方、バリウ
ム・スカンデート含浸形陰極では第1図すに示すように
引出し′電圧を高くしても熱電子放射特性は飽和せず、
印加電圧と共に増加する。これは第2図に示すように、
電子放射面lにおいてScが表面拡散しにくいために、
電子放射面における陰極基体の空孔部2及びその周囲か
らのみ、いわゆる極部的な電子放射点3の存在に起因す
る。この現象は、バリウム・スカンデート含浸形陰極の
実用化に際して、高電流密度の熱電子放射を得るには高
い引出し電圧を会費とすることを意味する。
本発明の目的は、従来のバリウム・スカンデート含浸形
陰極に代表さ扛る、極部的電子放射によるショットキプ
ロットの不飽和を改善し、陰極表面から均一な電子放射
を達成することを目的とした含浸形陰極を提供すること
にある。
電子放射物質としてBa3Sc、09を用いたバリウム
・スカンデート含浸形陰極は、成子放射面においてタン
グステン基体上にBaとScの複合吸着層を形成して熱
電子放射特性を向上する。しかし、SCはタングステン
基体表面を拡散しにくいため、多孔質タングステン基体
の空孔の周囲でのみHaとScの1合吸着層を形成し、
従って極部的な電子放射を行う。トリウム(Th)、 
イツトリウム(Y)、イッテルビウム(yb )でも類
似した特性を示す。本発明は、陰極茎体表面を拡散しに
くいSc 、 Th 、 Y 、 Yb をあらかじめ
陰極基体、特に電子放射面近傍の陰極基体に分散して混
合することにより、HaとScもしくは上記添加物との
複合吸着層を電子放射面に一様に形成した含浸形陰極を
提供することである。
以下、本発明の含浸形陰極の製造方法及びその動作の説
明をする。
平均粒径5μmのW粉に10重電パーセントの酸化スカ
ンジウム(SCaOa)粉末を混合攪拌する。酸化スカ
ンジウムの添加量は5〜20重量パーセントが適当であ
るが、本実施例では10重量パーセントを選んだ。次に
Wと5020.の混合粉末を100mgづつ秤量する(
この量により最終的な多孔質ペレットのサイズが決まる
)。秤量した混合粉末を直径3.5mmの孔を有するブ
レス治具を用いて2トン/cm  の圧力をかけ円板状
の圧縮成形体を作る。次に上記圧縮成形体を水素ガス中
で700’0xlhの仮焼結の後真空中で1900’(
1X2hの焼結を行ない、直径約3.2 mm厚さ約1
.2 mm  空孔率約26優の5020.を分散混合
した多孔質陰極基体を作る。次に、多孔質基体に電子放
射物質を溶囃、含浸する。電子放射物質としては、Ba
Oと酸化アルミニウム(Az□03)、酸化イツトリウ
ム(Y2O2)、酸化トリウム(ThO□)、酸化イッ
テルビウム(Yb20.)、酸化スカンジウム(S02
03)のいず扛の混合粉を用いても良いが、本実施例で
は。
HaO: 5c203 ==4 : 1の混合粉からな
る電子放射物質を用いた。を子放射物質の含浸は水素ガ
ス4囲気中(4点−40’(”!以下)で約1700 
’cに加熱して行った。最後にエメリー紙で電子放射物
質陣して1合多孔質基体からなる含浸形陰極を作成した
熱電子放射特性は、上記含浸形陰極をタンタル製スリー
ブで支持し、タングステンコイルヒータで加熱する傍熱
方式で加熱し、陰極とIVh極とからなる2極管方式に
より測定した。第3図のごとく本発明のな浸形陰極の飽
和イ流密度15は、従来の含浸形陰極の特性(11;W
基体含浸形陰極、12;オスミウム被覆含浸形1■、1
3:酸化物        【1極、14;従来のバリ
ウムスヵンデート含浸形陰極)より擾nている。
本発明の含浸形陰極をエミッション顕微鏡で観察すると
、第4図のごとく、電子放射点3′は電子放射面1′全
体に一様に分布している。また。
1子放射点3′が空孔部2′の周囲に集中することなく
全面に分布しているため、ショットキプロットは第1図
aと同様に、低い引出し電圧で飽和する。
本発明によ扛ば、電子放射面において表面拡散しにくい
、スカンジウム、イツトリウム、トリウムム、イッテル
ビウム及びその酸化物を陰極基体内に分散混合すること
により、電子放射面においてバリウムと上記添加物との
複合吸着層を一様に形成することができるので、飽和特
性が良くかつ、900 YEで約10 A / cm2
の高い飽和電流密度の含浸形陰極を得ることができ、低
温動作の含浸形陰極を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、電流密度1nJ対(引出電圧)1″からなる
ショットキプロットを示す図、第2図はバリウムスカン
デート含浸形・各極の電子放射図、第3図は各種熱陰極
の飽和型流密IWの比較図、第4図は本発明の含浸形陰
極の電子放射図である。 a;標準的な陰極のショットキプロット、b。 従来のバリウムスカンテート含浸形陰極のシヨ。 トキプロノト、1.1’;電子放射向、9 、21 、
空孔部、3.3’lj子放射点 、11;W基体の含浸
形陰極の熱4子放射特性、12:オスミウム被覆含浸形
陰極の熱電子放射特性、13.酸fヒ物陰極の熱電子放
射特性、14;従来のバリウムヌカ/デート含浸形陰極
の熱電子放射特性、15;本発明の含浸形陰極の熱電子
放射特性。 第 1 図 第 3 図 10         // 7   8    タ/(7’/7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 タングステン、モリブデン、レニウム、イリジウ
    ム、ニッケル、オスミウム、ルテニウムあるいはこれら
    の合金からなる多孔質基体の空孔部にバリウム化合物か
    らなる電子放射物質を含浸した含浸形陰極において、ス
    カンジウム、イツトリウム、トリウム、イッテルビウム
    もしくはと扛らと基体との合金、又は酸化スカンジウム
    、酸化イツトリウム、酸化トリウム、酸化イッテルビウ
    ムを分散して混合した複合多孔質基体を用いることを特
    徴とする含浸形陰極。 2 上記多孔質基体の電子放射面近傍を複合多孔質基体
    とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の含
    浸形陰極。
JP57075233A 1982-05-07 1982-05-07 含浸形陰極 Pending JPS58192237A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62193031A (ja) * 1986-02-19 1987-08-24 Mitsubishi Electric Corp 電子管陰極
EP0651419A1 (en) * 1993-10-28 1995-05-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dispenser cathode and method of manufacturing a dispenser cathode
BE1007677A3 (nl) * 1993-10-28 1995-09-12 Philips Electronics Nv Werkwijze voor het vervaardigen van een naleveringskathode.
KR100442300B1 (ko) * 2002-01-04 2004-07-30 엘지.필립스디스플레이(주) 음극선관용 음극

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