RU2759154C1 - Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов - Google Patents
Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759154C1 RU2759154C1 RU2021100051A RU2021100051A RU2759154C1 RU 2759154 C1 RU2759154 C1 RU 2759154C1 RU 2021100051 A RU2021100051 A RU 2021100051A RU 2021100051 A RU2021100051 A RU 2021100051A RU 2759154 C1 RU2759154 C1 RU 2759154C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yttrium
- composition
- metal
- aluminates
- impregnation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01J1/144—Solid thermionic cathodes characterised by the material with other metal oxides as an emissive material
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике, в частности к производству мощных вакуумных электронных приборов СВЧ-диапазона. Согласно изобретению, эмиссионный материал представляет собой эвтектический сплав, полученный методом твердофазного синтеза или плавления смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана в определенном соотношении по весу. Техническим результатом является снижение температуры пропитки, однородность химического и фазового состава на всю глубину пропитки катода, а следовательно, и стабильность эмиссионных характеристик. 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к эмиссионным материалам металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов.
В качестве эмиссионного материала для пропитки вольфрамовой матрицы металлопористого катода используется тройная эвтектика на основе алюминатов иттрия и лантана, предварительно синтезированная из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана определенного состава. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих температур катода, возможность снижения температуры пропитки и обеспечение однородности химического фазового состава эмиссионного вещества по всей глубине пропитки.
Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к эмиссионным материалам металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов СВЧ-диапазона.
Известны металлопористые катоды (например, /1, 2/), у которых вольфрамовая матрица пропитана смешанными алюминатами бария-кальция. Состав этих алюминатов разнообразен, но наиболее широко используются эвтектические смеси алюминатов, получаемых в результате твердофазного синтеза или плавления смесей оксидов бария, кальция и алюминия, химического состава (в мольном соотношении) 3ВаО⋅0,5СаО⋅Al2O3 и 5ВаО⋅3СаО⋅2Al2O3. Пропитка вольфрамовой матрицы этими алюминатами осуществляют при температурах (1750-1800°С). Конгруэнтное плавление эвтектической смеси алюминатов обеспечивает однородность химического и фазового состава эмиссионного вещества на всю глубину пропитки. Недостатками таких катодов является узкий диапазон рабочих температур 1000-1150°С. В случае использования катодов в магнетронах за счет обратной бомбардировки электронами температура катода может значительно повышаться, при этом происходит ускорение испарения эмиссионного вещества, падение электропрочности промежутка катод-анод и резкое сокращение срока службы катода и магнетрона.
Для устранения этих недостатков в мощных ЭВП для пропитки металлопористых катодов вместо алюминатов щелочноземельных металлов используют соединения редкоземельных металлов, например, смешанных алюминатов иттрия, лантана, лютеция и др. /3/. Состав смешанных алюминатов должен удовлетворять двум требованиям: иметь возможно более низкую температуру плавления для пропитки вольфрамовой матрицы и обладать достаточными эмиссионными и вторично-эмиссионными свойствами.
Целью изобретения является получение эмиссионного материала эвтектического состава на основе алюминатов иттрия и лантана с наиболее низкой температурой плавления для пропитки металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов.
Сущность изобретения заключается в получении эмиссионного материала эвтектического состава на основе алюминатов иттрия и лантана из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана определенного состава методами твердофазного синтеза или плавления, при этом используемая в качестве материала для его синтеза смесь оксидов имеет состав, вес. %:
Y2O3 - 33;
La2O3 -16;
Al2O3 - остальное.
Использование этого материала для пропитки металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов позволит снизить температуру пропитки, обеспечить однородность химического и фазового состава эмиссионно-активного вещества на всю глубины пропитки катода, а, следовательно, и стабильность эмиссионных характеристик.
Диаграмма состояния тройной системы Y2O3-Al2O3-La2O3 полностью не построена. Из справочных данных /4/ известно, что в бинарных системах, образующих тройную систему Y2O3-Al2O3-La2O3, имеет место образование алюминатов иттрия (Y3Al5O12) и лантана (AlLaO3) и двойных эвтектик Е1 (1780°С) и Е2 (1760°С) (рис. 1). На основе анализа имеющихся данных о фазовых соотношениях в исследуемой тройной системе можно предположить наличие области тройной эвтектики с более низкой температурой плавления.
По данным авторов /3/ более низкой температурой плавления (1650°С ± 25°С) обладает материал, содержащий смешанные бинарные алюминаты иттрия и лантана, состава (в пересчете на оксиды) Y2O3:La2O3:Al2O3 - 20:25:55 вес. %. Отклонение от указанных составов, по мнению авторов, нецелесообразно, так как приводит к резкому увеличению температуры плавления смешанных алюминатов и соответственно к увеличению температуры пропитки вольфрамовой матрицы. Эмиссионные характеристики материала: работа выхода - 3,4÷3,5 эВ, максимальный коэффициент вторичной электронной эмиссии - 2,2÷2,3.
Этот эмиссионный материал, наиболее близкий по химическому составу и назначению к заявляемому изобретению, был выбран нами в качестве прототипа и исходного образца для проведения физико-химических исследований (состава, структуры, свойств) для уточнения состава и температуры тройной эвтектики.
Результаты исследований.
Эмиссионный материал для пропитки пористой вольфрамовой матрицы и экспериментального подтверждения заявляемого технического результата был синтезирован из смеси порошков оксидов исходного состава (точка Р на рис. 1) с использованием различных технологий (твердофазного синтеза и плавления). Для проведения комплекса физико-химических исследований материала (состава, структуры, свойств) на различных этапах был изготовлен ряд образцов в виде порошков и спрессованных таблеток (табл. 1).
Контроль химического и фазового состава синтезированных образцов осуществляли методами растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и рентгенофазового анализа (РФА). Измерение интервала температур плавления образцов (температур солидус и ликвидус) проводили методом дифференциального термического анализа (ДТА).
Анализ результатов исследования образцов прототипа показал:
- при плавлении и твердофазном синтезе химический состав образцов не изменяется: усредненный химический состав (в пересчете на оксиды) соответствует исходному;
- плавление смеси оксидов алюминия, иттрия, лантана исходного состава приводит к изменению фазового состава - образованию тройных алюминатов; при твердофазном синтезе также наблюдается изменение фазового состава, однако, система не находится в равновесном состоянии (присутствуют непрореагировавшие исходные оксиды);
- синтезированные образцы плавятся при более низких (по сравнению с температурами плавления двойных эвтектик E1 и Е2) температурах; их плавление по данным ДТА происходит в интервале температур солидус - ликвидус (~ 1550÷1650°С (± 50°С)). Это свидетельствует о том, что синтезированный материал не является строго эвтектическим и изменение химического состава расплава в процессе пропитки пористой вольфрамовой матрицы катода может приводить к изменению химического состава эмиссионного вещества катода по глубине.
Этот факт был подтвержден при исследовании образцов группы D.
Пропитка вольфрамовой матрицы активным веществом проводилась по стандартной технологии изготовления металлопористых катодов. Вольфрамовая матрица (полученная прессованием и высокотемпературным спеканием вольфрамового порошка) пористостью ~20% в виде таблетки диаметром 10 мм, высотой 6 мм и с насыпанным на верхнюю поверхность порошком измельченного образца группы С нагревалась в водородной печи до 1800°С с 5-минутной выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением до комнатной температуры. Анализ однородности пропитки матрицы выполняли на поперечном шлифе методами РЭМ и РСМА.
Локальный анализ химического состава эмиссионного вещества в порах вольфрамовой матрицы показал его изменение по глубине катода (область составов Р1 на рис. 1). Полученные результаты позволили предположить, что эмиссионное вещество состава Е, заполнившее наиболее удаленные от поверхности поры, является эвтектическим и обладает наименьшей температурой плавления.
Для проверки этого предположения были изготовлены группы образцов Е, F, G с использованием смеси оксидов алюминия, иттрия, лантана состава Е (Y2O3:La2O3:Al2O3 - 33:16:51 вес. %). Проведенные исследования образцов подтвердили, что синтезированное из этой смеси оксидов вещество является тройной эвтектикой с температурой плавления 1530°С (± 15°С), и его использование позволяет снизить температуру пропитки катода до 1700°С и обеспечивает однородность химического и фазового состава эмиссионного вещества на всю глубины пропитки металлопористого катода.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.
1. Кудинцева Л.А. и др. Термоэлектронные катоды, изд. «Энергия», М.П. 1966 г. стр. 205.,
2. Тагути Тадакори и др. Патент Японии 52-185339, H01J 1/20, 29/04 от 30.01.84 г.),
3. Смирнов В.А. и др., Патент RU 2342732 С1 от Металлопористый пропитанный катод для магнетрона
4. Торопов Н.А. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. - М.: Наука, 1965.
Claims (2)
- Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов, получаемый методом твердофазного синтеза или плавления из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана, отличающийся тем, что используемая в качестве материала для его синтеза смесь оксидов имеет состав, вес.%:
-
Y2O3 3 La2O3 16 Al2O3 остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021100051A RU2759154C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021100051A RU2759154C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759154C1 true RU2759154C1 (ru) | 2021-11-09 |
Family
ID=78466943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021100051A RU2759154C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759154C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU868881A1 (ru) * | 1980-01-11 | 1981-09-30 | Московский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова | Материал дл вторичноэлектронных катодов |
RU2342732C1 (ru) * | 2007-10-24 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий" | Металлопористый пропитанный катод для магнетрона |
CN101625950A (zh) * | 2009-08-03 | 2010-01-13 | 北京工业大学 | 含钇的压制型钡钨阴极及其制备方法 |
CN108878234A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-11-23 | 北京工业大学 | 一种ZrH2添加的Y2O3-W基次级发射体的制备方法 |
-
2021
- 2021-01-11 RU RU2021100051A patent/RU2759154C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU868881A1 (ru) * | 1980-01-11 | 1981-09-30 | Московский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова | Материал дл вторичноэлектронных катодов |
RU2342732C1 (ru) * | 2007-10-24 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий" | Металлопористый пропитанный катод для магнетрона |
CN101625950A (zh) * | 2009-08-03 | 2010-01-13 | 北京工业大学 | 含钇的压制型钡钨阴极及其制备方法 |
CN108878234A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-11-23 | 北京工业大学 | 一种ZrH2添加的Y2O3-W基次级发射体的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4594220A (en) | Method of manufacturing a scandate dispenser cathode and dispenser cathode manufactured by means of the method | |
US20180158639A1 (en) | Target for barium-scandate dispenser cathode | |
CN110520961B (zh) | 钨电极材料 | |
JPH01161638A (ja) | スカンダート陰極および該陰極を設けた電子ビーム管 | |
GB2056164A (en) | Barium scandate dispenser cathode | |
RU2759154C1 (ru) | Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов | |
CN110753987B (zh) | 阴极材料 | |
US4957463A (en) | Method of making a long life high current density cathode from tungsten and iridium powders using a quaternary compound as the impregnant | |
EP0428206B1 (en) | Scandate cathode | |
US3437865A (en) | Thermionic electron emitter having a porous refractory metal matrix and an alloy of active metal and mobilizer metal therein | |
US2813807A (en) | Method of making a dispenser cathode | |
Zhou et al. | Thermionic emission capability of the Ba–Sc–Al–O compound synthesized by high-temperature solid-state process | |
US2914402A (en) | Method of making sintered cathodes | |
JPH02186525A (ja) | 貯蔵形ディスペンサー陰極及びその製造方法 | |
US3201639A (en) | Thermionic dispenser cathode | |
Coppola et al. | A new pressed dispenser cathode | |
Shang et al. | The effect of scandia doping on the structure and electron emission capacity of the 512 aluminate | |
JP2001006521A (ja) | カソード構体およびカラーブラウン管 | |
RU2342732C1 (ru) | Металлопористый пропитанный катод для магнетрона | |
Get'man et al. | Effect of the phase composition of barium-calcium alumoscandates on the emission properties of impregnated cathodes | |
US3525135A (en) | Thermionic cathode | |
GB2203588A (en) | Thermionic cathode | |
JPH07235254A (ja) | 含浸型陰極 | |
KR0142704B1 (ko) | 함침형 디스펜서 음극 | |
Hetman | Structural Engineering of Impregnated Scandate ScBa Cathodes of New Generation |