KR920004896B1 - 함침형 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

함침형 음극 및 그 제조방법

제 1 도는 종래의 함침형 음극의 종단면도.

제 2 도는 종래의 함침형 음극 제조시 저장용기와 다공질 금속기체의 결합상태를 나타내는 단면도.

제 3 도는 본 발명의 일실시예에 의한 함침형 음극의 종단면도.

제 4 도는 본 발명에 따라 밀봉층을 형성하는 과정을 설명하는 도면.

제 5 도는 본 발명에 따라 형성된 밀봉층을 도시한 단면도.

제 6 도는 본 발명에 관한 함침형 음극의 온도특성을 종래와 비교도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다공질 금속기체 2 : 슬리이브

4 : 링 5 : 밀봉층

6 : 히이터 8 : 가림판

9 : 지지대

본 발명은 음극선관등에 적용되는 브라운관에 사용되어 고전류 밀도의 전자방출 기능을 갖는 함침형 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 본 발명의 다른 목적은 소비전력이 낮고 제조코스트가 저렴한 함침형 음극 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

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.

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.

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.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도면에서 종래의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 부호를 붙이고 중복설명을 생략한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 본 실시예에 있어서 아아크 플라즈마를 형성하기 위하 도입가스로서는 아르곤 가스를 주로 사용하며, 질소가스, 헬륨가스 또는 수소혼합가스를 사용할 수도 있다.

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.

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.

이와 같은 방법에 의해서 제조한 함침형 음극을 히이터(6)의 전압(V)을 변경시켰을 경우에 음극표면에서의 온도를 측정하였더니, 제 6 도와 같은 결과를 얻었다.

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

1. 텅스텐 분말을 압축성형하여 소결하고 BaO, CaO, Al₂O₃를 주성분으로 하는 산화물이 용융함침된 다공질 금속기체(1)를 고융점 금속재의 링(4)내에 삽입한 후, 상기 링(4) 및 다공질 금속기체(1)의 노출부에 걸쳐서 밀봉층(5)을 형성시키는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉층(5)은 W, Mo, Ta 또는 이들 합금중 적어도 어느하나인 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉층(5)은 아아크 플라즈마 분사에 의하여 융착형성 되는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 제조방법.
4. 내부의 히이터(6)를 위치시킨 슬리이브(2)와, 산화물을 함침시켜 형성된 다공질 금속기체(1)가 상측에 삽입설치된 슬리이브(2)를 갖춘 함침형 음극에 있어서, 상기 다공질 금속기체(1)를 내부에 삽입시킨 링(4)과, 이 링(4)의 하측에 융착형성된 밀봉층(5)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 함침형 음극.

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