SU1115619A1 - Материал дл холодного катода и способ изготовлени холодного катода (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Материал дл  холодного катода электронных приборов, включающий алюмосиликат цези  или рубиди , отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  устойчивой работы катодов в услови х интенсивной ионной бомбардировки, он дополнительно содержит никель и состоит из сплава или смеси порошков указанных компонентов при следующем их соотношении , мас.%. Алюмосиликат цези  или рубиди 0,5-25 НикельОстальное (Л СП 9д ;D

Description

2.Способ изготовлени  холодного катода путем закреплени  эмиссионного материала на керне и активировани , отличающийс  тем, что смесь порошков алюмосиликата цези  .или рубиди  и никел  нанос т на керн, а активирование катода провод т при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин.

3,Способ изготовлени  холодного катода путем закреплени  эмиссионного материала на керне и активировани , отлич-ающийс  тем, что смесь порошков алюмосиликата цези  или рубиди  и никел  прессуют и спекают при температуре 1000-1500 К в течение 10-50 мин, из полученного сплава изготавливают катод, а активирование производ т при темпера туре 1100 - 1600 К в течение 5-30 мин.

Изобретение относитс  к области эмиссионной электроники, в частности к составу материала дл  холодных катодов, которые могут использоватьс  в качестве источника электронов в электровакуумных приборах, преимущественно в газоразр дных приборах различных типов.

Известен материал дл  холодного катода на основе вольфрама, недостат ками которого  вл ютс  низка  эмисионна . способность, обусловленна  большой работой выхода электронов (,53 эВ), и высока  стоимость.

Известен также способ изготовлени  катода, согласно которому дл  снижени  работы выхода катоды из вольфрама после монтажа в приборе покрывают пленкой цези . При этом работа выхода уменьшаетс - до значени  (1,36 эВ, что недостаточно дл  обеспечени  высокой эмиссионной способности .

Известен также материал дл  холодных катодов на основе никел  и способ его изготовлени , когда катод после монтажа в приборе покрывают пленкой цези , напыл емой из специального источника, размещенного в том же приборе. Пленка цези  снижает работу выхода никелевого катода до значени  ( ,5 эВ, что обеспечивает эмиссионную способность катодов на уровне 10 -10 мА/см , т.е. остаетс  на сравнительно низком уровне.

Кроме того, недостатком описанHijix катодов и способов  вл етс 

сложность точной дозировки цези  в процессе его напылени  на поверхность катода. Точна  дозировка необходима в св зи с тем, что от количества цези  на поверхности катода зависит эмиссионна  способность последнего. Указанные технологичес-/ кие трудности преп тствуют использованию таких катодов в промышленных приборах.

Из числа известных материалов дл  холодных катодов наибольшей эмиссионной способностью обладает алюмосиликат цези  или рубиди , который после специальной обработки позвол ет получать высокие плотности тока , выбранный в качестве прототипа. Известен также способ изготовлени  холодного катода путем закреплени  эмиссионного материала на керне, активировани  при температуре 1200-1400 К и резкого охлаждени  дл  получени  необходимой пористости.

5 Недостатком этого материала  вл етс  невозможность работы изготовленных из него катодов в услови х интенсивной ионной бомбардировки. Экспериментально установлено, что

холодные катоды на основе алюмосиликата цези  или рубиди  работают при давлении меньше 10 мм рт.ст. При

4

давлении 10 мм рт.ст. и выше эти катоды полностью дезактивируютс . В св зи с этим они не могут быть использованы в таких приборах, как газоразр дные, где давление рабочего газа составл ет сотни миллиметров ртутного столбца. 31 Целью изобретени   вл етс  создание материала дл  холодных катодов и способа изготовлени  катодов, обес печиваюы х возможность их устойчивой работы в услови х интенсивной ионной бомбардировки. Дл  достижени  этой цели материал включающий алюмосиликат цези  или рубиди , дополнительно содержит никель и состоит из сплава или смеси порошков указанных компонентов при следующем их соотношении, мас.%: Алюмосиликат цези  или рубиди 0,5-25 НикельОстальное Цель достигаетс  способом изготов лени  холодного катода путем закреплени  эмиссионного материала на кер . не и активировани , согласно которому смесь порошков алюмосиликата цези  или рубиди  и никел  нанос т н керн, а активирование провод т при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин. Возможен вариант способа, согласно которо.му смесь порошков алю мосиликата цези  или рубиди  и никел  прессуют и спекают при температуре 1000-1500 К в течение 10-40 мин, из полученного сплава изготавливают катод, а активирование производ т при температуре 1100-1600 К в тече ние 5-30 мин. Катоды из материала предложенного состава, представл ющего собой смесь порошков указанных компоненто изготавливают путем нанесени  этой смеси на металлическую подложку любым известным способом, например, запрессовыванием в подложку, имеюшую формутрубки или чашечки, напылеьшем суспензии и т.п. Полученный катод после монтажа в приборе нагре вают до температуры 1100-1600 К, при которой производ т выдержку в течение 5-30 мин в зависимости от соотношени  компонентов в смеси. В табл. 1 приведены оптимальные режимы выдержки дл  различных конкретных составов материала. Режим выдержки дп  данного соста ва смеси можно варьировать, так, дл  состава смеси 15 мас.% алюмосиликата и 85 мас.% никел  активирование можно проводить как при темпе ратуре меньше 1400 К, так и больше, однако при этом врем  выдержки следует соответственно увеличивать или уменьшать. В процессе термообработки по указанному режиму происходит образование сплава никель-алюмосиликат цези  (рубиди ) с одновременной активацией катода. Предложенный материал может быть получен в виде сплава до монтажа катода в прибор. Дл  этого смесь порошков никел  и алюмосиликата цези  или рубиди  прессуют и спекают при температуре 1000-1500К в течение 10-50 мин, В табл. 2 приведены оптимальные режимы прессовани  и спекани  дл  смесей с различным содержанием компонентов , обеспечивающие получение сплавов , близких по пластическим свойствам к свойствам чистого никел . Температуру спекани  и врем  выдержки дп  данного состава сплава можно варьировать, придержива сь следующей закономерности: при уменьшении температуры спекани  следует увеличить врем  выдержки, а при увеличении температуры спекани  - уменьшить врем  выдержки. Максимальна  температура спекани  при этом не должна превьш1ать 1600 К, так как это может привести к изменению фазового состава вследствие того, что, начина  с К, происходит заметное испарение никел . Полученные таким образом сплавы можно ковать, штамповать, прокатывать и т.д., поэтому технологи  изготовлени  катодов из таких сплавов не отличаетс  от технологии изготовлени  катодов из чистого никел  или из других пластичных металлов . Кроме того, катоды на основе предложенного сплава никель-алюмосиликат цези  могут быть изготовлены с использованием технологических приемов, которые примен ютс  в порошковой металлургии, а именно путем прессовани  смеси порошков с получением требуемой конфигурации катода и последующего спекани  спрессованной массы в соответствии с режимами по табл. 2. Катод, изготовленный из сплава данного состава, после монтажа в приборе активируют в соответствии с режимами , приведенными в табл.1. На фиг. 1 приведена полученна  экспериментально зависимость плотности тока катодов, изготовленньтх из данного материала, от содержани  в нем алюмосиликата . Измерени  проводились при комнатной темпе ратуре и напр женности электрическо го пол  .Ш В/см. Из фиг. I вид но, что отбираемый ток эмиссии дл  состава 0,5 мас.% алюмосиликат цези , 99,5 мас.% никел  составл ет д с тые доли миллиампер на сантиметр в квадрате, с увеличением содержаНИЛ алюмосиликата цези  до 5 мас.% ток эмиссии несколько возрастает, далее ток эмиссиии резко увеличиваетс  и достигает максимального значени  при 15 мас.% алюмосиликата цези . Дальнейшее увеличение содержани  алюмосиликата цези  в материа ле приводит к уменьшению отбираемого тока. Приведенным на фиг. 1 значени м токов эмиссии дл  составов с содержанием алюмосиликата цези  0,5, 15 и 25 мас.% соответствуют эффективные работы выхода 0,89,0,67 и 0,77 эВ. Установлено, что при содержании алюмосиликата цези  меньше 0,5 мас.% отбираемые токи эмиссии не превьшали тыс чных долей миллиампер на сан тиметр в квадрате, поэтому такие со тавы не будут, очевидно, представл ть практического интереса. При со держании алюмосиликата цези  более 25 мас.% отбираемые токи эмиссии хо т  и составл ют дес тки миллиампер на сантиметр в квадрате, но компоненты смеси не образуют сплав и материал  вл етс  рыхлым, что делает его непригодным дл  практического применени  в услови х интенсивной ионной бомбардировки, Дл  материала, содержащего алюмосиликат рубиди ., зависимость плот ности тока от состава имеет аналоги ный вид, при этом абсолютные значени  токов эмиссии дл  конкретных составов несколько ниже по сравнени с данными, приведенными на фиг. 1. Дл  материала, содержащего 10 и 25 мас.% алюмосиликата рубиди , пло ность тока при В/см соответственно , составл ет ,3 мА/см и ,2 мА/см. На фиг. 2 ,приведены температурные зависимости плотности электронного тока катода, изготовленного из данного материала с содержанием 15 мас.% алюмосиликата цези . Крива  1 получена при напр женности электрического пол  ,5 10 В/см, крива  2 - при напр женности Е 2«10 В/см. На фиг. 2 видно, что предложенный материал позвол ет снимать большие токи эмиссии при температуре на катоде от комнатной (300 К) до 400-500 К. Высока  эмиссионна  способность материала в указанном интервале температур обеспечит эффективную работу изготовленных из него катодов в газоразр дных приборах , где на катоде в процессе разр да могут развиватьс  температуратуры - 400-500 К. На фиг. 3 приведена экспериментально полученна  вольт-амперна  ха;рактеристика катода, изготовленного, из данного материала с содержанием алюмосиликата цези  15 мас.%. Характеристика снималась при комнатной температуре катода. На фиг. 3 видно , что электронный ток катода измен етс  с увеличением анодного напр жени  в соответствии с законом, характерным дл  автоэлектронной эмиссии. Катоды, изготовленные из данного материала с различным содержанием алюмосиликата щелочного металла (0,5, 15 и 25 мас.%) были испытаны в услови х газового разр да в форсированном режиме..Услови  испытани  были следующие: газ-ксенон, давление 600 мм рт.ст., напр жение зажигани  250 В, отбираемый ток 300 А, межзлектродное рассто ние 37 мм. После 1000 импульсов при частоте следовани  импульсов 0,3 Гц никаких изменений параметров катодов не наблюдалось. Таким образом, данный материал обеспечивает устойчивую работу изготовленных из него катодов в услови х интенсивной ионной бомбардировки и обладает достаточно высокой эмиссионной способностью. В насто щее врем  наиболее эффективным и технологичным материалом дл  холодных катодов, изготавливаемых промышленностью и используемых в серийных газоразр дных приборах ,  вл етс  вольфрам с присадкой редкоземельного элемента . выхода этого материала составл ет tp - 2,2 эВ. Данный материал обладает работой выхода Lf , в 2,5-3 раза меньшей. 71 и соответственно, более высокой эмиссионной способностью. Благодар  этому, применение данного материала дл  катодов газоразр дных приборов вместо используемого в насто щее врем  вольфрама с ука занными присадками позволит снизить напр жение зажигани  в приборах в 2,5-3 раза, что значительно увеличит их экономичность, в частности позволит создать миниатюрные импуль сные лампы с ограниченным током дл  автоматических фотовспьшек.

Таблица 1 98 Существенного экономического эффекта следует ожидать за счет снижени  трудоемкости при сборке катодных узлов, так как исключаетс  лазерна  сварка эмиттера с керном и замен етс  простым обжатием на керне. Достоинством данного материала  вл етс  также простота технологии его приготовлени , использование недефицитных материалов, возможность изготовлени  из него катодов различных конфигураций. j,HA/Cff I . т т 600 т too Фи I т woo iwo ц

3,0

tejJ,M/fA

2.S

2.6

2,

2/}

1.5

Claims (3)

1. Материал для холодного катода электронных приборов, включающий 'алюмосиликат цезия или рубидия, отличающийся тем, что, с целью обеспечения устойчивой работы катодов в условиях интенсивной ионной бомбардировки, он дополнительно содержит никель и состоит из сплава или смеси порошков указанных компонентов при следующем их соотношении, мас.%,

Алюмосиликат цезия или рубидия 0,5-25

Никель Остальное

Q ss

SU ,,, 1115619

2. Способ изготовления холодного катода путем закрепления эмиссионного материала на керне и активирования, отличающийся тем, что смесь порошков алюмосиликата цезия .или рубидия и никеля наносят на керн, а активирование катода проводят при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин.

3. Способ изготовления холодного катода путем закрепления эмиссион- ного материала на керне и активирования, отлич-ающийся тем, что смесь порошков алюмосиликата цезия или рубидия и никеля прессуют и спекают при температуре 1000-1500 К в течение 10-50 мин, из полученного сплава изготавливают катод, а активирование производят при темпера туре 1100 - 1600 К в течение 5-30 мин.