专利名称：用于电子枪电极的铁-铬-镍合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子枪，更具体地说是涉及一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，其具有有效的冲压性能和冲压可成形性以及改进的非磁性特性，以使电子枪的聚焦和会聚漂移性能不至于发生恶化。
背景技术：
通常在阴极射线管中，当对电子枪加载一预定功率时，由安装在管壳颈部内的电子枪发射电子束。发射的电子束经安装在管壳锥形部分上的偏转线圈产生偏转，同时激发涂覆在显示屏面板内表面上的用于成像的荧光粉。为减少显示屏的象差组成部分，已对这种阴极射线管应用不同的连接方法。
电子枪包括一个三极管单元，该三极管单元包括一个发射电子的阴极、一个控制电极和一个屏电极。在屏电极前面连续布置一组聚焦电极，朝向最后一个聚焦电极安装一个形成主透镜单元的最终加速电极28。
大部分形成电子枪三极管单元的电极由具有较小热膨胀系数的镍基超耐热不锈钢制成。此外，特别是加工成平板的控制电极和屏电极也要求优良的冲压性能。
除控制电极和屏电极之外的其它电极，特别是形成主透镜单元的电极被成形为杯形。因此，用于这些电极的材料应为可深冲压成形。这种杯形电极应保持非磁性特性以防止由于偏转磁场变形导致电子枪的聚焦和会聚漂移性能发生恶化。此外，这种电极应具有较优良的抗热性和耐蚀性以及较低的气体发射性质，以使不至于影响阴极管的真空状态。
普通的电极材料是不锈合金钢。现有的不锈合金钢含有铁(Fe)、15-70％的铬(Cr)、13.5-15.5％的镍(Ni)和0.05％或更少量的碳(C)，以上百分含量均为重量百分含量。然而这种不锈合金钢要求使用大量较贵金属镍，重量百分含量范围为13-16％，以使其在深冲压过程中可成形且具有非磁性特性。
因此，需要研制一种用于电子枪电极的含有较少量的镍的新型材料，以降低成本同时使新型材料在压制过程中具有优良的冲压性能和可成形性。
发明内容
本发明提供一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，可在一个适当范围内对其组成进行调整以提供所要求的冲压性能，并在热处理后保持非磁性用于改进聚焦和会聚漂移性能。
根据本发明的一个方面，提供一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，其中电子枪包括一个阴极、一个控制电极、一个布置在控制电极前面的屏电极、至少一个布置在屏电极前面以形成预聚焦透镜单元的聚焦电极、一个布置在聚焦电极前面以形成主透镜单元的最终加速电极以及一个与最终加速电极电连接的屏蔽杯状物。用于聚焦电极、最终加速电极和屏蔽杯状物的铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、0.03％或更少量的碳、1.00％或更少量的硅、2.00％或更少量的锰、0.04％或更少量的磷、0.03％或更少量的硫、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量。其平均粒度为0.010-0.022毫米。
本发明还提供一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，其中电子枪包括一个阴极、一个控制电极、一个布置在控制电极前面的屏电极、至少一个布置在屏电极前面以形成预聚焦透镜单元的聚焦电极、一个布置在聚焦电极前面以形成主透镜单元的最终加速电极以及一个与最终加速电极电连接的屏蔽杯状物。其特征在于，铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、0.03％或更少量的碳、1.00％或更少量的硅、2.00％或更少量的锰、0.04％或更少量的磷、0.03％或更少量的硫、余量铁以及微量杂质。以上百分含量均为重量百分含量。铁-铬-镍合金在1000℃或更高的温度条件下进行退火以将冷加工形成的铁磁性马氏体结构恢复为最初的非磁性奥氏体结构。
参照以下详细说明并结合附图更好地全面理解本发明以及其它一些优点，相同或相近的部件使用相同的参考标号表示，其中
图1是一个普通阴极射线管(CRT)的纵剖面图；图2是图1中电子枪的分解透视图；图3是图2中主透镜单元的截面图；图4是不同量镍含量的电极材料的磁导率与冷加工率的关系图；图5是根据本发明所述的电极材料的抗拉强度与平均粒度的关系图；图6是根据本发明所述的电极材料的屈服强度与平均粒度的关系图；图7是根据本发明所述的电极材料的延伸率与平均粒度的关系图；及图8是根据本发明所述的电极材料的塑性应变率与平均粒度的关系图。
具体实施例方式
参考图1，阴极射线管10包括一块其内表面上带有荧光层(未示出)的面板11，一个装配到面板11的用于形成一个管壳的漏斗形物12，一块具有许多电子束孔且与面板11内表面隔开一预定距离的荫罩13和一个用于固定荫罩13的荫罩构架14。
使用柱螺栓销15和弹性支承在柱螺栓销15上的线性(Hookspring)弹簧16固定面板11内侧荫罩构架14的位置。
在漏斗形物12的颈部12a中设置一支可在面板11内表面上的荧光层上扫描红色、绿色和蓝色电子束的电子枪20。在电子枪20前面安装一个屏蔽杯状物17。在漏斗形物12的锥形部分12b上安装一个用于电子束偏转的偏转线圈18。
如图2所示，电子枪20包括多个作为热离子发射器的阴极21，一个布置在阴极21前面的控制电极22，一个布置在控制电极22前面的屏电极23，一组安装在屏电极23前面的聚焦电极24-27以及一个朝向最后一个聚焦电极27安装的最终加速电极28。
三个用于发射红色、绿色和蓝色热离子的阴极21被布置在一条直线上。控制电极22使用外部信号控制阴极21的电子发射且控制电极22具有单独的电子束小孔。屏电极23也具有单独的电子束小孔，以便与朝向屏电极23的第一聚焦电极24一起组成一个的预聚焦透镜单元。
聚焦电极24-27在屏电极23前面连续排布，与屏电极23一起组成一个电子透镜单元，用于聚焦和加速电子束。
聚焦电极24-27的数量不限于以上所述。可增加聚焦电极24-27的数量以形成一个多步聚焦电子透镜。聚焦电极24-27中每一个聚焦电极都具有三个直列式电子束孔，电子束可由此处通过从而激发涂覆在面板11内表面上的红色、绿色和蓝色荧光粉。可根据由聚焦电极24-27形成的电子透镜尺寸改变电子束孔的形状。另一种选择是，在聚焦电极24-27的各个聚焦电极中可形成较大的单个电子束孔。
在具有以上结构的电子枪20中，对电极22-28中每个电极施加一预定电压用于聚焦和加速从阴极21发射的电子，阴极21作为热离子发射器，电子通过电子束孔。通过在阴极21和控制电极22之间的电位差对由阴极21发射的热离子进行控制。电子束在通过屏电极23时被加速，并由聚焦电极24-27和最终加速电极28聚焦在荧光层上以形成图像。
控制电极22和屏电极23呈平面形状，而其它电极24-28呈杯形。在这些电极中，形成主透镜单元的聚焦电极27和最终加速电极28成形或冲压成杯形，如图3所示。在此使用打孔机成形出电子束孔27a和28a，分别在聚焦电极27和最终加速电极28的电子束入射和出射表面上成形出凸边27b和28b。
根据本发明的特征，除去安装在电子枪20前面的控制电极22和屏电极23及屏蔽杯状物17(参见图1)，与传统电子枪相比，电极24-28含有较少量镍，且由具有特定平均粒度和表面粗糙度的奥氏体铁-铬-镍(Fe-Cr-Ni)不锈钢制成。
特别是，在本发明中奥氏体铁-铬-镍合金被用于电子枪电极。奥氏体铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、0.03％或更少量的碳(C)、1.00％或更少量的硅(Si)、2.00％或更少量的锰(Mn)、0.04％或更少量的磷(P)、0.03％或更少量的硫(S)、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量。
将具有上述组成的源合金制成用于电子枪电极的材料，方法如下对源合金进行初次冷轧、退火、酸洗、二次表皮光轧及脱脂处理。然后，对得到的源合金进行以下处理光亮退火、张紧均匀化及用于缠绕的纵切。
电子枪电极材料平均粒度为0.01-0.02毫米以提供有效的冲压性能、尺寸精度和良好的产品外观。
为防止电子枪的聚焦和会聚性能发生恶化，根据本发明所述的电子枪电极材料具有顺磁的奥氏体结构以确保材料的非磁性性质。这种微组织可由上述奥氏体铁-铬-镍合金得到，该奥氏体铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、0.03％或更少量的碳、1.00％或更少量的硅、2.00％或更少量的锰、0.04％或更少量的磷、0.03％或更少量的硫、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量。
在使用上述电极材料生产电极时，在1000℃或更高的温度条件下进行退火以将由冷加工形成的铁磁性马氏体结构恢复为最初的非磁性奥氏体结构。
当轧制比或冷加工百分比增加时，根据本发明所述的电极材料可具有磁性。然而，经1050℃退火处理后，电极材料的磁性消失，在冷轧前最初的非磁性性质得以恢复。
根据本发明所述的电极材料最初具有非磁性奥氏体结构。在按照改进的马氏体转变机制冷加工成铁磁性马氏体显微组织时，非磁性奥氏体显微组织发生变化。然而，可通过热处理重新获得最初的非磁性奥氏体显微组织。
电极材料中最好含有8-10％重量百分含量的镍。如果镍含量小于8％重量百分含量，在热处理后铁磁性结构不能完全转变成非铁磁性结构。而镍含量大于10％重量百分含量，则成本过高且不经济。
电极材料的表面粗糙度影响着与打孔机和冲模的摩擦系数以及冲压性能。此外，表面粗糙度与表面气体发射性质和最终产品的外观相关。最终产品的所需外观以及可成形性要求适当的表面粗糙度。为实现这一目标，对电极材料的表面涂刷处理以使其具有特定的粗糙度。
在本发明中，使用不平的辊子，而不是使用通常方法中的磨料将电极材料的表面作粗糙，使得不平的表面图案转移到电极材料的表面上。优选的不平的表面图案是一种不连续的点阵图形，而不是与轧制方向平行的连续的线性图案，这样可以减小电极材料的各向异性。
根据本发明所述的电极材料的算术平均粗糙度(Ra)为0.05-0.2微米，最大粗糙度(Rmax)为1.5-2.0微米。使用由定义为y＝f(x)的粗糙度曲线得到的以下公式计算得出算术平均粗糙度(Ra)，单位是微米，其中，粗糙度曲线的X轴表示具有参考长度的一条引出的平均线的延伸方向，Y轴表示与引出的平均线的延伸方向相垂直的方向Ra=1L∫0L|y(x)|dx]]>若电极材料的表面粗糙度超出以上范围，润滑作用不足并产生严重磨损。如上所述，优选一种不连续的点阵图形，而不是连续的线性图案以减小电极材料的各向异性。
对于电子枪电极的尺寸精度和硬度以及改进的冲压性能，当聚焦电极27或最终加速电极28具有较大的单个电子束孔，高度为7毫米或更大且屏蔽杯状物17的高度为7毫米或更大时，用于聚焦电极27、最终加速电极28和屏蔽杯状物17的电极材料的维氏硬度最好为165-180Hv。然而，当聚焦电极17或最终加速电极28具有独立的电子束小孔，高度为7毫米或更小时，用于聚焦电极17和最终加速电极28的电极材料的维氏硬度最好为160-175Hv。当聚焦电极17或最终加速电极28包括一个内部电极，高度为7毫米或更小，且屏蔽杯状物的高度为7毫米或更小时，用于聚焦电极17、最终加速电极28和屏蔽杯状物的电极材料的维氏硬度最好为160-175Hv。
以下，参考下列实验实例对根据本发明所述的电极材料的性质进行详细说明。
表1列出了传统电极材料(比较实例)的组成和根据本发明所述的电极材料(实例1-6)的组成及其平均粒度。
表1
在表1中，电极材料的组成以重量百分含量表示。传统电极材料是铁-16％铬-14％镍不锈合金钢，根据本发明实例1-6所述的电极材料是奥氏体不锈合金钢，其组成在一个预定范围内变化。
参照表1，与传统电极材料含有14.12％重量百分含量的镍相比，根据本发明所述的电极材料仅含有9.48％重量百分含量的镍。此外，与传统电极材料含有0.04％重量百分含量的碳相比，根据本发明所述的电极材料仅含有0.02％重量百分含量的碳，从而抑制碳在晶界处析出，由此改善了电极材料的耐蚀性和脆性。
术语平均粒度是指沿不锈合金钢显微组织中各晶界裂开的奥氏体晶粒的平均尺寸。
对根据本发明所述具有不同组成的电极材料的性质进行了测量。测量结果如下。
图4是不同量镍含量的电极材料的磁导率与冷加工率的关系图。
如图4所示，与含有12％重量百分含量镍(曲线A)和含有9.5％重量百分含量镍(曲线B)的电极材料相比，随着冷加工率的增大，含有8.0％重量百分含量镍的电极材料的磁导率(曲线C)更接近于线性增大。
特别是对于含有8％重量百分含量镍的电极材料，磁导率随冷加工率的增大而急剧增大。磁导率表示的是磁力线通过电极材料的难易程度。除非达到磁饱和，否则磁力线不会通过铁磁性材料。同时，磁力线可很容易地通过非磁性材料。在真空中的磁导率等于1。磁导率最好接近1，以使得不会影响偏转磁场和不会恶化电子枪的聚焦性能。
图5-7是根据本发明所述的电极材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率与平均粒度的回归曲线关系图。如图5-7所示，随平均粒度的增加，电极材料的抗拉强度和屈服强度呈线性减小，但延伸率增大。
使用塑性应变率对根据本发明所述的电极材料的可成形性进行评定。由Lankford提出的R值由以下公式表示R=ϵwϵt=ln(Wf/W0)ln(tf/t0)=ln(Wf/W0)ln(W0l0/Wflf)]]>其中εw和εt分别表示在宽度和厚度方向上的应变；Wf和W0分别表示在应变前和应变后电极材料的宽度；tf和t0分别表示在应变前和应变后电极材料的厚度；W0l0表示在拉伸试验进行前在宽度和深度方向上的距离；Wflf表示在达到18％的延伸后在宽度和深度方向上的距离。
塑性应变率，R值是确定颈缩现象开始的因子，颈缩现象是由于电极材料在加工过程中存在的不稳定塑性造成的，即电极材料局部变细而产生的。R值越大意味着由于阻力较小，在宽度和轧制方向上更容易发生应变，但是更易于在应变阻力较大的厚度方向上产生颈缩现象。因此，R值越大，冲压性能越好。
根据本发明所述的电极材料具有奥氏体结构。与具有奥氏体结构的合金钢相似，可使用下面的多重回归方程式计算具有面心立方结构(FCC)的合金钢的R值R＝1.165-6.86×10-3(TS/YS)-1.111n+5.928×10-3EL其中TS表示抗拉强度，单位为Mpa；YS表示屈服强度，单位为Mpa；n表示应变硬化指数；以及EL表示延伸百分率。
在本发明所述的实例中，电极材料的应变硬化指数n约为0.5。相对于平均粒度变化的R值可使用上面的多重回归方程式进行计算。结果如图8所示。表2中列出了图5-8的结果。
表2
参考图8和表2，随平均粒度增大，塑性应变率，R值也增大。然而，根据电极形成后的尺寸精度和凸边形状，平均粒度最好在0.010-0.022毫米范围内。
如上所述，用于根据本发明所述的电子枪电极的铁-铬-镍合金钢为得到特定的平均粒度和表面粗糙度，可在一个预定范围内对其组成进行调整。合金钢具有以下作用。
与传统合金钢相比，用于电子枪电极的铁-铬-镍合金钢含有较少的较贵金属镍，从而大大降低了电子枪的生产成本。此外，由铁-铬-镍合金钢制成的电子枪电极具有有效的冲压性能和冲压可成形性。铁-铬-镍合金钢是非磁性的，可防止电子枪的聚焦和会聚漂移性能发生恶化。因此，铁-铬-镍合金钢可用于生产更加可靠的阴极射线管。
虽然已经根据典型实施例对本发明进行了特别说明和详细描述，应这样理解，即本领域普通技术人员可以在不偏离由以下权利要求限定的本发明主旨和范围的前提下对一些形式和细节进行各种改变。
权利要求
1.一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，其中电子枪包括一个阴极、一个控制电极、一个布置在所述控制电极前面的屏电极、至少一个布置在所述屏电极前面以形成预聚焦透镜单元的聚焦电极、一个布置在所述至少一个聚焦电极前面以形成主透镜单元的最终加速电极以及一个与所述最终加速电极电连接的屏蔽杯状物；用于所述至少一个聚焦电极、所述最终加速电极和所述屏蔽杯状物的所述铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、不超过0.03％的碳、不超过1.00％的硅、不超过2.00％的锰、不超过0.04％的磷、不超过0.03％的硫、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量。
2.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其表面粗糙度Ra范围为0.05-0.2微米，最大粗糙度Rmax范围为1.5-2.0微米。
3.根据权利要求2所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，表面粗糙度源于使用不平的辊子成形的所述铁-铬-镍合金的表面图案。
4.根据权利要求3所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，表面图案是一种平行于轧制方向的不连续的点阵图形，用于使铁-铬-镍合金具有较小的各向异性。
5.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极之一具有较大的单个电子束孔且高度为7毫米。
6.根据权利要求5所述的铁-铬-镍合金，当用于具有较大的单个电子束孔的所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极时，其维氏硬度范围为165-180Hv。
7.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，所述屏蔽杯状物的高度至少为7毫米。
8.根据权利要求7所述的铁-铬-镍合金，当用于所述屏蔽杯状物时，其维氏硬度范围为165-180Hv。
9.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极之一具有独立的电子束小孔且其高度不超过7毫米。
10.根据权利要求9所述的铁-铬-镍合金，当用于具有独立的电子束小孔的所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极时，其维氏硬度范围为160-175Hv。
11.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极之一包括一个内部电极且其高度不超过7毫米。
12.根据权利要求11所述的铁-铬-镍合金，当用于所述至少一个聚焦电极和所述最终加速电极时，其维氏硬度范围为160-175Hv。
13.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其平均粒度范围为0.010-0.022毫米。
14.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，将所述合金加工成用于所述电子枪的所述电极的材料要经过初次冷轧、退火、酸洗、二次表皮光轧及脱脂处理中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，对所述合金要进行光亮退火、张紧均匀化及用于缠绕的纵切中的至少一个。
16.一种用于电子枪电极的铁-铬-镍合金，其中电子枪包括一个阴极、一个控制电极、一个布置在所述控制电极前面的屏电极、至少一个布置在所述屏电极前面以形成预聚焦透镜单元的聚焦电极、一个布置在所述至少一个聚焦电极前面以形成主透镜单元的最终加速电极以及一个与所述最终加速电极电连接的屏蔽杯状物；用于所述至少一个聚焦电极、所述最终加速电极和所述屏蔽杯状物的所述铁-铬-镍合金含有18-20％的铬、8-10％的镍、不超过0.03％的碳、不超过1.00％的硅、不超过2.00％的锰、不超过0.04％的磷、不超过0.03％的硫、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量，其中，所述铁-铬-镍合金在不低于1000℃条件下经受退火以将由冷加工形成的铁磁性马氏体结构恢复为最初的非磁性奥氏体结构。
17.根据权利要求16所述的铁-铬-镍合金，当用于所述至少一个聚焦电极、所述最终加速电极和所述屏蔽杯状物时，其平均粒度范围为0.010-0.022毫米。
18.根据权利要求16所述的铁-铬-镍合金，其表面粗糙度Ra范围为0.05-0.2微米，最大粗糙度Rmax范围为1.5-2.0微米。
19.根据权利要求16所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，将所述合金加工成用于所述电子枪的所述电极的材料要经过初次冷轧、退火、酸洗、二次表皮光轧及脱脂处理中的至少一个。
20.根据权利要求16所述的铁-铬-镍合金，其特征在于，对所述合金要进行光亮退火、张紧均匀化及用于缠绕的纵切中的至少一个。
全文摘要
一种电子枪，包括一个阴极、一个控制电极、一个布置在控制电极前面的屏电极、至少一个布置在屏电极前面以形成预聚焦透镜单元的聚焦电极、一个布置在聚焦电极前面以形成主透镜单元的最终加速电极以及一个与最终加速电极电连接的屏蔽杯状物。用于聚焦电极、最终加速电极和屏蔽杯状物的铁－铬－镍合金含有18－20％或更少量的铬、8－10％的镍、0.03％或更少量的碳、1.00％的硅、2.00％或更少量的锰、0.04％或更少量的磷、0.03％或更少量的硫、余量铁以及微量杂质，上述百分含量均为重量百分含量，其平均粒度为0.010－0.022毫米。
文档编号H01J29/48GK1530999SQ200410002979
公开日2004年9月22日 申请日期2004年1月21日 优先权日2003年3月13日
发明者秋成勋, 李英勋, 权容杰 申请人:三星Sdi株式会社