KR910007795B1 - Dispenser cathode and the method of making the same - Google Patents

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Abstract

The pellet of the dispenser electrode operating under low temp. is sintered and coated with W and SC2O3. The pellet is mixed by W, Mo, and barium calcium aluminate, and In2O3 with proper mixing ratio. The weight ratio between the In2O3 and the rest material is pref. 1:10 or 1:2. The weight ratio between the W and the Sc2O3 is pref. 100:1 or 25:4.

Description

칼라음극선관용 디스펜서 음극과 그 제조방법Dispenser cathode for color cathode ray tube and manufacturing method

제1도 내지 제3도는 종래의 저장형 음극, 소결형 음극, 그리고 함침형 음극의 단면도이다.1 to 3 are cross-sectional views of conventional storage cathodes, sintered cathodes, and impregnated cathodes.

제4도 및 제5도는 본 발명에 따른 음극의 단면도이다.4 and 5 are cross-sectional views of the negative electrode according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1P, 2P, 3P, 4P, 5P, 6P : 펠렛 1C, 2C, 3C, 4C : 피복층1P, 2P, 3P, 4P, 5P, 6P: Pellets 1C, 2C, 3C, 4C: Coating Layer

HTR : 히이터 CNT : 용기HTR: Heater CNT: Container

SLV : 슬리이브SLV: Sleeve

본 발명은 저온동작이 가능한 칼라음극선관용 디스펜서 음극과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dispenser cathode for a color cathode ray tube capable of low temperature operation and a method of manufacturing the same.

디스펜서 음극은 고전류 밀도화가 가능한 음극으로서 대형 음극선관이나 투사관 등의 전자총에 사용되며 이는 세가지 형으로 분류된다.The dispenser cathode is a cathode capable of high current density, and is used in an electron gun such as a large cathode ray tube or a projection tube. It is classified into three types.

제1도는 저장형 음극이 도시되어 있는데, 이는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바륨 칼슘 알루미네이트(Barium Calcium Aluminate)로 된 제1펠렛(1P)과 텅스텐으로 형성된 다공질의 제2펠렛(2P)으로 구성된 전자방사부를 갖는다.1 shows a storage cathode, which is a first pellet 1P made of tungsten (W), molybdenum (Mo), barium calcium aluminate, and a porous second pellet formed of tungsten (2P). It has an electron emitting part composed of).

제2도에는 소결형 음극이 도시되어 있다. 소결형 음극은 바륨 스칸데이트(Barium Scandate) 및 텅스텐 분말등이 혼합성형 소결된 것, 또는 바륨 칼슘 알루미네이트와 텅스텐, 몰리브덴 등의 분말등이 성형소결된 고형의 압축음극(pressed cathode) (3P)으로 구성된 전자 방사부를 갖는다.2 shows a sintered cathode. The sintered cathode is a mixed-formed sintered mixture of barium scandate and tungsten powder, or a solid pressed cathode molded and sintered of barium calcium aluminate and powders such as tungsten and molybdenum (3P). It has an electron emitting portion consisting of.

그리고 제3도는 높은 전자방출능력을 갖는 함침형 음극으로서, 텅스텐으로된 다공성펠렛(4P)에 바륨 칼슘 알루미네이트 등의 전자 방사물질이 함침되며 그 표면에 텅스텐과 산화스칸듐(Sc2O3)이 혼합된 코팅층(IC)이 형성되어 전자방사부를 이룬다.3 shows an impregnated cathode having a high electron emission capability, in which a tungsten porous pellet (4P) is impregnated with an electron emitting material such as barium calcium aluminate, and tungsten and scandium oxide (Sc 2 O 3 ) The mixed coating layer (IC) is formed to form an electron emitting part.

이러한 디스펜서형 음극들은 전자방출능력이 우수하여 대형음극선관 또는 촬상관등의 전자관 및 마이크로파관 등의 고출력 송신관에 사용되고 있다.Such dispenser type cathodes have excellent electron emission capability and are used for high power transmission tubes such as microwave tubes and microwave tubes such as large cathode ray tubes or imaging tubes.

그런데 이들 음극은 높은 온도(약1000∼1200℃)에서 동작되는 관계로 음극동작시 바륨 또는 바륨 산화물의 증발율이 높고, 증발된 바륨등이 다른 전극에 부착됨으로써 관의 특성에 악 영향을 미치게 되며 이로 인한 수명감소가 문제시되고 있다. 게다가 음극의 제조방법에 있어서, 함침형 음극은 함침공정 기타 가공공정등의 복잡한 공정을 거치며 저장형 음극은 함침공정을 거치지는 않으나 여러개의 펠렛을 만드는 복잡한 공정을 거쳐야만 한다.However, since these cathodes are operated at high temperatures (about 1000 to 1200 ° C.), the evaporation rate of barium or barium oxide is high during cathode operation, and the evaporated barium is attached to other electrodes, which adversely affects the characteristics of the tube. The reduced life expectancy is a problem. In addition, in the manufacturing method of the negative electrode, the impregnated negative electrode undergoes a complicated process such as an impregnation process or a processing process, and the storage negative electrode does not undergo an impregnation process, but must undergo a complicated process of making a plurality of pellets.

본 발명의 목적은 저온에서 동작이 가능하며 전기한 제 문제점을 개선할 수 있는 칼라음극선관용 디스펜서 음극을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dispenser cathode for a color cathode ray tube that can be operated at low temperatures and can improve the above-mentioned problems.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 칼라음극선관용 디스펜서 음극의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing a dispenser cathode for a color cathode ray tube.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전자방출물질이 포함된 펠렛과 이를 수납하는 용기와 상기 펠렛을 가열하도록 슬리이브내에 내장되는 히이터등을 구비하여 이루어지는 칼라음극선관용 디스펜서 음극에 있어서, 상기 펠렛의 구성물질인 텅스텐, 몰리브덴, 바륨 칼슘 알루미네이트에 산화인듐(In2O3)을 적정비로 포함시켜 고형으로 성형 소결하고, 그 표면에는 산화스칸듐과 텅스텐에 의한 피복층을 형성시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 디스펜서음극을 제공한다.In the present invention to achieve the above object, in the dispenser cathode for a color cathode ray tube comprising a pellet containing an electron-emitting material, a container for storing the same and a heater built in the sleeve to heat the pellet, the configuration of the pellet A color cathode ray formed by incorporating indium oxide (In 2 O 3 ) in an appropriate ratio into tungsten, molybdenum and barium calcium aluminate as a material, and forming a sintered solid on the surface thereof, and forming a coating layer of scandium oxide and tungsten on the surface thereof. Provide a conventional dispenser cathode.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 바륨 칼슘 알루미네이트와 산화인듐을 혼합하여 가열, 용융한 후 이를 냉각, 분쇄하는 단계와, 텅스텐-몰리브덴 합금 분말을 적정비로 혼합하여 일정형태의 펠렛으로 성형한 후 진공 또는 수소분위기하에서 1800 내지 1900℃의 온도로 열처리하는 단계와; 소결처리된 상기 펠렛의 상부표면에 산화스칸듐과 텅스텐 혼합물로 이루어진 피복층을 형성하는 단계를 포함하는 칼라음극선관용 디스펜서 음극의 제조방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, in the present invention, barium calcium aluminate and indium oxide are mixed, heated, melted, cooled and pulverized, and tungsten-molybdenum alloy powder is mixed at an appropriate ratio to form a pellet. Heat-treating at a temperature of 1800 to 1900 ° C. under a vacuum or hydrogen atmosphere after molding into a mold; Provided is a method for producing a dispenser cathode for a color cathode tube comprising the step of forming a coating layer consisting of a scandium oxide and tungsten mixture on the upper surface of the pellet sintered.

상기 펠렛의 구성물질은 텅스텐, 몰리브덴 및 바륨 칼슘 알루미네이트이며 상기 펠렛의 구성물질과 산화인듐의 혼합비가 중량비로 10 : 1 내지 2 : 1인 것이 바람직하다.The pellets are composed of tungsten, molybdenum and barium calcium aluminate, and the mixing ratio of the pellets to indium oxide is preferably in a weight ratio of 10: 1 to 2: 1.

또한 상기 피복층을 형성하는 텅스텐과 산화스칸듐의 혼합비가 중량비로 100 : 1 내지 25 : 4이며 상기 피복층은 상기 펠렛의 상부 표면에 다층으로 형성되되 제 1 층은 산화스칸듐으로, 제 2 층은 텅스텐으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the mixing ratio of tungsten and scandium oxide forming the coating layer is 100: 1 to 25: 4 by weight, and the coating layer is formed in multiple layers on the upper surface of the pellet, wherein the first layer is scandium oxide and the second layer is tungsten. It is preferable to make.

본 발명에 의한 전자생성과정을 살펴보면 다음과 같다. 펠렛을 이루는 바륨 칼슘 알루미네이트, 산화인듐,·텅스텐 및 몰리브덴 등이 포함된 펠렛(5P,6P)이 히이터(HTR)에 의해 가열되면, 텅스텐과 몰리브덴의 환원 작용에 의해 바륨 칼슘 알루미네이트로부터 유리 바륨 (Ba)이 생성되는데, 산화 인듐과 텅스텐, 몰리브덴의 활성화 작용에 의해 유리바륨의 생성이 더욱 촉진된다. 그리고 바륨이 피복층(2C,4C)표면에 이르게되면 피복층의 스칸듐과 함께 Ba-Sc-O로 이루어지는 단분자층과 Ba-In-O로 이루어지는 단분자층을 형성하게 된다. 따라서 단분자층이 만드는 쌍극자 모멘트에 의해 일함수(work function)가 낮추어지게 된다. 이는 낮은 작동 온도에서도 전자가 활발하게 생성되도록 해 주는 것이다. 즉 음극의 고전류 밀도화가 가능하게 되는 것이다.Looking at the electron generation process according to the present invention. When pellets (5P, 6P) containing barium calcium aluminate, indium oxide, tungsten and molybdenum forming pellets are heated by a heater (HTR), free barium from barium calcium aluminate is reduced by tungsten and molybdenum reduction. (Ba) is produced, and the production of free barium is further promoted by the activation action of indium oxide, tungsten and molybdenum. When barium reaches the surfaces of the coating layers 2C and 4C, a single molecule layer made of Ba-Sc-O and a single molecule layer made of Ba-In-O are formed together with the scandium of the coating layer. Therefore, the work function is lowered by the dipole moment generated by the monolayer. This allows electrons to be actively generated even at low operating temperatures. That is, high current density of the cathode becomes possible.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

[실시예 1]Example 1

BaCO3, CaCO3, Al2O3를 5 : 3 : 2의 몰비로 혼합하여 이 혼합물을 가열, 용융한다. 용유된 물질을 냉각한 후 분말로 분쇄한다. 25 : 75의 중량비로 혼합된 텅스텐-몰리브덴 합금분말을 준비한 후 상기 바륨 칼슘 알루미네이트와 9 : 1의 중량비로 혼합한다. 산화인듐(In2O3)을 상기 혼합체의 30중량％ 만큼 추가 혼합한 후 가압하여(약 11ton/㎠) 압형한다. 그후 이를 진공하에서 1800 내지 1900℃의 온도로 열처리한다. 입경이 약 5㎛인 텅스텐 분말과 입경이 약 3㎛인 산화 스칸듐을 10 : 1의 중량비로 혼합하고 이를 펠렛의 상부에 스퍼터링(sputtering)공법을 이용하여 약 5000Å두께로 피복한다.BaCO 3 , CaCO 3 and Al 2 O 3 are mixed in a molar ratio of 5: 3: 2 to heat and melt the mixture. The melted material is cooled and then ground into powder. A tungsten-molybdenum alloy powder mixed at a weight ratio of 25:75 is prepared, and then mixed with the barium calcium aluminate at a weight ratio of 9: 1. Indium oxide (In 2 O 3 ) is additionally mixed by 30% by weight of the mixture and then pressurized (about 11 ton / cm 2) to mold. It is then heat treated to a temperature of 1800-1900 ° C. under vacuum. Tungsten powder having a particle size of about 5 μm and scandium oxide having a particle size of about 3 μm are mixed at a weight ratio of 10: 1 and coated on the upper portion of the pellet with a thickness of about 5000 mm using a sputtering method.

[실시예 2]Example 2

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 텅스텐과 산화스칸듐을 각각 차례로 적층하여 별개의 층으로 피복층이 얻어진 음극을 얻는다.The cathode was obtained in the same manner as in Example 1 except that tungsten and scandium oxide were laminated in order to obtain a coating layer as a separate layer.

제4도 및 제5도에는 본 발명에 따른 디스펜서 음극이 도시되어 있는 바, 히이터(HTR)가 내장되는 슬리이브(SLV)의 선단 개구부에 전자방출 물질이 담기는 용기(CTN)가 삽입 고정되어 있고, 그 용기(CTN)의 내부에는 바륨 칼슘 알루미네이트와 산화인듐 및 텅스텐, 몰리브덴이 적정비로 혼합, 성형, 소결된 펠렛으로 이루어지는 전자방출물질이 내장되어 있다.4 and 5, the dispenser cathode according to the present invention is shown, and the container CTN containing the electron-emitting material is inserted into and fixed in the tip opening of the sleeve SLV in which the heater HTR is incorporated. The container CTN contains an electron-emitting material composed of pellets in which barium calcium aluminate, indium oxide, tungsten and molybdenum are mixed, molded and sintered at an appropriate ratio.

제4도에 도시된 음극은 실시예 1에 따라 제조된 디스펜서 음극으로서, 펠렛의 상부표면에 텅스텐과 산화스칸듐의 혼합피복층이 형성되어 있고, 제5도에 도시된 음극은 실시예 2에 따라 제조된 디스펜서 음극으로서, 펠렛의 상부에 텅스텐으로 이루어진 제1피복층(3C)과 산화 스칸듐으로 이루어진 제2피복층(4C)이 형성되어 있다.The negative electrode shown in FIG. 4 is a dispenser negative electrode prepared according to Example 1, wherein a mixed coating layer of tungsten and scandium oxide is formed on the upper surface of the pellet, and the negative electrode shown in FIG. 5 is prepared according to Example 2 As the dispenser cathode, the first coating layer 3C made of tungsten and the second coating layer 4C made of scandium oxide are formed on the pellet.

즉 상기한 실시예에 따라 제조되는 본 발명의 디스펜서 음극은 종래 소결형 음극의 음극 구성물질에 산화인듐을 포함시켜 고형으로 성형, 소결하고 그 상부에 종래 함침형 음극에서 도입하던 피복층을 형성시켜 이루어진 것이다.That is, the dispenser negative electrode of the present invention prepared according to the above embodiment is formed by incorporating indium oxide in the negative electrode constituent material of the conventional sintered negative electrode, forming and sintering it into a solid, and forming a coating layer introduced from the conventional impregnated negative electrode thereon. will be.

산화인듐은 약 850℃부근에서 휘발성을 갖는 물질로서, 음극의 활성화 공정처리시 바륨 칼슘 알루미네이트와 텅스텐이 반응하여 전자방출에 기여하는 유리 Ba/BaO를 생성시킬때의 온도, 즉 활성화온도를 저감시킴과 동시에 In2O3자체가 고온에서 반응성이 좋은 물질이므로 활성화시간을 단축시켜 주는 활성촉진제 역할을 하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 디스펜서 음극은 활성화 온도가 종래보다 약 100 내지 200℃정도 낮아지며 활성화 시간도 30분 내지 50분 정도로 대폭 단축되다(종래에는 4시간 이상 소요됨).Indium oxide is a volatile material around 850 ° C. It reduces the temperature at which the barium calcium aluminate and tungsten react to produce free Ba / BaO, which is contributing to electron emission, during the activation process of the cathode. At the same time, In 2 O 3 itself is a highly reactive substance at high temperature, and thus acts as an activation accelerator to shorten the activation time. Therefore, the dispenser cathode according to the present invention has an activation temperature lowered by about 100 to 200 ° C. and the activation time is also significantly shortened by 30 to 50 minutes (conventionally, it takes more than 4 hours).

본 발명의 음극은 피복층을 갖는 함침형 음극의 동작온도(850∼900℃)보다 낮은 온도(800℃)에서의 동작이 가능하며, 저온동작 온도로서 고전류 밀도화(5∼10A/㎠)가 가능하게 된다. 따라서 종래의 산화물 음극을 사용하던 전자총에 부품변화 없이 채용할 수 있어서, 고성능 전자총의 제조경비를 크게 절감하는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 의한 디스펜서 음극의 제조방법에 의하면 함침형 음극의 제조시 도입하는 함침공정등의 까다로운 공정을 요하지 않으면서도 종래 세가지 타입의 디스펜서 음극보다 그품질이 우수한 음극을 얻을 수 있게 된다.The cathode of the present invention can be operated at a temperature (800 ° C.) lower than the operating temperature (850 to 900 ° C.) of the impregnated cathode having a coating layer, and high current density (5 to 10 A / cm 2) can be achieved as a low temperature operating temperature. Done. Therefore, it is possible to employ the electron gun which used the conventional oxide cathode without changing parts, which has the advantage of greatly reducing the manufacturing cost of the high performance electron gun. In addition, according to the method of manufacturing the dispenser negative electrode according to the present invention, it is possible to obtain a negative electrode having better quality than the conventional three types of dispenser negative electrode without requiring a complicated process such as an impregnation process introduced during the preparation of the impregnated negative electrode.

Claims (6)

전자방출물질이 포함된 펠렛과 이를 수납하는 용기와 상기 펠렛을 가열하도록 슬리이브내에 내장되는 히이터등을 구비하여 이루어지는 칼라음극선관용 디스펜서 음극에 있어서, 상기 펠렛의 구성물질인 텅스텐, 몰리브덴, 바륨 칼슘 알루미네이트에 산화인듐(In2O3)을 적정비로 포함시켜 고형으로 성형소결하고, 그 표면에는 산화스칸듐과 텅스텐에 의한 피복층을 형성시켜 이루어지는 것을 특징으로하는 칼라음극선관용 디스펜서음극.A dispenser cathode for a color cathode ray tube, comprising a pellet containing an electron-emitting material, a container for storing the same, and a heater built into the sleeve to heat the pellet, wherein tungsten, molybdenum, and barium calcium aluminium are constituents of the pellet. A dispensing cathode for a color cathode ray tube, characterized in that an indium oxide (In 2 O 3 ) is included in an nate to form a solid sintered solid, and a coating layer of scandium oxide and tungsten is formed on the surface thereof. 제1항에 있어서, 상기 펠렛의 구성물질과 산화인듐의 혼합비가 중량비로 10 : 1 내지 2 : 1인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 디스펜서 음극.The dispenser negative electrode of a color cathode ray tube according to claim 1, wherein a mixing ratio of the constituent material of the pellet and the indium oxide is in a weight ratio of 10: 1 to 2: 1. 제1항에 있어서, 상기 피복층이 산화스칸듐과 텅스텐의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 디스펜서음극.The dispenser cathode for a color cathode ray tube according to claim 1, wherein the coating layer is made of a mixture of scandium oxide and tungsten. 제3항에서, 상기 피복층을 형성하는 텅스텐과 산화 스칸듐과 혼합비가 중량비로 100 : 1 내지 25 : 4인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 디스펜서 음극.The dispenser negative electrode of a color cathode ray tube according to claim 3, wherein a mixing ratio of tungsten and scandium oxide forming the coating layer is 100: 1 to 25: 4 by weight. 제1항에 있어서, 상기 피복층이 상기 펠렛의 상부표면에 다층으로 형성되고, 제1층은 텅스텐으로, 제2층은 산화스칸듐으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 디스펜서 음극.2. The dispenser cathode of claim 1, wherein the coating layer is formed in multiple layers on the upper surface of the pellet, the first layer is made of tungsten, and the second layer is made of scandium oxide. 바륨 칼슘 알루미네이트와 산화인듐을 혼합하여 가열, 용융한 후 이를 냉각, 분쇄하는 단계와; 텅스텐-몰리브덴 합금분말을 적정비로 혼합하여 일정형태의 펠렛으로 성형 한후 진공 또는 수소분위기하에서 1800 내지 1900℃의 온도로 열처리하는 단계와; 소결처리된 상기 펠렛의 상부표면에 산화 스칸듐과 텅스텐 혼합물로 이루어진 피복층을 형성하는 단계를 포함하는 칼라음극선관용 디스펜서음극의 제조공법.Mixing barium calcium aluminate and indium oxide, heating and melting the same, and cooling and pulverizing them; Mixing tungsten-molybdenum alloy powder at an appropriate ratio to form pellets of a predetermined shape and then heat-treating them at a temperature of 1800 to 1900 ° C. under vacuum or hydrogen atmosphere; A method of manufacturing a dispenser cathode for a color cathode tube comprising the step of forming a coating layer comprising a mixture of scandium oxide and tungsten on the upper surface of the pellet sintered.
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