专利名称:浸渍阴极的制作方法
本发明涉及一种浸渍阴极。浸渍阴极一向被认为是有可能长时间保持高电子发射能力的阴极。但在具有高发射能力的反面，却存在工作温度高(约1050～1200℃)、电子发射材料钡的蒸发大、加热用的热子承受不住长时间使用等问题。
为了解决这个问题，提出了在电子发射面上敷锇这类贵金属的方案，这样就有可能使工作温度降低约150℃左右。但是，由于被敷金属膜与基体材料相互扩散的问题，特别是在敷锇的情况下，由于氧化的问题，其效果不甚稳定。
代替敷锇这类金属的敷膜方法，提出了浸渍阴极(Sc2O3混合基体浸渍阴极)方案，即用Sc2O3或含Sc的氧化物〔例如(Al，SC)2)O3〕和钨等耐热性金属组成烧结材料的基体，然后向此基体内浸入电子发射材料(日本专利公开昭58-154131)。
这种阴极比敷锇阴极有可能达到更低的工作温度。在此种阴极的电子发射面上可形成由Ba、Sc和O组成的具有低逸出功的单原子层，尽管有此特点但该单原子层由于任何原因一旦消失。就必须采用长时间高温热处理等来使该单原子层再生。并且，也会有再生不出来的情况，从寿命角度来看这是一个问题。
本发明的目的在于提供这样一种浸渍阴极，它既可保持低温工作的特点，又能易于补充和再生低逸出功单原子层。
本发明的其它目的是，在耐热的多孔物质基体内浸入电子发射材料所制得的浸渍阴极中，在该多孔物质基体的电子发射面上再敷上一薄层，此薄层由高熔点金属和Sc(或Sc的氧化物)，或者由高熔点金属和Sc及Sc的氧化物共同组成，这就是本发明浸渍阴极的特点。
图1为本发明浸渍阴极的一个实施例的剖面示意图，图2为本发明的阴极与过去的浸渍阴极的电子发射特性的比较图。
对上述日本专利公开昭58-154131所述的阴极的电子发射面，用表面分析仪器来测定所存在的单原子层的元素组成，查明了在Sc2O3(或是ScOX)上吸附有Ba的成份。基于这个结果，阴极的结构希望把补充Ba的部分和补充Sc2O3的部分分开来，并将Ba的通道连接起来。
浸渍阴极的制法要点是把电子发射材料铝酸钡等浸入钨多孔耐热基体的孔隙部分。为了使铝酸钡熔融，通常在1700～1900℃左右的高温下进行浸渍。此时如果在钨基体内含有Sc2O3，则大部分电子发射材料就在高温下进行反应，并变化成为钪酸钡(Ba3Sc4O9)等，因此，未反应的Sc2O3(或是ScOx)和Ba则在电子发射面上形成Ba、Sc和O组成的单原子层，在用这种阴极的摄象管和显象管内，若因放电等引起离子轰击，则可能使这种单原子层消失。要使单原子层再生，就必须采用高温长时间的处理，其原因是，一旦形成了Ba3Sc4O9因其结合能高，蒸汽压又低，要使Ba3Sc4O9产生分解反应，并使分解后的产物向阴极表面扩散、迁移，就要有高活化能的处理过程，因此，有必要想法使单原子层的形成不经过生成Ba3Sc4O9的过程。
因此，本发明阴极的特点在于，予先制备好浸渍有电子发射材料的耐热多孔质基体，在该基体的电子发射面上形成高熔点金属和Sc(或Sc的氧化物)组成的薄层。
作为耐热多孔质基体，可以照用以前的浸渍阴极所用的基体。也就是说，可用下列材料W、MC、Ir、Pt、Re等单质或其合金，其孔隙率可为12～50%，较理想的为15～35%，最理想的为20～25%。另外，众所周知，在多孔质基体内可添加zr、Hf、Ti、Cr、Hn、Al、Si等元素的一种或二种以上作为添加的激活剂。在本发明中也可采用添加有这类激活剂的基体。
薄层的厚度为10nm～1μm较为理想。可从高熔点金属W、MO、Ir、OS、Re及Pt等中至少选出一种金属来制作薄层。Sc和(或)Sc2O3的含量大概1-20%(重量百分比)较为理想，最好是5～15%(重量百分比)，若Sc或Sc2O3的含量较少，则工作温度就不能降低。另外，因Sc2O3是电绝缘体，其含量过多也是不理想的。该薄层的孔隙度小于20%较为理想，小于10%就更理想了，薄层即使可用任何方法得到，通常是用真空溅射法来涂敷，还有粉末材料烧印法，凡利用烧结材料来涂敷的方法均可使用。
以下，用图1来说明本发明的一个实施例。图1为本发明浸渍阴极的剖面示意图。图中1是阴极材料片(φ1.4)，它由孔隙度为20～25%的多孔质钨基体2和孔隙3形成，并且多孔质基体可用MO、Ir、Pt、Re等或它们的合金来制作。孔隙3中浸入电子发射材料BaCo3、CaCo3、Al2O3，它们以克分子比为4∶1∶1的比例配合起来。另外，也可用别的克分子比的材料或添加有别的材料的电子发射材料，该阴极片装于Ta杯④中，然后Ta杯4用激光焊接在Ta套筒5内。若不用激光焊接，则可用焊料焊接，阴极由热子7来加热，热子7是敷氧化铝的钨芯丝6。上述的电子发射材料作为Ba的补给源，Ba的补给量与加热温度有关，也可通过改变电子发射材料的克分子比，还可通过基体材料中含有的Zr、Hf、Ti、Cr、Mn、Si、Al等激活剂来调节，Sc2O3的补给源是由厚度为10nm～1μm的钨和Sc2O3组成的薄膜8。该薄膜是用高频溅射法涂敷而成的。也可用MO、Re、Pt、Zr、Ta等金属或它们的合金来代替钨。
在用这样的阴极构成的阴极-阳极二极管方式中，在阳极上加入脉宽为5μS、重复频率为100HZ的高压脉冲，并测出了饱和电流密度，其结果如图2所示。
图有9是根据本发明敷有钨和Sc2O3薄膜的阴极的特性。过去的Sc2O3混合基体浸渍阴极的特性与本发明的特性9是一致的。但是，若在Ar环境气压约5×10-5托下，以25ma的发射电流进行Ar离子溅射5分钟，则Ba、Sc和O组成的单原子层就会被除去，其特性成为特性10，相反，本发明的阴极虽经Ar离子溅射，但未出现电子发射特性的恶化现象。
按照本发明，即使由于任何原因，Ba、Sc和O组成的单原子层也消失了，但因工作中这些元素可以得到补充，所以完全不会出现发射特性下降的现象。此外，即使特性万一有下降，利用1150℃，15～30分钟左右的热处理也可以形成完全的单原子层，从而可保持长寿命、低温工作的特点。
权利要求
1.在耐热多孔质基体内浸入电子发射材料的浸渍阴极，其特征在于，在此多孔质基体的电子发射面上敷以薄层。此薄层由高熔点金属和Sc(或Sc的氧化物)，或者由高熔点金属和Sc及Sc的氧化物共同组成。
2.根据权利要求
1所述的浸渍阴极，其上述薄层的厚度为10nm～1μm。
3.根据权利要求
1所述的浸渍阴极，其上述薄层中，Sc和Sc的氧化物的含量为1～20%(重量百分比)。
4.根据权利要求
1所述的浸渍阴极，其上述的高熔点金属可从W、Mo、Ir、OS、Re及Pt等金属中至少选出一种。
专利摘要
在耐热多孔质基体内浸入电子发射材料的浸渍阴极，在此多孔质基体的电子发射面上敷以薄层。此薄层由高熔点金属和Sc(或Sc的氧化物)或者由高熔点金属与Sc及Sc的氧化物共同组成，该种浸渍阴极的特点就在于此。由于预先在基体内浸入电子发射材料，再加上形成了含Sc或Sc的氧化物的薄层，所以，由Ba、Sc和O组成的单原子层在电子发射面上就得以长寿命地存在下来。
文档编号H01J1/13GK85104881SQ85104881
公开日1987年1月7日 申请日期1985年6月26日
发明者山本惠彦, 田口贞宪, 会田敏之 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan