专利名称:旁热式阴极的制造方法
本发明涉及用作诸如阴极射线管之类的电子管上的旁热式阴极的制造方法。就用于电视机显象管和信息处理设备上的显示管之类的阴极射线管的旁热式阴极来说，由于借助尽可能提高阴极温度的热电子发射，人们希望减少从开关接通到图象出现在显示屏上所需时间。
在诸如日本专利公报51-50564中所说明的那类旁热式阴极情况下，阴极具有这样一种结构一个粘有热电子发射材料的盖，罩在阴极套筒的顶部，而灯丝被插入阴极套筒的内部，以便通过加热灯丝去加热热电子发射材料。就上述类型的旁热式阴极来说，可通过在套筒的内、外表面上涂敷黑色涂层来减少热电子发射的发射预热时间。
然而，当阴极套筒的内外表面敷以黑色涂层时，增强了来自阴极套筒外表面的热辐射，从而导致阴极管的电源消耗也增大。由阴极系统的电源消耗增加引起电子管的温度上升，继而导致各电极的热变形，由于各电极部分的温度增高而出现的杂散辐射以及整个电子管的综合性能变坏。
为了在减少电源消耗的同时，消除上述电子管中温度升高的不利影响而均不在阴极套筒的内、外表面敷以黑色涂层时，将得到这样的效果降低了阴极套筒内表面有效地吸收灯丝辐射的热量结果增加了热电子发射的发射预热时间。
因此，为获得电源消耗小而热电子发射的发射预热时间短的旁热式阴极，应只对阴极套筒的内表面(靠灯丝侧)涂以黑色涂层。
作为应用所述技术于电子管的一个例子-日本专利公报53-145464中揭示了一种可通过采用双阴极套筒实现低功率消耗旁热式阴极的技术，但这一技术的缺点在于元件数及工艺过程中的装配件数增加了，这不仅使阴极套筒本身的热容量增加，其结果也增加了热电子发射的发射预热时间，而且提高了生产成本。作为只给阴极套筒的内表面提供黑色涂层而不用双阴极套筒结构的一种方法，可采用先通过普通工艺(例如用湿氢热处理法-the method by the heat treatment in the neet hydrogen)对阴极套筒的内、外表面均敷以黑色涂层，然后经筒体精加工将其外表面上的黑色涂层除去，但此法的缺点是在筒体精加工过程中，有可能使套筒变形，而这种影响是不利于制造过程中的质量控制的。还有，如日本专利公报48-66968中所提出的另一种方法以将钨粉涂敷在阴极套筒的内、外表面上为特色，以便于热的吸收，但此法存在以下一系列问题所述方法要求为在还原气氛中燃烧已干的钨悬浮涂层的工艺过程，而这就对生产效率来说是个不利因素，再者，如前所述，阴极套筒的内外表面上均有黑色涂层时，不仅使功率消耗增大而且出现的杂散发射导致电子管的特性变坏。此外，在所述的日本专利公报中所提出的所述方法中，钨和氧化铝的混合物是借助溅射涂敷的，而该涂层是在某种还原气氛下燃烧而形成黑色涂层的，因此，这种黑色涂层有可能由于所述黑色涂层同插入在阴极套筒内的并经反复通断作用而产生热应变的灯丝接触而剥离。除上述问题以外，用这种方法制造电子管还有如下问题由于该黑色涂层厚达若干微米(μm)以上致使电子管具有大的热容量，结果延长了发射预热时间，而且由于减小了阴极套筒的内径势必需要减小要插入阴极套筒的灯丝的尺寸，致使不得不降低设计容差。
本发明是在考虑到上述种种情况下完成的，本发明旨在提供这样一种旁热式阴极制造法-它消除了传统制造法的各种问题，并具有低功率消耗和较短的热电子发射的发射预热时间。
为了实现上述目的，本发明的特色在于阴极套筒由含有诸如铬(C)之类还原材料的材料制成，具有将诸如氧化钨等氧化物涂敷在阴极套筒内表面上的工艺过程-以便通过还原所述的氧化物而增强这种表面的发射率，以及通过所述还原材料还原所述氧化物的工艺。
本发明的发明者已发现只对阴极套筒的内表面，通过人工使金属和氧化物相结合是能提高其发射率(例如，吸收活性)的，-这种结合由于阴极套筒的温度升高以及诸如氧化和还原之类的化学反应的迅速进行而具有大的热发射率。更具体地说，本发明的发明者已经发现用于产生这样一种金属和氧化物的薄层方法借助于包含在阴极套筒材料中的还原材料，还原涂敷在阴极套筒内表面上的金属氧化物而使该薄层的机械和热性能均稳定。
现简要说明附图图1是作为采用本发明方法制造的旁热式阴极而以阴极射线管为例的一个横截面图。
图2是作为运用本发明方法制成的旁热式阴极例子的主要部件的横截面图。
图3是为说明本发明的旁热式阴极制造法的横截面图。
现使用附图，对本发明详细说明如下图1是作为采用本发明方法制成的旁热式阴极一例的彩色显象管的主体部分的横截面图。该图示出了电子管1，面板2，荧光屏3，阴罩4，电子枪5和旁热式阴极6-其中的一个阴极的详细结构示于图2中，而三个这样的旁热式阴极6排成一行构成电子枪的一部分。
图2是作为用本发明的方法制造的旁热式阴极例子的主体部分的横截面图，该图示出了旁热式阴极6的基本结构盖6b的顶部复以电子发射材料6a，阴极套筒6c，在阴极6c的内表面上形成厚度小于105
的黑色涂层6d，和圆盘6e，而且盖6b固定在所述阴极套筒6c的一端，而圆盘6e固定到所述阴极套6c的另一端。灯丝7置于所述旁热式阴极6中，以便通过加热所述灯丝7而获得理想的热电子。
图3是为解释本发明制造旁热式阴极的方法的图。就此法而论，阴极装配体示于图2-但不包括灯丝7，黑色镀层6d和电子-发射材料6a被连到夹具17，并置于一个钟罩内，由蒸发源18进行诸如钨、银、钛和锰等类金属的溅射，以便至少在阴极套筒6c的内表面上形成所述金属氧化物的真空蒸发膜19。在得到真空蒸发膜19以后，将带有真空蒸发膜19的阴极装配体16从夹具17中取出，并经阴极组件或电子管的制造工艺中的真空热处理，使真空蒸发膜19变成黑色涂层6d。
以外，无需说，本发明的制造方法也能用于生产已知结构的旁热式阴极-具有与阴极套筒相同材料制成的盖，以及盖与套筒制成一体的结构。在此情况下，盖部分也包含有还原材料。
本发明的最佳实施例说明如下。
(例1)阴极装配体是由以下部分装配而成一个由包含大约20%重量的铬和必要时加一些铁(称之谓镍铬合金)的镍-铬或镍-铬-铁合金制成的阴极套筒，一个盖和一个圆盘-这两部分连到套筒。所述阴极装配体被连到夹具，并置于一个钟罩内，以便靠蒸发法获得沉积在阴极套筒的内壁表面上的金属氧化物薄膜。就钟罩来说，由于其内的气体的平均自由程是满足适当小于套筒内径这一要求的，故用于在10-1～1mmHg高的Ar气气氛下，通过蒸发法进行薄膜沉积是理想的。至于气氛，可用氧气来替代氩。氧化钨用作要借助蒸发法沉积的蒸发源。氧化钨的沉积可通过通常的已知方法来完成。举例来说将磨成粉状的氧化钨(例如，平均粒子大小约50μm)投入一个镁氧坩埚，通过电阻丝加热或高频感应加热而被加热至1400至1500℃，以使氧化钨在钟罩内蒸发，从而使被蒸发的氧化钨可不断地冲击氩气而沉积在阴极套筒的内表面上。该涂敷层的厚度应是103到105 。在此沉积和工艺过程中，必须防止氧化钨沉积在要涂复电子发射材料的盖的顶部表面上，因为若氧化钨沉积在所述表面上就会同电子发射材料起反应而可能引起电子发射材料从所述顶部表面剥落-而这是必须防止的。
然后，用蒸发法涂复了薄膜的阴极装配体被取出钟罩，而采用一般方法，让所述装配体经受将电子发射材料沉积在顶部表面的工艺过程，及继而经历进一步处理的工艺过程，然后靠通常方法将所述阴极装配体插入阴极射线管。接着，在阴极射线管制造工艺的老化和激活工艺阶段，包含在阴极套筒内的铬和借助于蒸发法沉积在阴极套筒内表面上的氧化钨薄膜，以通过下列化学反应式所表示的方式，彼此反应而在阴极套筒的内表面上形成黑色薄层。
Cr+WOx→CrOx+W这个过程发生在真空中，因此氧和铬之间的原子比例至多为3，其反应进程如上述所示。结果，在阴极套筒的内表面上产生的氧化铬呈现褐色，而金属钨呈黑色，从而提高了发射效率。
(实施例2)在本实施例中，在阴极套筒的内表面上通过采用与实例1中的相同方法沉积有氧化钨薄膜(103至105 厚度)的阴极组件被放入钟罩内，并在该钟罩内部真空达10-3mm汞或更低压力以后，加热至1000℃并持续5分钟，以在此真空条件下，产生阴极套筒内表面上的黑色薄膜。
然后，所述阴极组件经历为沉积电子发射材料的工艺过程，再通过常规方法将它装入阴极射线管。结果，已证实，此种阴极射线管所提供的性能与采用实施例1的方法所获得的性能一样好。
在实施例3中，灯丝暗段-称之谓暗灯丝(例如，日本专利公报39-3864中所定义)的钨粒子及其具有黑色表面的绝缘层被置于400℃空气中预热以便氧化。该灯丝是与阴极组件结合在一起的，该阴极组件具有类似于实施例1中所限定的结构，只是不具有沉积在阴极套筒内表面上的氧化钨薄膜，然后将灯丝和阴极组件一起装入阴极射线管。在阴极射线管的通常的老化和激活工艺过程中，所述氧化钨的一部分将溅射到阴极套筒的内表面上。然后，进行类似于例1所述方式的化学反应，以在阴极套筒的内表面上形成黑色薄膜。
在作为类似氧化钨场合的方法中可用诸如银、钛和锰来替代。以同样的方式，钼也能用来代替铬。
正如前面已说明的那样，在根据本发明制造旁热式阴极的方法中，可通过真空气氛下的溅射，只在阴极套筒的内表面上形成金属氧化物的真空蒸发膜，从而获得极高的工作效率，这层薄膜可择优地只沉积在所述内表面上，而所述涂层的变黑可在阴极组件或电子管的制造工艺过程中，通过涂层与阴极套筒成分之间的反应而容易地实现，这样形成的黑色涂层非常牢固地粘贴在阴极套筒的内表面上，因此不用担心涂层剥落或与所述内表面层离。此外，就所述方法而言，黑色涂层的厚度可做到等于或小于105 ，从而可避免阴极套筒的内径变成太小，同时对设计来说也可取足够的容限。再者，仅在阴极套筒的内表面上择优地形成黑色涂层，使电子发射所需的发射预热时间减小了0.5秒以上，同时与常规方法相比并没增加功率消耗，而盖的顶部表面可免于沉积氧化金属，从而防止了电子-发射材料的剥离或脱落。此外，同涂复有黑色薄膜的所述表面相比，阴极套筒的金属闪亮外表面辐射较少的热，而这能使电了管内的温度升高受到抑制，并防止了电极的热变形和杂散发射的出现。
权利要求
1.旁热式阴极的制造方法，该阴极包括一个含有还原材料的阴极套筒，一个盖--其顶部表面复以电子-发射材料，此盖被固定到所述套筒的一端，以覆盖所述端，其特征在于此方法包括以下步骤--在所述阴极套筒的内表面上形成金属氧化物薄膜；及--通过所述还原材料还原所述金属氧化物薄膜的加热步骤。
2.由权利要求
1限定的旁热式阴极的制造方法，其特征在于所述还原材料是铬。
3.由权利要求
1限定的旁热式阴极的制造方法，其特征在于所述金属氧化物是氧化钨。
4.由权利要求
2限定的旁热式阴极的制造方法，其特征在于所述金属氧化物是氧化钨。
5.权利要求
1所限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述金属氧化物的薄膜厚度为103至105 。
6.由权利要求
1所限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述加热步骤是制造电子管的加热工艺过程。
7.旁热式阴极的制造方法，该阴极包括一个含有还原材料的阴极套筒和一个盖-其顶部表面复以电子-发射材料，并由同所述套筒相同的材料制成，与所述套筒制成一体，其特征在于此法包括-在所述阴极套筒的内表面上形成金属氧化物薄膜的步骤;及-通过所述还原材料，还原所述金属氧化物薄层的加热步骤。
8.由权利要求
7限定的旁热式阴极制造法，其特征在于所述还原材料是铬。
9.由权利要求
7限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述金属氧化物是氧化钨。
10.由权利要求
8所限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述金属氧化物是氧化钨。
11.由权利要求
7所限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述金属氧化物的薄膜厚度为103至105 。
12.由权利要求
7所限定的旁热式阴极的制造法，其特征在于所述加热步骤是制造电子管的加热工艺。
专利摘要
本发明涉及旁热式阴极的制造方法。此法包括通过还原金属氧化物薄膜，在阴极套筒的内表面上形成黑色薄膜的工艺——而金属氧化物薄膜已事先通过加热而形成在含有还原材料的阴极套筒的所述内表面上。由此法制成的旁热式阴极同用常规方法制成的阴极相比具有较短的电子发射的发射预热时间和较低的功率消耗。
文档编号H01J1/20GK86101824SQ86101824
公开日1986年10月15日 申请日期1986年3月18日
发明者小泉幸生 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan