专利名称：电子管的两层式阴极及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电子管，特指一种电子管的两层式阴极及其制造方法。
传统的电子管的氧化物阴极如
图1所示，是将基材1组装在阴极套筒3上，将悬浮液电子发射层4吹附在基材1上，加热元件2组装于套筒3内，常用的基材1的主要成分为镍中含有少量还原剂镁和硅，常用的电子发射层4是将钡锶和钙的碳酸盐连同粘结剂和溶剂用球磨机研磨混合成所需的粒径和粘度，通过加热元件加热位于基材1上方的电子发射层4，使其碱土碳酸盐转变成碱土氧化物，反应式为…………(1)生成的碱土氧化物BaO、SrO、CaO，在真空及1000℃高温下与基材1中的金属镁和硅反应，形成氧缺乏型半导体电子发射源“自由钡”，反应式为……………(2)…………………(3)其主要缺陷在于，上述反应式(2)和(3)中的生成物SiO2和MgO可与电子发射层4中的分解产物(Ra、Sr、Ca)O发生反应，生产和Ba2SiO4等盐，形成扩散障碍层，减缓基材1中还原剂Mg和Si向外扩散的速率，降低“自由钡”的生成速率，且障碍层的厚度随着时间和温度的增加而变厚，其属于高电阻层，将阻止电流的流通，故上述传统的氧化物电子管阴极仅能在低电流密度和低温下使用，适用于电流密度0．5-0．8A／cm2，温度700-800℃。
日本Mitsubishi公司提出了氧化钪散布性阴极及其制造方法，先将含有少量还原剂Si和Mg的镍基材1焊在阴极套筒3上，在10-5-10-8torr的高真空下，用热蒸镀或溅镀方式，将厚度不超过2．0μm的含少量钨或钼的金属膜镀在基材1的表面，再于800-1100℃进行热处理，移去残留在金属膜表面或内部的杂质，并使金属膜进行烧结或再结晶，使金属膜向基材1的内部扩散，与其中的镍生成少量的Ni4W的细晶结构，令生成的界面层Ba2SiO4为不连续型，增加扩散路径，再于金属膜之上吸附一层含有0．01-9％wtSc2O3的碱土金属氧化物作为金属发射层，由于散布性氧化钪的加入和含钨或钼的金属镀膜的形成，能在高电流下使用，主要缺陷在于其制造方法复杂，成本较高，不适合大批量生产，其镀膜与电子发射层或基材之间易因热膨胀系数的差异造成剥离，降低使用寿命或电压不稳。
本发明的目的在于提供一种电子管的两层式阴极及其制造方法，在镍基材上喷附两层多孔性的电子发射层，其成型方式是将预先调配的不同成份的电子发射悬浮液依次喷附在事先预热的阴极基材上，形成两层多性的电子发射层，克服现有技术的弊端，达到制造方法简单，提高电流密度和使用寿命的目的。
本发明的目的是这样实现的一种电子管的两层式阴极，包括主要成份为镍中含有少量还原剂的基材组装于阴极套筒上，在阴极套筒内设有加热元件，在基材上设有电子发射层，其特征在于该电子发射层为喷附在基材上的两层多孔性的电子发射层，该第一层多孔性的电子发射层的主要成份为碱土金属氧化物及1-30％(重量)的钨粉，该第二层多孔性的电子发射层位于该第一层电子发射层的上方，其主要成份为碱土金属氧化物。
该碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化锶或氧化钙。
该钨粉为经过氢化热处理的钨粉。
该碱土金属氧化物至少为氧化钡。
该第一层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
该第二层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
该稀土金属氧化物包括氧化钪。
该基材中的还原剂包括镁和硅。
该第一层多孔性的电子发射层的厚度为2-90μm。
该两层多孔性的电子发射层厚度合计为35-100μm。
该第一层的钨粉为20％(wt)。
该一层氧化钪为1．5％(wt)。
该第二层氧化钪为1．5％(wt)。
该第一层多孔性的电子发射层的厚度为70μm。
该两层多孔性的电子发射层的厚度合计为80μm。
该一层钨粉为15％(wt)。
17、一种电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该制造方法是将两种不同成份的电子发射悬浮液依次喷附在经预热的阴极基材上，形成两层多孔性的电子发射层，该第一层电子发射层的主要成份为碱土金属氧化物及1-30％(wt)的钨粉，该第二层发射层的主要成分为碱土金属氧化物。
该碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化锶或氧化钙。
该碱土金属氧化物至少为氧化钡。
该第一层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
该第二层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
本发明的主要优点是1、由于本发明的第一层的电子发射层中含有1-30％wt的钨粉，其与基材中的镍反应，生成大量的Ni4W细晶结构，使界面层形成的Ba2SiO4悬浮于其中，不会形成障碍层，不影响基材中Mg和Si向外扩散的速率，保证“自由钡”的生成速率。
2、由于消除了障碍层，保证电子发射源的正常运转，保持发射电流稳定，大大延长了阴极的使用寿命。
3、其中的钨粉作为还原剂还可与BaO、SrO和CaO反应，生成电子发射源“自由钡”，增加阴极的电流。
4、本发明的制造方法是将两层电子发射层的悬浮液依次喷附在基材上，不需要热蒸镀或溅镀，也不用烧结，具有设备简单，成型容易，成本低廉的优点。
下面结合较佳实施例和附图对本发明进一步说明图1为常用氧化物阴极的剖面示意图2为本发明的两层式阴极的剖面构造示意图；图3为使用寿命对比试验的曲线图；参阅图2，本发明为将基材5组装在管状的阴极套筒6上，该阴极套筒6内设有加热元件7，再将预先调配的两种不同成分的悬浮液，以适当的压力依次吹附在事先预热的该基材5上，形成两层多孔性电子发射层8a、8b，其中第一层多孔性电子发射层8a直接吹附在该基材5上，其厚度在70μm，其成份为碱土金属氧化物及15wt．％钨或再添加2wt．％稀土金属氧化物，在该第一层多孔性电子发射层8a上方则吹附有第二层多孔性电子发射层8b，其主成份为碱土金属氧化物，并可添加1wt．％稀土金氧化物，该两层的总厚度约在80μm。由于本发明的该电子发射层不需热蒸镀或溅镀，仅需传统吹附设备，即可以吹附成型方式制成两层式阴极，完全不需经过烧结等特殊步骤或增添其它特殊装置，故其制作成本为所有阴极成型方法中最低，可在最短时间内大量生产。
在本发明中，该基材5主要由镍及微量的还原剂镁、硅所组成，该碱土金属氧化物则包含氧化钡、氧化锶、氧化钙等成份，但至少需包含氧化钡。由于前述传统氧化物阴极，在长时间使用后，其基材与电子发射层间将会形成一高电阻的界面层Ba2SiO4，阻止电流流通，并阻碍基材中的还原剂向外扩散，使该传统氧化物阴极在长时间使用后，其发射电流逐渐降低。本发明为改善此一缺陷，利用吹附方式制作含钨的两层式阴极，在活化性制程中因1000℃的高温环境，将其基材5与第一层多孔性电子发射层8a间形成Ni4W细晶结构，使其界面层Ba2SiO4悬浮其中，形成非连续层，增加还原剂的向外扩散路径，令公式(2)及(3)所示的反应得以持续进行，以产生足量的自由钡………………(2)…………………(3)此外，在本发明中，该第一层多孔性电子发射层8a中所添加的钨亦可作为一种还原剂，与电子发射材料层反应产生自由钡，增加发射电流，其反应式以下式表示………………(6)本发明在第一层多孔性电子发射层8a中所添加的0．1-5wt．％稀土金属氧化物，如氧化钪等，因可与界面层及镍产生分解反应，降低界面层厚度，使自由钡不受阻碍大量生成，故可有效提升电流密度。
由于本发明中电子发射层的表面内含有不易发射电子的钪(Sc)及钨(W)等功函数较高的成份，令阴极发射电流不稳定，极易于阴极上造成麻点现象，故本发明为避免此一现象，特于原有阴极表面多喷附一层碱土金属氧化物，或含0．1-5wt．％的稀土金属氧化物，如氧化钪的稀土金属氧化物作为电子发射层，形成本发明的两层式阴极，且其电子发射层的附着性亦不致因层数增加而降低。
参阅图3，本发明的两层式阴极与传统型氧化物阴极及Mitsubishi的氧化钪散布型阴极的使用寿命对比试验。其中电流密度为2．0A／cm2，时间为2000小时。
1、曲线1代表本发明的两层式阴极，其内层电子发射层8a成份为碱土金属氧化物添加20％钨，外层8b为碱土金属氧化物添加1．5％Sc2O3。
2、曲线2代表Mitsubishi研发的氧化钪散布型阴极；3、曲线3代表传统氧化物阴极；从试验结果清楚的表明1、传统的氧化物阴极(曲线3)，随时间，其电流密度迅速下降，至2000小时，仅有正常电流的70％，即下降30％。
2、Mitsubishi的氧化钪散布型阴极(曲线2)，随时间，其电流密度明显的下降，至2000小时，仅有正常电流的85％，即下降15％。
3、本发明的两层式阴极(曲线1)开始至500小时阴极发射电流逐渐上升，至500小时达稳定值，随时间保持稳定不变，没有下降趋势，证明本发明的两层式阴极可维持“自由钡”的数量不变。
权利要求
1.一种电子管的两层式阴极，包括主要成份为镍中含有少量还原剂的基材组装于阴极套筒上，在阴极套筒内设有加热元件，在基材上设有电子发射层，其特征在于该电子发射层为喷附在基材上的两层多孔性的电子发射层，该第一层多孔性的电子发射层的主要成份为碱土金属氧化物及1-30％(重量)的钨粉，该第二层多孔性的电子发射层位于该第一层电子发射层的上方，其主要成份为碱土金属氧化物。
2.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化锶或氧化钙。
3.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该钨粉为经过氢化热处理的钨粉。
4.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该碱土金属氧化物至少为氧化钡。
5.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第一层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
6.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第二层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
7.如权利要求5或6所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该稀土金属氧化物包括氧化钪。
8.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该基材中的还原剂包括镁和硅。
9.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第一层多孔性的电子发射层的厚度为2-90μm。
10.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该两层多孔性的电子发射层厚度合计为35-100μm。
11.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第一层的钨粉为20％(wt)。
12.如权利要求7所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该一层氧化钪为1．5％(wt)。
13.如权利要求7所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第二层氧化钪为1．5％(wt)。
14.如权利要求9所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该第一层多孔性的电子发射层的厚度为70μm。
15.如权利要求10所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该两层多孔性的电子发射层的厚度合计为80μm。
16.如权利要求1所述的电子管的两层式阴极，其特征在于该一层钨粉为15％(wt)。
17.一种电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该制造方法是将两种不同成份的电子发射悬浮液依次喷附在经预热的阴极基材上，形成两层多孔性的电子发射层，该第一层电子发射层的主要成份为碱土金属氧化物及1-30％(wt)的钨粉，该第二层发射层的主要成分为碱土金属氧化物。
18.如权利要求17所述的电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化锶或氧化钙。
19.如权利要求17所述的电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该碱土金属氧化物至少为氧化钡。
20.如权利要求17所述的电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该第一层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
21.如权利要求17所述的电子管的两层式阴极的制造方法，其特征在于该第二层多孔性的电子发射层中还添加0．1-5％重量的稀土金属氧化物。
全文摘要
一种电子管的两层式阴极及其制造方法,将两种不同成份的电子发射悬浮液依次喷附在经预热的阴极基材上,形成两层多孔性的电子发射层,该第一层电子发射层的主要成份为碱土金属氧化物及1－30%(wt)的钨粉,该第二层发射层的主要成分为碱土金属氧化物。具有制造方法简单,提高电流密度和使用寿命的功效。
文档编号H01J1/13GK1292566SQ9912178
公开日2001年4月25日 申请日期1999年10月11日 优先权日1999年10月11日
发明者周国庆, 李书贤, 蔡锦福 申请人:中华映管股份有限公司