KR920004896B1 - Impregnated type cathode and manufacturing method the same - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 함침형 음극의 종단면도.1 is a longitudinal sectional view of a conventional impregnated cathode.
제 2 도는 종래의 함침형 음극 제조시 저장용기와 다공질 금속기체의 결합상태를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing a bonding state of a storage container and a porous metal gas in the manufacturing of a conventional impregnated cathode.
제 3 도는 본 발명의 일실시예에 의한 함침형 음극의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of an impregnated cathode according to an embodiment of the present invention.
제 4 도는 본 발명에 따라 밀봉층을 형성하는 과정을 설명하는 도면.4 illustrates a process of forming a sealing layer in accordance with the present invention.
제 5 도는 본 발명에 따라 형성된 밀봉층을 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view illustrating a sealing layer formed in accordance with the present invention.
제 6 도는 본 발명에 관한 함침형 음극의 온도특성을 종래와 비교도시한 그래프.6 is a graph showing a comparison with the conventional temperature characteristics of the impregnated cathode according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 다공질 금속기체 2 : 슬리이브1: porous metal gas 2: sleeve
4 : 링 5 : 밀봉층4: ring 5: sealing layer
6 : 히이터 8 : 가림판6: heater 8: screen
9 : 지지대9: support
본 발명은 음극선관등에 적용되는 브라운관에 사용되어 고전류 밀도의 전자방출 기능을 갖는 함침형 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an impregnated cathode having a high current density electron emission function used in a cathode ray tube applied to a cathode ray tube and the like and a method of manufacturing the same.
최근, 브라운관의 대형화 및 고화질화를 위하여 고전류밀도의 전자방출능력을 가지면서, 장수명의 욕구를 충족하기 위한 여러가지 음극이 실용화되고 있으나, 이와 같은 음극을 브라운관에 적용하려면 작동온도가 높고 또한 복잡한 구조때문에 음극표면까지의 열전달 효율이 불량하므로, 히이터의 고온발열을 위해서 열전달 효율이 높으면서 고온에서 내성이 강한 음극이 강력히 요구되고 있다.Recently, various cathodes have been put into practical use to satisfy the long-life needs, while having high current density electron emission capability for large-sized and high-definition CRTs. However, in order to apply such a cathode to CRTs, the cathode has a high operating temperature and a complex structure. Since the heat transfer efficiency to the surface is poor, there is a strong demand for a cathode having high heat transfer efficiency and high resistance at high temperature for high temperature heat generation of the heater.
종래의 함침형 음극은, 제 1 도에 도시한 바와 같이 프레스등에 의해서 텅스텐 분말을 소망의 형상으로 압축하여 성형체를 만들고, 이 성형체를 환원성 분위기하의 1900~2300℃에서 1시간 동안 소결한후 이들에 바륨-칼슘-알루미네이트를 용융함침시켜 형성된 다공질 금속기폐(1)와, 음극동작시에 증발된 바륨이 히이터(6)쪽으로 누설되지 않도록 상기 다공질 금속기체(1)를 저장하는 고융점 금속재의 저장용기(3)와, 상기 다공질 금속기체(1) 및 그것이 저장된 저장용기(3)를 슬라이브82)내에 수평을 유지하면서 삽입하여 슬리이브(2)의 내주면과 당접하는 부분을 용접 고착한 구조로 이루어지며, 여기에 일함수를 낮춰서 동일 온도에서도 전자 방출능력이 증진되도록 Ir, Os, Ru 등의 배금족 원소를 금속기체(1)의 상부에 피복한 피복층(7)을 구성시키거나 금속기체에 혼합시켜주는 구조가 있었다.Conventional impregnated cathodes are formed by compressing tungsten powder into a desired shape by a press or the like as shown in FIG. 1 to form a molded article, and then sintering the molded article at 1900 to 2300 ° C. under a reducing atmosphere for 1 hour. Storage of the porous metal gas (1) formed by melting and impregnating barium-calcium-aluminate and the high melting point metal material (2) for storing the porous metal gas (1) so that barium evaporated during cathode operation does not leak to the heater (6). The
그러나, 이와 같은 함침형 음극은 산화물 음극에 비하여 고전류 밀도의 전자를 방출하는 기능을 가지고 있으나, 작동온도가 900℃~1100℃로 매우 높고 히이터(6)의 상부로부터 전자방출면까지의 거리가 길며, 또 구조가 복잡하므로 열전단 효율이 낮아 신속하게 열전달이 되지 않으며, 또한 음극작동시에 고온에서 각 구성요소, 예를들면 슬리이브(2), 저장용기(3) 및 다공질 금속기체(1) 등의 열팽창게수의 차이로 인한 각 구성요소간에 간극(gap)이 형성되어 신속하게 열전달이 되지 않으므로써 속동형에 불리하다고 하는 문제점이 있었다.However, the impregnated cathode has a function of emitting electrons of higher current density than the oxide cathode, but the operating temperature is very high, such as 900 ° C to 1100 ° C, and the distance from the top of the heater 6 to the electron emission surface is long. In addition, since the structure is complicated, the heat transfer efficiency is low, so that heat transfer is not performed quickly, and each component such as the sleeve 2, the
또한, 저장용기(3) 바닥의 내주면은 금형에서 프레스 제작하는 경우 직각을 이룰수 없기 때문에 제 2 도의 도시와 같이 저장용기(3)의 내측에 금속기체(1)를 삽입설치할 경우 바닥과의 사이에 간극(G)이 형성되어 열전달 효율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, since the inner circumferential surface of the bottom of the
본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 고전류 밀도의 방출특성을 가지며, 구조가 간단하고 또한 열전달 효율을 증대시켜 짧은 시간에 음극을 가열하여 전자방출을 행할 수 있는 함침형 음극 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to impregnate a cathode having a high current density emission characteristic, having a simple structure and increasing heat transfer efficiency to heat the cathode in a short time to perform electron emission. And to provide a method for producing the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소비전력이 낮고 제조코스트가 저렴한 함침형 음극 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an impregnated negative electrode having a low power consumption and a low manufacturing cost, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 함침형 음극의 제조방법은 텅스텐 분말을 압축성형하여 소결하고 BaO, CaO, Al2O3를 주성분으로 하는 산화물이 용융함침된 다공질 금속기체를 고융점 금속재의 링내에 삽입한 후, 상기 링을 지지대 및 가림판으로 구성된 치구내에 설치하여 상기 링 및 다공질 금속기체의 노출부에 걸쳐서 밀봉층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing an impregnated negative electrode according to the present invention is performed by compression molding of tungsten powder and sintering a porous metal gas containing an oxide containing BaO, CaO, and Al 2 O 3 as a main component of a high melting point metal material. After inserting into the ring, the ring is installed in a jig composed of a support and a shielding plate to form a sealing layer over the exposed portion of the ring and the porous metal gas.
또, 본 발명에 의한 함침형 음극은 내부에 히이터를 위치시킨 슬리이브와, 산화물을 함침시켜 형성된 다공질 금속기체가 상측에 삽입설치된 슬리이브를 갖춘 함침형 음극에 있어서, 상기 다공질 금속기체를 내부에 삽입시킨 링(4)의 하측에 융착형성된 밀봉층(5)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The impregnated cathode according to the present invention is an impregnated cathode having a sleeve having a heater placed therein and a sleeve having a porous metal gas formed by impregnating an oxide inserted therein, wherein the porous metal gas is disposed therein. It is characterized by consisting of a sealing layer (5) fused to the lower side of the inserted ring (4).
상기 제조방법에 의해서 제조된 함침형 음극은 다공질 금속기체의 하부면에서 증발된 바륨이 히이터쪽, 즉 하측으로 누설되지 않도록 밀봉층이 일체적으로 형성되어 있으므로, 종래와 같이 다공질 금속기체가 저장되는 저장용기가 불필요하며 구조가 간단하고, 또한 저장용기 바닥부와 다공질 금속기체 하부에 간극이 없으므로 히이터에서 발열된 열의 전달효율이 증대되어 짧은 시간에 음극을 가열하여 전자방출을 행할 수 있어, 고전류밀도의 전자방출특성을 가지게 된다.In the impregnated cathode manufactured by the manufacturing method, since the sealing layer is integrally formed so that the barium evaporated from the lower surface of the porous metal gas does not leak to the heater side, that is, the lower side, the porous metal gas is stored as in the prior art. Since the storage container is unnecessary, the structure is simple, and there is no gap at the bottom of the storage container and the porous metal gas, the heat transfer efficiency of heat generated from the heater is increased, and the cathode can be heated in a short time to emit electrons. It has an electron emission characteristic of.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에서 종래의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 부호를 붙이고 중복설명을 생략한다.In the drawings, the same components as those in the conventional exemplary embodiment are denoted by the same names and symbols, and redundant description thereof will be omitted.
제 3 도는 본 발명의 일실시예에 의한 함침형 음극의 종단면도이고, 제 4 도는 본 발명에 따라 밀봉층을 형성하는 방법을 설명하는 도면이며, 제 5 도는 본 발명에 의해 형성된 밀봉층의 형상을 도시한 단면도이고, 제 6 도는 본 발명에 따른 대한 함침형 음극의 온도특성을 종래예와 비교하기 위하여 도시한 그래프도이다.3 is a longitudinal cross-sectional view of an impregnated cathode according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a view for explaining a method of forming a sealing layer according to the present invention, and FIG. 5 is a shape of a sealing layer formed by the present invention. 6 is a graph showing the temperature characteristics of the impregnated cathode according to the present invention to be compared with the conventional example.
먼저, 함침형 음극의 제조방법에 대하여 설명한다. 프레스 등에 의해서 텅스텐분말을 소망의 형상으로 압축하여 환원성 분위기하에서 1900~2300℃의 온도로 소결하여 소결성형체를 얻고, 이 소결성형체를 바륨, 칼슘, 알루미네이트를 주성분으로 하는 산화물을 용융점온도 이상의 진공 혹은 수소분위기의 로에서 가열하면서 상기 소결성형체에 용융 함침시켜서 공지의 다공질 금속기체(1)를 형성한다.First, the manufacturing method of an impregnation negative electrode is demonstrated. Tungsten powder is compressed to a desired shape by pressing or the like, and sintered at a temperature of 1900 to 2300 ° C. under a reducing atmosphere to obtain a sintered molded product. The sintered compact is melted and impregnated while heating in a furnace of a hydrogen atmosphere to form a known porous metal gas 1.
이어서, 이 다공질 금속기체(1)에 과도하게 부착되어 있는 바륨, 칼슘, 알루미네이트의 산화물을 숏 블라스팅(shot blasting)방법 또는 샌드페이퍼를 사용하여 제거한후, 제 3 도 및 제 4 도에 도시한 바와 같이 미리 다공질 금속기체(1) 외주면을 감쌀수 있도록 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중의 적어도 하나로 이루어진 0.01mm의 두께를 갖는 고융점 금속재의 링(4)내에 삽입한다.Subsequently, the oxides of barium, calcium, and aluminate that are excessively attached to the porous metal substrate 1 are removed using a shot blasting method or sandpaper, and then shown in FIGS. 3 and 4. Likewise, it is inserted into a ring 4 of high melting point metal material having a thickness of 0.01 mm made of W, Mo, Ta or at least one of these alloys so as to surround the outer circumferential surface of the porous metal base 1 in advance.
이때, 상기 다공질 금속기체(1)의 밑면보다 링(4)의 하측부분이 약간 돌출된 상태가 되도록 다공질 금속기체(1)와 링(4)이 결합된 음극체를 만든다.In this case, the cathode metal body 1 and the ring 4 are coupled to each other so that the lower portion of the ring 4 protrudes slightly from the bottom surface of the porous metal substrate 1.
다음에, 다공질 금속기체(1)의 상부면이 지지대(9)를 향하도록 하고, 또 그 하부면을 가림판(8)의 도시하지 않은 홈에 끼워 하부면이 노출되도록 지지대(9)와 가림판(8)으로 구성된 코팅치구에 다공질 금속기체(1)를 삽입 고정한 후, 상기 다공질 금속기체(1)의 하부면, 즉 링(4)의 노출부분에 아아크 플라즈마 분사법에 의해서 W, Mo, Ta 또는 이들 합금분말중에서 선택된 적어도 하나를 용융 분사하여 밀봉층(5)을 형성한다.Next, the upper surface of the porous metal substrate 1 faces the support 9, and the lower surface is inserted into a groove (not shown) of the shielding plate 8 so as to expose the lower surface with the support 9. After inserting and fixing the porous metal substrate 1 to the coated jig composed of the plate 8, the lower surface of the porous metal substrate 1, that is, W, Mo, by an arc plasma spray method on the exposed portion of the ring (4) At least one selected from Ta or these alloy powders is melt sprayed to form the sealing layer 5.
여기에서, 상기 밀봉층(5)의 재질로써는 음극부재를 구성하는 다공질 금속기체(1), 고융점 금속제의 링(4) 및 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중에서 선택된 1종으로 이루어진 슬리이브(2)의 열팽창계수와 열간 안전성을 고려하여 이들 재질과 동일한 분말을 사용하는 것이 바람직한데, 특히 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중에서 선택된 적어도 하나의 분말을 사용하면, 음극잔동시에 증발된 바륨이 히이터(6)쪽으로 누설되지 않도록 치밀한 밀봉층(5)이 형성되므로 바람직하며, 상기 밀봉층(5)의 두께는 히이터(6)로부터의 열전달 효율이 양호하게 되는 링(4) 두께의 50~200% 즉, 0.005~0.02mm로 됨이 바람직하다.Here, as the material of the sealing layer 5, the porous metal base 1 constituting the cathode member, the ring 4 made of a high melting point metal, and a sleeve made of one selected from W, Mo, Ta, or alloys thereof ( It is preferable to use the same powders as these materials in consideration of the coefficient of thermal expansion and thermal safety of 2). Particularly, when at least one powder selected from W, Mo, Ta, or these alloys is used, the barium evaporated during the cathode residing is heated. Since the dense sealing layer 5 is formed so as not to leak toward (6), the thickness of the sealing layer 5 is 50 to 200% of the thickness of the ring 4 in which the heat transfer efficiency from the heater 6 becomes good. That is, it is preferable that it becomes 0.005-0.02 mm.
즉, 다공질 금속기체(1)에 융착되어 있는 밀봉층(5)은 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중에서 선택된 적어도 하나에 의해 확산 결합(diffusion bonding)되어 음극작동시에 증발된 바륨의 누설을 방지하는 것이다.That is, the sealing layer 5 fused to the porous metal substrate 1 is diffusion bonded by at least one selected from W, Mo, Ta, or an alloy thereof to prevent leakage of barium evaporated during cathode operation. It is.
또한, 본 실시예에 있어서 아아크 플라즈마를 형성하기 위하 도입가스로서는 아르곤 가스를 주로 사용하며, 질소가스, 헬륨가스 또는 수소혼합가스를 사용할 수도 있다.In addition, in this embodiment, argon gas is mainly used as an introduction gas for forming an arc plasma, and nitrogen gas, helium gas, or hydrogen mixed gas may be used.
본 실시예에서 사용하는 도입가스는 고압의 전극사이에서 발생된 아아크에 의해 플라즈마가 형성되어 수만 ℃의 고온에 도달하면서 급격히 열팽창하는 것에 의해 코팅재로서 도입되는 W, Mo, Ta 또는 이들 합금분말중에서 적어도 하나로 선택되는 분말을 순간적으로 용융시키면서 초음속으로 분사되므로, 밀봉층(5)이 치밀하게 형성되어 음극가열시 증발된 바륨이 히이터(6)쪽으로 누설되지 않도록 다공질의 표면봉입 및 열전달의 개선을 동시에 달성할 수 있다.The introductory gas used in this embodiment is formed of plasma by arc generated between high-pressure electrodes, and rapidly attains a high temperature of tens of thousands of degrees Celsius and rapidly thermally expands into W, Mo, Ta, or alloy powders thereof introduced as a coating material. Since the powder selected as one is instantaneously melted and sprayed at supersonic speed, the sealing layer 5 is densely formed to simultaneously improve the porous surface encapsulation and heat transfer so that the barium evaporated during the cathode heating does not leak to the heater 6. can do.
이와 같이 다공질 금속기체(1) 하부면에 밀봉층(5)을 형성한 후 상기 링(4)을 코팅치구로부터 분리하여, 상기 링(4)의 밀봉층(5)이 하측으로 향하도록 슬리이브(2) 내에 수평으로 삽입하여, 슬리이브(2)의 내주면과 당접하는 부분을 레이저용접등에 의해서 점용접한 후, 상기 다공질 금속기체(1)의 상측에 종래와 같이 피복층(7)을 형성하고, 상기 슬리이브(2)의 하부로부터 그 내부에 도시하지 않은 지지부재에 의해 지지된 히이터(6)를 위치 고정함으로써 함침형 음극이 완성된다.As such, after forming the sealing layer 5 on the lower surface of the porous metal substrate 1, the ring 4 is separated from the coating jig, so that the sealing layer 5 of the ring 4 faces downward. (2) was inserted horizontally and spot-welded the portion which contacts the inner circumferential surface of the sleeve 2 by laser welding or the like, and then the coating layer 7 was formed on the porous metal substrate 1 as in the prior art. The impregnated cathode is completed by fixing the heater 6 supported by a supporting member (not shown) from the bottom of the sleeve 2.
이와 같은 방법에 의해서 제조한 함침형 음극을 히이터(6)의 전압(V)을 변경시켰을 경우에 음극표면에서의 온도를 측정하였더니, 제 6 도와 같은 결과를 얻었다.When the impregnated cathode manufactured by the above method was changed in the voltage V of the heater 6, the temperature at the surface of the cathode was measured, and the same result as in Fig. 6 was obtained.
동 도면에서 특성 A는 본 발명의 방법에 의해 제조한 함침형 음극의 표면온도 특성이고, 특성 B는 종래의 함침형 음극의 표면온도 특성을 표시한 것으로 본 발명에 의한 함침형 음극의 표면온도 특성이 종래보다 훨씬 우수한 것으로 나타나고 있다.In the figure, characteristic A is the surface temperature characteristic of the impregnated cathode prepared by the method of the present invention, and characteristic B is the surface temperature characteristic of the impregnated cathode according to the present invention. It is shown to be much superior to the prior art.
이 도면으로부터 명백한 바와 같이 다공질 금속기체(1)의 하부면에 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중에서 선택된 적어도 하나로 되는 밀봉층(5)을 형성함으로써, 히이터(6)로부터 방출된 열의 전달효율이 높게되어 히이터(6)의 부하를 저감할 수 있는 외에, 고전류 밀도의 전자방출기능을 갖는 음극을 제공할 수 있게 된다.As apparent from this figure, by forming the sealing layer 5 made of at least one selected from W, Mo, Ta or these alloys on the lower surface of the porous metal substrate 1, the heat transfer efficiency of the heat emitted from the heater 6 is high. As a result, the load of the heater 6 can be reduced, and a cathode having a high current density electron emission function can be provided.
상기 실시예에 있어서는 다공질 금속기체(1) 및 링(4)의 노출부분에 아아크 플라즈마 분사법에 의해서 W, Mo, Ta 또는 이들 합금분말을 용융분사하여 밀봉층(5)을 형성시킨 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 상기 분말을 진공증착 도는 스퍼터링법에 의하여 형성해도 된다.In the above embodiment, the sealing layer 5 is formed by melt-spraying W, Mo, Ta or these alloy powders by the arc plasma spray method in the exposed portions of the porous metal base 1 and the ring 4. However, the present invention is not limited thereto, and the powder may be formed by vacuum deposition or sputtering.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다공질 금속기체(1)를 링(4)에 삽입한 후 그 하측에 아아크 플라즈마 분사법에 의하여 W, Mo, Ta 또는 이들 합금분말을 용융분사하여 밀봉층(5)을 형성함으로써, 종래와 같이 다공질 금속기체(1)를 저장하는 저장용기가 불필요하므로, 구조가 간단하여 제조코스트가 저감되며, 또한 저장용기와 금속기체 사이가 밀착되어 간극이 형성되지 않으므로 인하여 열전달효율이 증대되어 짧은시간에 음극을 가열하는 것이 가능하여 속동형을 이룰 수가 있고, 종래와 동일한 히이터온도에서 음극표면 온도를 증대시킬 수 있기 때문에 고전류밀도의 전자방출을 행할 수 있는 등의 뛰어난 효과가 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the porous metal substrate 1 is inserted into the ring 4, and then W, Mo, Ta or these alloy powders are melt-sprayed by arc plasma spraying under the sealing layer ( 5), since the storage container for storing the porous metal gas 1 is unnecessary as in the prior art, the structure is simple, the manufacturing cost is reduced, and because the gap between the storage container and the metal gas is not closely formed and no gap is formed. The heat transfer efficiency is increased, so that it is possible to heat the cathode in a short time, so that it is possible to achieve a rapid movement type, and to increase the surface temperature of the cathode at the same heater temperature as in the prior art, so that it is possible to perform high current density electron emission. There is.
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