JPH01109631A - 酸化物陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は陰極線管等の熱電子源として用いられる酸化物
陰極に関する。

〔従来の技術〕

酸化物陰極は、第２図に示す様にＭｇ、Ｓｉ。

Ｗ、Ｚｒ等の還元性金属が少量添加されたＮｉをベース
とした基体金属２をカップ状に加工し、その上にアルカ
リ土類酸化物３を被覆し、これをヒータ４で約８００℃
まで加熱して陰極表面から熱電子を取りだす構造となっ
ている。一般に、酸化物陰極は概要衣のような手順によ
り製造される。

（１）まず第２図に示すように、カップ状の基体金属２
上にニトロセルロースを接着剤としてアルカリ土類炭酸
塩を被覆する。

（２）シかる後、真空中でヒータにより加熱して炭酸塩
（Ｂ　ａ　ＣＯ３で代表）を酸化物３に変換する。

ＢａＣＯ５−ＢａＯ＋Ｃ０２ （３）次に、アルカリ土類酸化物３と基体金属２中に少
量含有せしめた還元性不純物（Ｍｅ）とを反応させて酸
化物３中に遊離Ｂａを形成する。

Ｂ　ａ　Ｏ＋　Ｍ　ｅ　−）　Ｂ　ａ　＋　Ｍ　ｅ　Ｏ
このようにして形成された遊離Ｂａが、アルカリ土類酸
化物２中の活性中心を演じ、陰極表面より電子が放射さ
れる様になる。　１ 〔発明が解決しようとする問題点〕 炭酸塩から酸化物へ変換する工程は、通常カソード分解
と呼ばれている。このカソード分解中に発生する炭酸ガ
スは、基体金属を酸化させ、同時に加熱によって基体金
属の結晶成長作用が起こり、次のような不具合が生じる
。

まず、カソード分解によって発生するガスは、主として
炭酸ガスであるが、゛これが基体金属表面近傍でＮｉ及
び還元性金属例えばＳｉ、Ｍｇ。

Ｚｒを下式に従って酸化させる。

Ｎｉ＋ＣＯ２−＋Ｎｉ○＋ｃ。

Ｓ　ｉ　＋２ＣＯ２−＋Ｓ　ｉ　０２　＋２ＣＯＭｇ＋
ＣＯ□−ＭｇＯ＋Ｃ０ Ｚｒ＋２ＣＯ２−＋ＺｒＯ２＋２ＣＯ 一方、カソード分解による加熱作用により、基体金属内
部で結晶成長が起こるが、基体金属表面には上記反応に
より生じた金属酸化物が存在するから結晶の成長は抑制
される。このなめ、基体金属表面近傍には第３図に示す
ような小さな結晶が基体金属表面に対して平行に形成さ
れた平行粒界層７と呼ばれる層が形成される。

この様な平行粒界層７にはＭｇＯ，Ｓｉ○。

ＺｒＯ２等の酸化物が結晶粒界８に形成され、陰極の使
用中にアルカリ土類酸化物がこの結晶粒界８を通って基
体金属内部へと拡散し、結晶粒界８に上記酸化物とアル
カリ土類酸化物との複合酸化物が形成される。この複合
酸化物の生成の度合いは結晶粒界８に形成された酸化物
とアルカリ土類酸化物との化学的な親和力の大きさに関
係が有る。即ち、アルカル土類酸化物は塩基性酸化物で
あるため、結晶粒界８の酸化物が酸性酸化物であるほど
結晶粒界８における複合酸化物の形成が大きい事が知ら
れている。

この様な事から酸化物がアルカリ性のＭｇＯであると、
これとアルカリ土類酸化物との複合酸化物は形成され難
くなりＢａＯの侵入を抑制している、しかし、酸性酸化
物である５ｉ０２やＺｒＯ２の場合には複合酸化物が形
成され易い。

この様なアルカリ土類酸化物が結晶粒界８に侵入する事
によって生成された複合酸化物は、基体金属の結晶粒界
８に対してくさびの作用をもつから、基体金属の結晶粒
界８で脆性破壊が進行して、さらにアルカリ土類酸化物
が内部へ拡散する事を助長する様になる。

この様な複合酸化物が結晶粒界８に形成されると、還元
性金属とアルカリ土類酸化物との反応は、基体金属とア
ルカリ土類酸化物との界面、即ち、基体金属表面で起こ
らず、基体金属の内部の結晶粒界８で起こるようになる
。

このため、酸化物陰極の活性中心の役割を演する遊ＭＢ
ａは、結晶粒界８だけを通って基体金属表面に拡散する
から、酸化物陰極の活性度は局部的となり高い電流を一
様に取り出す事が出来なくなる。更には、結晶粒界に析
出した複合酸化物により還元性金属の拡散通路が塞がれ
遊離Ｂａの生成能が次第に低下して、陰極の電子放射特
性が劣化する。

本発明の目的は、アルカリ土類酸化物の基体金属中への
拡散を防止し、電子放射特性の劣化のない酸化物陰極を
提供することにある。

〔間頚点を解決するための手段〕

本発明の酸化物陰極は、少量の還元性金属を含有するＮ
ｉをベースとする基体金属上にアルカリ土類酸化物を被
覆してなる酸化物陰極に於いて、前記基体金属中にアル
カリ土類酸化物と反応して複合酸化物を生成し得る還元
性金属を含有し、かつ、該還元性金属が酸化物を被覆す
る側の前記基体金属表面近傍には存在しない様に構成さ
れた前記基体金属を有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の小量のＭｇとＳｉを含むＭ
ｇ−３ｉ−Ｎｉ系基体金属の厚さ方向の還元性金属の各
々の最大濃度に対する相対濃度分布を示す特性図である
。

酸化物層側の基体金属中のＭｇの濃度は０．０１〜０．
１０％、Ｓｉの濃度は０．０１％以下に抑えである０反
対に、ヒータ側の基体金属中のＭｇの濃度は０．０１〜
０．１０％、Ｓｉの濃度は約０．０４％となっている。

ここで、Ｓｉの濃度がｏ、ｏ１ｉ以下という数値は、基
体金属を溶解する場合に止むを得ず混入してしまう不純
物の濃度を現すものである。従って、酸化物層側の基体
金属には塩基性酸化物を形成するＭｇを還元性金属とし
て意図的に混入するが、酸性酸化物を生成するＳｔは混
入させない。

他方、ヒータ側の基体金属には意図的にＳｉを加えるが
、Ｍｇに対して初期に十分な電子放射特性が得られれば
混入しなくても良い。

この様な基体金属は、Ｍｇ−５ｉ−Ｎｉ系基体金属と少
量のＭｇが入ったＭｇ−Ｎｉ系基体金属を張り合わせた
もので、Ｍｇ−Ｎｉ系基体金属を酸化物層側に設ける様
にした事が特徴である。

少量のＷとＭｇとを含むＷ−Ｍｇ−Ｎｉ系の場合につい
てもＭｇ−８ｔ−Ｎｉ系と同様に酸化物層側にＭｇ−Ｎ
ｉ系基体金属を張り合わせる様にする。

同様に、少量のＺｒを含むＺｒ−Ｎｉ系基体金属を用い
る場合には酸化物層側にＭｇ−Ｎｉ系基体金属を張り合
わせる。

以上の説明では、Ｍｇ−８ｉ−Ｎｉ系、Ｍｇ−Ｗ−Ｎｉ
系及びＺｒ−Ｎｉ系基体金属の酸化物層側の面にＭｇ−
Ｎｉ系基体金属を張り合わせた例を示したが、本発明は
この実施例に限定させるものではない。例えば、Ｍｇ−
３ｉ−Ｎｉ系基体金属の酸化物層側にＭｇ−Ｎｉ系基体
金属の微粒子を吹き付は結晶化させたものであっても良
い。要するに、基体金属の酸化物層側には陰極が製造さ
れる工程迄は酸化物と化合して複合酸化物を形成する酸
性酸化物を形成する金属成分を存在させない様にするも
のである。

以上の様に基体金属を構成する事によって、カソード分
解時の炭酸ガスによってアルカリ土類酸化物直下の基体
金属中に塩基性酸化物のＭｇＯは形成されるが、酸性酸
化物は形成されないから、アルカリ土類酸化物が基体金
属内部へ拡散する事が防止される。

本実施例の陰極では、初期の活性化はＭｇによって行な
われ十分な電子放射特性が得られる。

Ｍｇ−３ｉ−Ｎｉ系の場合には、その後Ｓｉが基体金属
表面に拡散して更に酸化物層内に拡散する様になるから
、酸化物層内でアルカリ土類酸化物との反応が進行し活
性中心としてのＢａは長時間持続する様になる。

従って、本実施例は基体金属中での中間層化合物（複合
酸化物）の蓄積がなく、非常に寿命の長い陰極を提供す
る事が出来る。

以上、Ｓｉを例として説明したが、ＢａＷＯ３゜ＢａＡ
ｌ２０３　、ＢａＺｒＯ３、Ｂａ５ｃ２０４等の複合酸
化物を形成するＷ、ＡＩ、Ｚｒ、Ｓｃ等の金属であって
も良い事は勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明の陰極では、カソード分解時に
於いては酸化物層側にアルカリ土類酸化物と反応して複
合酸化物を形成する金属成分が存在しない代わりに、ア
ルカリ土類酸化物が基体金属内部へ拡散する事を防止す
るＭｇＯを形成するＭｇが存在する様になっている。

このため、還元性金属は基体金属と酸化物の界面にまで
拡散し、そこで酸化物と化学反応を効果的に起こし遊離
Ｂａの生成を促進し、電子放射特性を向上させる効果が
有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の少量のＭｇとＳｉを含むＭ
ｇ−３ｉ−Ｎｉ系基体金属の厚さ方向の還元性金属の各
々の最大濃度に対する相対濃度分布を示す特性図、第２
図は一般的な陰極の断面図、第３図は従来の基体金属の
結晶構造の模式図である。 １・・・カソードスリーブ、２・・・基体金属、３・・
・酸化物、４・・・ヒータ、５・・・酸化物側表面、６
・・・ヒータ側表面、７・・・平行粒界層、８・・・結
晶粒界。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少量の還元性金属を含有するＮｉをベースとする基体金
   属上にアルカリ土類酸化物を被覆してなる酸化物陰極に
   於いて、前記基体金属中にアルカリ土類酸化物と反応し
   て複合酸化物を生成し得る還元性金属を含有し、かつ、
   該還元性金属が酸化物を被覆する側の前記基体金属表面
   近傍には存在しない様に構成された前記基体金属を有す
   ることを特徴とする酸化物陰極。