专利名称：氧化物阴极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有基本由以镍为支承体、并涂复有一层由碱土金属氧化物组成的电子发射材料的阴极，该电子发射材料至少含有钡和按重量计不超过5%的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物。
例如，在欧洲专利申请说明书EP-A-0，210，805中叙述了这种阴极，其阴极发射性能取决于从氧化钡中析出的钡的多少。除氧化钡外，该电子发射材料通常包括氧化锶，并往往还有氧化钙。通过添加氧化钇或氧化钪可使其电子发射特性得到改善。
实际上，电子发射主要是由具有最低有效电子逸出功的各小区域[所谓“发射域”(“Sites”)]来完成的，这些“发射域”(Sitesz)遍布在整个电子发射材料层上。实际上，逸出功稍高的“发射域”对阴极产生的电子流几乎没有什么贡献。
因此，为了获得一种高效电子发射性能，就要合理地在全部发射域的分布范围中选定具有某一尽可能小逸出功的发射域的最佳数量。
因此本发明阴极的特征是在电子发射材料中存在有粉粒状，其粒径大多数不大于5μm，最好不大于1μm，的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物。
发射材料中最好含有按重量计0.0～1%的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物。
在某一优选实施侧中，电子发射材料含有按重量计0.1～1%的氧化钇或氧化钪。
在另一优选实施例中，电子发射材料含有按重量计0.02～0.5%的氧化铕。
本发明是基于这样的认识，即粉粒粒度表面尺寸可影响形成“发射域”的数量，据发现，对某一较小粉粒尺寸来说，在发射层中只需较少量的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物就足够了。
下面将参照某一实施例如附图对本发明作更详细地描述。
图1是本发明阴极的示意性截面图。
图2示出关于阴极射线管的寿命试验结果，在各阴极射线管阴极的电子发射材料层中含有具有第一粉粒直径值的各种不同百分比的氧化钇粉末。
图3示出氧化钇粉末粉粒直径为另一数值的寿命试验结果。
图1中阴极1在实施例中有一园筒形的装有顶盖7的镍铬合金阴极套筒3。顶盖7由镍制成，并可含有诸如，硅、镁、锰和钨等还原剂。此阴板套筒3内装有螺旋形灯丝4，此灯丝4由螺旋绕制的芯金属5和绝缘氧化铝层6组成。
例如可用喷涂方法在顶盖7上形成厚约70μm的发射材料层2，此发射材料层2由所提供的钡锶碳酸盐、并随后分解而成的氧化钡和氧化锶的混合物组成，或者由氧化钡、氧化锶和氧化钙的混合物组成。
再把定量的氧化钇或氧化钪加入该混合物中。
将具有由氧化钡和氧化锶的混合物组成的发射层、并在其中按重量计分别添加0.6%、1.3%、2.5%、5%、10%的氧化钇的阴极，装置到阴极射线管中。添加到混合物中的氧化钇为粉粒状的，其中半数粉粒的直径为4.5μm或更小(d50＝4.5μm)。
在规范装配完后，激话管中的阴极，令阴极射线管以灯丝电压为7伏工作2000小时，这相当于实际工作近10000小时。分别在寿命试验之前和之后，在7伏的灯丝电压、阴极负载为2.2A/cm2的条件下工作30秒后进行阴极发射的测试(所谓△ik，30测试)。
测得的发射电流在寿命试验前后分别减少了5.1%、3.5%、3.9%12.8%和35.7%，而在不加任何添加剂时的电流减少量为38%。将这些点连起来绘成图2的曲线，从而可发现，此曲线给出了氧化钇(其粉粒尺寸d50＝4.5μm)的量和电子发射之间的大致关系。图2还示出在相同的条件下按重量计添加0.3%有更小粉粒尺寸d50＝0.9μm)的氧化钇时的指示发射变化的点α(减少0.7%)。
图3示出电子发射变化过程和氧化钇含量的相似函数关系。氧化钇粉粒状，其中半数的粉粒直径为0.9μm或更小(d50＝0.9μm)。在分别把按重量计0.1%、0.3%、0.6%和1.3%的添加剂添加到阴极的由氧化钡和氧化锶的混合物组成的发射材料层中、把此阴极安装到阴极射线管中、并用通规方法激活以后，进行加速的强化寿命试验。此时阴极板负载为4A/cm2，测试电子发射期间的阴极负载也维持此值。在100小时以后，电子发射分别减少了3.24%、0.82%、1.42%和3.56%，而在不加作任何添加剂时的电子发射减少8.09%。对于阴极中添加有按重量计0.3%的较粗的氧化钇粉末的阴极射线管，在相同的试验条件下，阴极电子发射减少了6.49%(图3中的b点)。
由图2和图3可清楚地看出，当使用较小粉粒尺寸的氧化钇、添加的氧化钇数量较少时也可获得相同的或更好的结果。
阴极射线管的其他特性，例如滚降点(roll-offPoint)(即当灯丝两端电压下降时，与灯丝电压为8.5伏时的发射电流相比，阴极射线管的发射电流下降10%的那点)，在图2和图3的曲线显示出其电子发射减低得最少的那些氧化钇量值处具有一最佳值。
准备添加的氧化钇量的减少(减少倍数近似为5)与氧化钇粉粒平均直径的减少大体上成正比。
在把粉粒直径(d50)为2.5μm和0.5μm的氧化铕(Eu2O5)分别添加到发射层中的试验中发现一种相似关系。相似于图2所述的那些试验证明了，按重量计添加0.3%的粗粉粒(d50为2.5μm)氧化铕，在100小时后，导致发射下降了约8.5%;而添加0.05%的细粉粒(d50为2.5μm)的氧化铕，发射仅下降了4.3%。
此外，与用粗粉粒材料所要求达到最佳结果的重量百分比相比，由于在用这种较低的重量百分比时，使用了约25倍那么的细粒材料粒子，细粉粒子的分布更均匀，从而导致更均匀的发射性能。
当然，本发明并不局限于所示的实施例，进行某些变化是可能的。例如，当用氧化钪代替氧化钇时，只要按重量添加低百分比的更小粉粒尺寸的添加剂，用相似方法可以看到电子发射得到提高。同样，对氧化铕来说，采用更小粉粒尺寸的其他稀土金属氧化物时，也可找到最佳的重量百分比。此阴极也可设计成各种不同的式样(园筒形、凹面形，凸面形等等)，也可用各种不同的方法设置电子发射层。
权利要求
1.一种具有基本以镍为支承基体的阴极，涂复有由碱土金属氧化物组成的电子发射材料层，该材料层至少还含有钡和按重量计不超过5%的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物，其特征在于所述电子发射层含有粉粒状的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物，其粉粒直径大多数不超过5μm。
2.按照权利要求1所要求的阴极，其特征在于大多数粉粒直径不超过1μm。
3.按照权利要求1或2所要求的阴极，其特征在于所述电子发射材料中含有按重量计0.02～1%的氧化钇或氧化钪或稀土金属氧化物。
4.按照权利要求3所要求的阴极，其特征在于所述电子发射材料中含有按重量计0.1～1%的氧化钇或氧化钪。
5.按照权利要求1、2或3所要求的阴极，其特征在于所述电子发射材料中含有按重量计0.02～0.5%的氧化铕。
6.按照权利要求1、2、3、4或5所要求的阴极，其特征在于所述电子发射材料层主要包含氧化钡和氧化锶。
7.按照权利要求1至6中任一权利要求所要求的阴极，其特征在于所述支承体含有还原剂。
8.一种装有权利要求1至7中任一权利要求所要求的阴极的电子束管。
全文摘要
一种在阴极电子发射材料中添加有氧化钇或氧化钪或碱土金属氧化物的氧化物阴极，其电子发射性能由于用细粉粒的氧化钇或氧化钪或碱土金属氧化物代替粗粉粒的氧化物而得到提高。
文档编号H01J1/14GK1046812SQ9010240
公开日1990年11月7日 申请日期1990年4月25日 优先权日1989年4月28日
发明者皮特勒斯·雅各布斯·安东尼厄斯·玛丽亚·德克斯, 卡罗勒斯·安东尼厄斯·斯密斯 申请人:菲利浦光灯制造公司