專利名稱：電子管陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與用于諸如圖象管那樣顯示器式的電子管陰極有關(guān)。具體地說，本發(fā)明推出一種新穎的具有高電流密度和長壽命的電子管陰極。
對于在顯象管及其他顯示器件中可使用的電子管的傳統(tǒng)熱電子發(fā)射陰極來說，廣泛地使用一種被稱為“氧化物陰極”的陰極。這種陰極具有一層以鋇作為主要成分的堿土金屬氧化物層，這層氧化物層附著在一個以鎳作為主要成分含有少量的硅、鎂等元素作為還原劑的金屬基座上。這種氧化物陰極發(fā)射的電子是由通過金屬基座中的還原劑與氧化物發(fā)生反應(yīng)而從氧化物中產(chǎn)生的游離原子提供的。


圖1原理性地示出了傳統(tǒng)和氧化物陰極的剖視圖。這種陰極包括一個圓片狀的金屬基座1、圓管狀的套筒2和電子發(fā)射材料層4。電子發(fā)射材料層4是涂在金屬基座1上形成的，含有作為主要成分的鋇。圖中標(biāo)為3是用來加熱陰極的加熱件。
在這些組成部分中，電子發(fā)射材料層是由下述方法形成的。將含有作為主要成分的碳酸鋇的碳酸鹽粉末與溶有硝化纖維之類的溶劑混合。然后將這種混合劑用噴涂、電沉積等方法附著在基座金屬上。裝上了各組成部分的陰極安裝在陰極射線管內(nèi)，組裝成電子管。在電子管內(nèi)部成為真空的排氣過程期間，陰極被加熱到1000℃左右。此時，電子發(fā)射材料層中的碳酸鋇受熱分解，轉(zhuǎn)化為氧化鋇，其化學(xué)方程式如下所產(chǎn)生的氧化鋇在陰極工作期間和處在金屬基座與電子發(fā)射材料層之間交界面的硅和鎂發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
因此而產(chǎn)生的游離鋇有助于電子發(fā)射。然而如式(2)、(3)所示，同時在電子發(fā)射材料層與金屬基座之間的交界面處卻也產(chǎn)生了MgO和Ba2SO4。這個反應(yīng)產(chǎn)物在交界面鄰近積累起來，形成了一個壁壘。這個叫做“夾層”的壁壘妨礙了鎂或硅從金屬基座擴(kuò)散。這使游離鋇的產(chǎn)生發(fā)生困難。夾層還有一些諸如縮短陰極壽命那樣的不良作用。此外，由于夾層具有比較高的電阻，妨礙電子發(fā)射流的流動，因此還會造成限制可能發(fā)射的電流密度的問題，其結(jié)果是不能滿足高亮度大型電子管的要求。
灌注型陰極是一種能夠滿足高亮度大型電子管的要求的陰極。其制造過程是將電子發(fā)射材料在低大氣壓或在真空中熔化，然后將一個多孔的金屬基座用熔化的電子發(fā)射材料加以灌注。這種灌注陰極能夠?qū)崿F(xiàn)高電流流度和長壽命。然而灌注過程復(fù)雜，而且工作溫度較高，比碳酸鹽陰極要高300℃至400℃，能夠高到1100℃以上。因此，電極材料必需改用耐熱材料，從而提高了生產(chǎn)成本。
考慮到上述問題，本發(fā)明解決了由于夾層而造成的壽命降低問題。本發(fā)明的目的的是推出一種具有長期穩(wěn)定的電子發(fā)射特征和高電流密度的電子管陰極。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這個目的，本發(fā)明推出的電子管陰極包括一個安裝在一個套筒上的蓋帽的一片電子發(fā)射材料，而電子發(fā)射材料的成分為至少一種從由氧化銪(Eu2O3)、氧化鑭(La2O3)和氧化鈧(Sc2O3)構(gòu)成的組中選出的氧化物，其重量百分比為電子發(fā)射材料總重量的1%至20%，以及至少一種從由BaCO3、SrCO3和CaCO3構(gòu)成的組中選出的碳酸鹽;
至少一種從由鎳、鎢、鎂、硅和鉬構(gòu)成的組中選出的還原材料;以及一種含鋇的氧化物。
優(yōu)選的含鋇的氧化物為至少一種從由BaO·CaO·Al2O3、Ba3Ga2O6、Ba3Ir2O6、Ba4Ir4O7、Ba2V2O7、Ba3In2O6和BaBeO2構(gòu)成的組中選出的鋇化合物。
本發(fā)明的以上目的和其他優(yōu)點(diǎn)通過以下結(jié)合附圖對一個優(yōu)選實(shí)施例的說明將會更加清楚。在這些附圖中圖1為傳統(tǒng)的氧化物陰極的原理性劑視圖;
圖2為本發(fā)明推出的電子管陰極的原理性剖視圖;
圖3為傳統(tǒng)的陰極與本發(fā)明的陰極的壽命特性比較圖;以及圖4為傳統(tǒng)的陰極與本發(fā)明的陰極的工作溫度和電流密度關(guān)系的比較圖。
傳統(tǒng)的氧化物陰極去掉金屬基座、通過接觸焊接、激光焊接或其他焊在套筒的上部內(nèi)表面上焊上一個附著一片用電子發(fā)射材料制成的小片的蓋帽就成了本發(fā)明的陰極。因此，這種陰極相當(dāng)實(shí)際，制造容易。
下面將結(jié)合圖2詳細(xì)說明這種電子管陰極的制造過程。
首先，將含作為主要成分鋇的堿土金屬碳酸鹽還原金屬以混合比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6等中的一種比例用研缽均勻混合。優(yōu)選的還原金屬是至少一種從由鎳、鎂、鎢、硅和鉬構(gòu)成的組中選出的金屬，顆粒尺寸最好是2-7微米。值得推薦的是，還原金屬是在真空中或諸如氫氣氣壓那樣的低氣壓下經(jīng)過熱處理的。
為了改善電子發(fā)射特性，在碳酸鹽中可以加入至少一種從由氧化銪(Eu2O3)、氧化鑭(La2O3)和氧化鈧(Sc2O3)構(gòu)成的稀土化合物組中選出的氧化物，其重量百分比為電子發(fā)射材料總重量的1%至20%。
此外，為了降低陰極的工作溫度和得到穩(wěn)定的電子發(fā)射，加入至少一種從由BaO·CaO·Al2O3、Ba3Ga2O6、Ba3Ir2O6、Ba4Ir4O7、Ba2V2O7、Ba3In2O6和BaBeO2構(gòu)成的組中選出的含鋇的氧化物，再用研缽加以攪拌混合。由于從這些化合物中逐漸有鋇游離出來，因此補(bǔ)償了電子發(fā)射特性的衰退，從而使得陰極的電子發(fā)射穩(wěn)定。碳酸鹽與含鋇氧化物的混合比例最好是在7∶3至1∶1之間。
將可得到的混合物模壓成一定尺寸。從發(fā)明者進(jìn)行的反復(fù)試驗來，最好在壓力為5-10噸/厘米2的條件下進(jìn)行模壓。電子發(fā)射材料片的孔隙度可以通過控制模壓時的壓力加以控制。通過孔隙度控制，既可以防止壽命的減少，又可以防止電流密度的降低。隨著孔隙度的增加，電流密度和鋇的升華逸散量也增加，因此也造成了陰極的壽命減少。隨著孔隙度的降低，壽命特性有所改善，但可能得不到大電流密度。根據(jù)本發(fā)明者的反復(fù)試驗，當(dāng)電子發(fā)射材料片的孔隙度大約為18%至40%時，所制造的陰極無論電流密度特性還是壽命特性都比較合適。
所制造的電子發(fā)射材料片最好在低氣壓下加以熱處理，以促進(jìn)碳酸鹽中存在的CO2的分解。這樣，在組裝后不用特地進(jìn)行分解處理就可直接使用。熱處理最好在溫度800-1000℃進(jìn)行30-90分鐘。
將由此得到的電子發(fā)射材料片(5)用一個由耐熱金屬制成的蓋帽(6)蓋住，再將蓋帽(6)用激光焊接焊到套筒(2)上部的內(nèi)壁上。套筒(2)內(nèi)裝上了加熱件(3)就成為如圖2所示的本發(fā)明的陰極。
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但這并不是作為對本發(fā)明的限制。
在重量比為Ba∶Sr∶Ca＝57∶39∶4的三元碳酸鹽中加入鎳，用研缽混合。通過烘烤比例一定的BaCO3、Al2O3和CaCO3的混合物而制備的重量百分比為與碳酸鹽重量和的30%的鋇·鈣·鋁(BaO·CaO·Al2O3)以及重量百分比為各電子發(fā)射材料總重量的1%的氧化(Eu2O3)加到因此得到的混合物中，再用研缽混合。將混合物在金屬模子中壓緊，在大約10噸/厘米2下模壓成一個電子發(fā)射材料片，再在一個氫氣壓下以攝氏900度左右的溫度熱處理約50分鐘。將這片經(jīng)熱處理的電子發(fā)射材料片用一個由耐熱金屬制成的蓋帽蓋住，再將這個組件用激光焊接焊到套筒上部內(nèi)壁，如圖2所示。在套筒內(nèi)裝上加熱件，就制成了本發(fā)明的電子管陰極。
在圖3中示出了傳統(tǒng)的陰極與本發(fā)明的陰極的壽命特性的比較情況。圖中，“a”相應(yīng)于傳統(tǒng)的灌注型陰極，“b”相應(yīng)于本發(fā)明的電子管陰極，而“c”則相應(yīng)于傳統(tǒng)的氧化物陰極。由圖可見，本發(fā)明的陰極的壽命特性稍低于傳統(tǒng)的灌注型陰極的壽命特性，但非常接近，然而比傳統(tǒng)的氧化物陰極的壽命特性卻要好得多。
圖4示出了傳統(tǒng)的陰極和本發(fā)明的陰極的電流密度與工作溫度之間的關(guān)系。圖中，“a”相應(yīng)于傳統(tǒng)的灌注型陰極，“b”相應(yīng)于本發(fā)明的陰極，而“c”則相應(yīng)于傳統(tǒng)的氧化物陰極。由圖可見，灌注型陰極雖然電流密度最大，但工作溫度太高(大致為1100℃)。然而，傳統(tǒng)的氧化物陰極工作溫度是低，可電流密度又太低。對于本發(fā)明的陰極，工作溫度的灌注型陰極低(大約低200℃之多)，而電流密度又差不多與灌注型陰極一樣高。這證明本發(fā)明的陰極是一種非常切合實(shí)際需要的陰極。
如上所述，本發(fā)的陰極電子發(fā)射特性穩(wěn)定，工作溫度低(大約為800-900℃)。其工作溫度比灌注型陰極的低200℃左右。因此，不需要使用高熔點(diǎn)的金屬，這樣就降低了了生產(chǎn)成本。
此外，在本發(fā)明的陰極中由于限制了夾層的形成，因此電流密度可以高達(dá)6-8安培/厘米2，同時其壽命也比傳統(tǒng)的氧化物陰極長得多。
雖然以上結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作了具體說明，但熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人可以理解，無論在形式上還是在細(xì)節(jié)上都可以加以種種改變，而這并不脫離如所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子管陰極，其特征是所述陰極包括一個安裝在一個套筒(2)上的蓋帽(6)和一片電子發(fā)射材料(5)，所述電子發(fā)射材料的成分為至少一種從由氧化銪(Eu2O3)、氧化鑭(La2O3)和氧化鈧(Sc2O3)構(gòu)成的組中選出的氧化物，其重量百分比為電子發(fā)射材料總重量的1%至20%，以及至少一種從由BaCO3、SrCO3和Ca-CO3構(gòu)成的組中選出的碳酸鹽；至少一種從由鎳、鎢、鎂、硅和鉬構(gòu)成的組中選出的還原材料；以及一種含鋇的氧化物。
2.一種如在權(quán)利要求1中所提出的電子管陰極，其特征是其中所述含鋇的氧化物是至少一種從由BaO·CaO·Al2O3、Ba3Ga2O6、Ba3Ir2O3、Ba4Ir4O7、Ba2V2O7、Ba3In2O6和BaBeO2構(gòu)成的組中選出的鋇化合物。
3.一種如在權(quán)利要求1中所提出的電子管陰極，其特征是其中所述碳酸鹽和所述含鋇的氧化物的混合比例為7∶3至1∶1。
全文摘要
本發(fā)明推出的電子管陰極包括一個安裝在套筒(2)上的蓋帽(6)和一片電子發(fā)射材料(5)。電子發(fā)射材料的成分為至少一種從由氧化銪(Eu
文檔編號H01J1/14GK1099514SQ9312085
公開日1995年3月1日 申請日期1993年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月24日
發(fā)明者孫景千, 崔鐘書, 崔龜錫, 朱圭楠, 李相沅 申請人:三星電管株式會社