JPH02288041A - Cathode for electron tube - Google Patents

Cathode for electron tube

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Publication number
JPH02288041A
JPH02288041A JP1106305A JP10630589A JPH02288041A JP H02288041 A JPH02288041 A JP H02288041A JP 1106305 A JP1106305 A JP 1106305A JP 10630589 A JP10630589 A JP 10630589A JP H02288041 A JPH02288041 A JP H02288041A
Authority
JP
Japan
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substrate
cathode
electron
layer
material layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP1106305A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Watabe
渡部 勁二
Keiji Fukuyama
福山 敬二
Ryo Suzuki
量 鈴木
Shigeko Ishida
石田 誠子
Masato Saito
正人 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH02288041A publication Critical patent/JPH02288041A/en
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  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

PURPOSE:To extend the life under the operation by high current density by overlaying a scadium metallic powder layer and an electron emitter layer on a substrate. CONSTITUTION:The topside of the bottom of a substrate 1 whose main ingredient consists of nickel is covered with a scandium metallic powder layer 4, and this is covered with an electron emitter layer 5. Many irregularities are made at the surface of this scandium metal. As a result, the bonding strength of the substance layer 5 overlayed through this layer increases, and the use in a long time becomes possible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、TV用ジブラウン管どに用いられる電子管
用陰極に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a cathode for an electron tube used in a di-braun tube for TV.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は従来のTV用ジブラウン管逼像管に用いられて
いる陰極を示すものであり、図において、■はシリコン
(Si)、マグネシウム(Mg)などの還元性元素を微
量含む主成分がニッケルからなる有底筒状の基体、2は
この基体1の底部上面に被着され、少なくともバリウム
(Ba)を含み、他にストロンチウム(Sr)あるいは
/及びカルシウム(Ca)を含むアルカリ土類金属酸化
物からなる電子放射物質層、3は上記基体1内に配設さ
れたヒータであり、加熱により上記電子放射物質層2か
ら熱電子を放出させるためのものである。
Figure 2 shows a cathode used in a conventional di-cathode-ray cathode ray tube for TVs. A bottomed cylindrical base 2 made of nickel is coated on the bottom upper surface of the base 1, and contains at least barium (Ba) and an alkaline earth metal containing strontium (Sr) and/or calcium (Ca). The electron emitting material layer 3 made of oxide is a heater disposed within the base 1, and is for emitting thermoelectrons from the electron emitting material layer 2 by heating.

かかる構成の電子管用陰極において、基体lへの電子放
射物質層2の被着は次のようにして行われる。まず、ア
ルカリ土類金属(Ba、 Sr、Ca)の三元炭酸塩か
らなる懸濁液を基体lの底部上面に塗布し、真空排気工
程中にヒータ3によって加熱する。この時、アルカリ土
類金属の炭酸塩はアルカリ土類金属の酸化物に変化する
。その後、アルカリ土類金属の酸化物の一部を還元し半
導体的性質を有するように活性化を行い、基体1上にア
ルカリ土類金属の酸化物からなる電子放射物質層2を得
る。
In the cathode for an electron tube having such a structure, the electron emitting material layer 2 is deposited on the substrate 1 in the following manner. First, a suspension consisting of a ternary carbonate of alkaline earth metals (Ba, Sr, Ca) is applied to the bottom upper surface of the substrate 1, and heated by the heater 3 during the evacuation process. At this time, the alkaline earth metal carbonate changes to an alkaline earth metal oxide. Thereafter, a part of the alkaline earth metal oxide is reduced and activated to have semiconductor properties, thereby obtaining an electron emitting material layer 2 made of the alkaline earth metal oxide on the substrate 1.

上記活性化工程においては、アルカリ土類金属の酸化物
の一部は次のように反応する。即ち、基体l内のシリコ
ン、マグネシウム等の還元性元素は、拡散によりアルカ
リ土類金属の酸化物と基体1との界面に移動し、アルカ
リ土類金属酸化物と反応する0例えば、アルカリ土類金
属酸化物が酸化バリウム(Bad)であれば、次式(1
)、 (2)のように反応する。
In the activation step, a portion of the alkaline earth metal oxide reacts as follows. That is, reducing elements such as silicon and magnesium in the substrate 1 move to the interface between the alkaline earth metal oxide and the substrate 1 by diffusion, and react with the alkaline earth metal oxide. If the metal oxide is barium oxide (Bad), the following formula (1
), reacts as shown in (2).

BaO+ ′/2Si=Ba+3sio、     ・
++ ・・−o)BaO十Mg  =Ba+  MgO
−−(2)この反応により基体1上のアルカリ土類金属
酸化物の一部が還元され、酸素欠乏型の半導体となり、
陰極温度700〜800°Cの動作温度で0.5〜0.
8A/cdの電子放射が得られることになる。
BaO+ '/2Si=Ba+3sio, ・
++ ・・-o) BaO10Mg =Ba+ MgO
--(2) Through this reaction, a part of the alkaline earth metal oxide on the substrate 1 is reduced and becomes an oxygen-deficient semiconductor,
The cathode temperature is 0.5-0.0 at an operating temperature of 700-800°C.
An electron emission of 8 A/cd will be obtained.

ところが、上記電子管用陰極では、電子放射が0.5〜
0.8 A/c−以上の電流密度は取り出せない。
However, in the above cathode for an electron tube, the electron emission is 0.5~
A current density of 0.8 A/c- or higher cannot be obtained.

その理由として、アルカリ土類金属酸化物の一部を還元
反応させた場合、上記(1)、 (2)式から明らかな
ように、基体1とアルカリ土類金属酸化物層との界面に
Sin、、 MgOあるいはBaO・SiO□などの複
合酸化物層(中間層)が形成され、この中間層が高抵抗
層となって電流の流れを妨げること、及び上記中間層が
基体1中の還元性元素(Si、 Mg)が電子放射物質
層2の表面側へ拡散するのを妨げるため十分な量のバリ
ウム(Ba)が生成されないことが考えられている。つ
まり、電子管動作中に基体1と電子放射物質層2との界
面近傍、特に基体1表面近傍のニッケル結晶粒界と上記
界面より10−程度電子放射物質層2内側の位置に上記
中間層が偏析するため、電流の流れ及び電子放射物質層
2表面側への還元性元素の拡散が妨げられ、高電流密度
下の十分な電子放出特性が得られないという問題があっ
た。
The reason for this is that when a part of the alkaline earth metal oxide is subjected to a reduction reaction, as is clear from the above equations (1) and (2), the interface between the substrate 1 and the alkaline earth metal oxide layer has a ,, A composite oxide layer (intermediate layer) such as MgO or BaO・SiO It is thought that a sufficient amount of barium (Ba) is not generated because it prevents the elements (Si, Mg) from diffusing to the surface side of the electron emitting material layer 2. In other words, during electron tube operation, the intermediate layer segregates near the interface between the substrate 1 and the electron emitting material layer 2, particularly at the nickel grain boundary near the surface of the substrate 1 and at a position about 10 mm inside the electron emitting material layer 2 from the interface. Therefore, the flow of current and the diffusion of the reducing element toward the surface of the electron emitting material layer 2 are hindered, resulting in a problem that sufficient electron emission characteristics under high current density cannot be obtained.

これに対して、特願昭60−229303号の出願には
、基体に0.01〜0.5重量%の希土類金属を含有さ
せる手段が示されている。これは電子放射物質層を基体
に被着形成する際の上記活性化時にアルカリ土類金属の
炭酸塩が分解するとき、あるいは陰極としての動作中に
酸化バリウムが解離反応を起こすときの基体の酸化反応
を防止しようとするものである。そして又電子放射物質
層中への基体含有の還元性元素の拡散を適度に制御し、
該還元性元素による複合酸化物からなる中間層が基体と
電子放射物質層界面近傍に集中的に形成されるごとを防
止し、中間層を電子放射物質層内に分散させようとして
いる。つまり、この第2の従来例の電子管用陰極は、上
記中間層の分散により1〜2^/C−程度の高電流密度
動作でのエミッション劣化が少なくなるという優れた特
性を有するものである。しかし、この電子管用陰極にお
いても、2A/c+1を超える例えば2.5A/cJの
高電流密度動作ではエミッション劣化が大きいという問
題がある。
On the other hand, Japanese Patent Application No. 60-229303 discloses a method of incorporating 0.01 to 0.5% by weight of rare earth metal into the substrate. This is caused by oxidation of the substrate when alkaline earth metal carbonate decomposes during the activation described above when depositing an electron emitting material layer on the substrate, or when barium oxide undergoes a dissociation reaction during operation as a cathode. This is an attempt to prevent a reaction. In addition, the diffusion of the reducing element contained in the substrate into the electron emitting material layer is moderately controlled,
It is intended to prevent the intermediate layer made of a composite oxide of the reducing element from being formed intensively near the interface between the substrate and the electron emitting material layer, and to disperse the intermediate layer within the electron emitting material layer. In other words, the electron tube cathode of this second conventional example has excellent characteristics in that emission deterioration is reduced during high current density operation of about 1 to 2^/C- due to the dispersion of the intermediate layer. However, even in this cathode for an electron tube, there is a problem that emission deterioration is large when operating at a high current density exceeding 2 A/c+1, for example, 2.5 A/cJ.

次に特願昭60−160851号の出願には、電子放射
物質層に0.1〜20MM%の希土類金属酸化物を含有
させることにより、上述の第2の従来例と同様に基体酸
化を防止し中間層を分散させるという技術が示されてい
る。この場合上記と同様に2A/c−の高電流密度動作
でエミッションの劣化を少なくできる。しかしながら2
A/c+a以上の高電流密度動作においては電子放射物
質層を流れる電流によるジュール熱でバリウムの蒸発が
顕著になり、電子放射特性が劣化することがある。
Next, in Japanese Patent Application No. 60-160851, oxidation of the substrate is prevented by containing 0.1 to 20 MM% of rare earth metal oxide in the electron emitting material layer, as in the second conventional example mentioned above. A technique has been proposed in which the intermediate layer is dispersed. In this case, similarly to the above, the deterioration of emissions can be reduced by operating at a high current density of 2 A/c-. However, 2
In operation at a high current density of A/c+a or higher, evaporation of barium becomes significant due to Joule heat caused by the current flowing through the electron emitting material layer, and the electron emission characteristics may deteriorate.

この発明者等は上記のような問題点を解消するために、
先に主成分がニッケルからなる基体上に、少なくともバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、こ
れにスカンジウムの化合物と、アルミニウム、シリコン
、チタン等の酸化物の1種とを含んだ電子放射物質層を
被着させた電子管陰極管を提案した。
In order to solve the above problems, the inventors
First, on a substrate whose main component is nickel, the main component is an alkaline earth metal oxide containing at least barium, which also contains a compound of scandium and one type of oxide of aluminum, silicon, titanium, etc. An electron tube cathode tube coated with an electron emissive material layer was proposed.

そしてこれにより上述の2A/c+aを超える高電流密
度動作においても長期に安定したエミッション特性を示
す電子管用陰極を提供することができた。
As a result, it was possible to provide a cathode for an electron tube that exhibits long-term stable emission characteristics even in high current density operation exceeding the above-mentioned 2A/c+a.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら上記発明者等による先の提案の電子管用陰
極において、特に長時間の使用後の電子管陰極の基体と
電子放射物質層との被着界面に非常に稀ではあるが剥離
を生じ、これが該電子管陰極のエミッション特性を低下
させる重大な原因となり、製品の信幀性を低下させる問
題があった。
However, in the electron tube cathode previously proposed by the above inventors, peeling occurs, although very rarely, at the adhesion interface between the electron tube cathode base and the electron emitting material layer, especially after long-term use. This is a serious cause of deterioration of the emission characteristics of the cathode, which poses a problem of deteriorating the reliability of the product.

この発明はこのような問題点を解消するためになされた
ものである。
This invention has been made to solve these problems.

〔課題を解決するための手段] この発明は、主成分がニッケルからなる基体上に、スカ
ンジウム金属粉を被着させ、更にその上に少なくともバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物の電子放射物質層
を被着形成したことを特徴とする電子管用陰極である。
[Means for Solving the Problems] The present invention involves depositing scandium metal powder on a substrate whose main component is nickel, and further forming an electron-emitting material layer of an alkaline earth metal oxide containing at least barium thereon. This is a cathode for an electron tube, characterized in that it is formed by depositing.

〔作 用〕[For production]

この発明においては、基体上に先づスカンジウム金属粉
が被着され、これがその面を粗面、具体的には多数の凹
凸を有するものとし、その上に電子放射物質層が被着形
成される。
In this invention, scandium metal powder is first deposited on the substrate, this makes the surface rough, specifically, it has many irregularities, and an electron emitting material layer is deposited and formed on the surface. .

従って上記凹凸間に該電子放射物質層がくい込んだ構成
となりそれら界面での耐剥離性を著しく増大させること
になる。
Therefore, the electron emitting material layer is embedded between the irregularities, and the peeling resistance at the interface is significantly increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下この発明の一実施例を第1図に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

この図において、1は主成分がニッケルからなる基体で
あり、この基体l中にはSt、 Mgなどの還元剤が含
有されている。
In this figure, reference numeral 1 denotes a substrate whose main component is nickel, and this substrate 1 contains a reducing agent such as St or Mg.

次に4は、上記基体lの底部上面に被着されたスカンジ
ウム金属粉層である。このスカンジウム金属粉の粒度と
しては、平均粒径2μ程度が望ましいが1〜5μの範囲
が良い。この下限以下ではこの発明の目的とする電子放
射物質層との界面被着強度が不充分となり、又上限を超
えると被膜強度を低下させることになりいづれも好まし
くない。
Next, 4 is a scandium metal powder layer deposited on the bottom upper surface of the base 1. The average particle size of the scandium metal powder is desirably about 2 microns, but preferably in the range of 1 to 5 microns. Below this lower limit, the interfacial adhesion strength with the electron emitting material layer, which is the object of the present invention, will be insufficient, and above the upper limit, the film strength will be reduced, both of which are not preferred.

用いるバインダーとしては、特に限定はないが、例えば
ニトロセルローズを含む酢酸ブチルラッカー等が望まし
い。上記スカンジウム金属粉を約3重量%程度分散させ
スプレー法等により塗布し乾燥させる。乾燥膜厚として
は5〜20.望ましくは10ミクロン程度とするのが好
ましい。
The binder used is not particularly limited, but for example, butyl acetate lacquer containing nitrocellulose is desirable. The above-mentioned scandium metal powder is dispersed in an amount of about 3% by weight, applied by a spray method, and dried. The dry film thickness is 5 to 20. The thickness is desirably about 10 microns.

そして更に水素雰囲気中、1000°C,5分程度の焼
結を行う。
Then, sintering is further performed at 1000° C. for about 5 minutes in a hydrogen atmosphere.

次に5は、上記スカンジウム金属粉層4上に被着された
電子放射物質層であり、具体的にはバリウム、ストロン
チウム、カルシウムの三元酸化物を主成分としたもので
ある。上記バリウムなどのアルカリ土類金属酸化物は、
上述した如くはじめ炭酸塩で混合し、従来と同様に、常
法の如く炭酸塩から酸化物への分解過程及び酸化物の一
部を還元する活性化過程を経て形成される。
Next, 5 is an electron emitting material layer deposited on the scandium metal powder layer 4, and specifically, it is mainly composed of ternary oxides of barium, strontium, and calcium. Alkaline earth metal oxides such as barium mentioned above are
As described above, carbonate is first mixed, and as in the conventional method, it is formed through a process of decomposing the carbonate into an oxide and an activation process of reducing a part of the oxide.

第3図はこの発明の具体例として、主成分がニッケルか
らなる基体に、平均粒径2ミクロンのスカンジウム金属
粉を10ミクロンの厚みで焼結した上にバリウム、スト
ロンチウム5カルシウムの酸化物を被着したもの(a)
、更に従来例としてバリウム5 ストロンチウム、カル
シウムの酸化物に酸化スカンジウムを4重量%含むもの
(b) 、及び酸化スカンジウムを含有しないもの(C
)による電子放射物質層を、夫々上記の基体上に上記説
明の方法に準する手段で形成して電子管用陰極を作成し
、この電子管用陰極を用いて2極真空管を作成し、2.
5^/c4の電流H度で動作させて寿命試験を行った場
合のエミッション電流の変化を調べた結果を示した、も
のである。
Figure 3 shows a specific example of the present invention, in which scandium metal powder with an average particle size of 2 microns is sintered to a thickness of 10 microns on a substrate mainly composed of nickel, and then barium and strontium 5 calcium oxides are coated. What I wore (a)
Furthermore, as conventional examples, barium 5 strontium and calcium oxides containing 4% by weight of scandium oxide (b), and those containing no scandium oxide (C
) are respectively formed on the above-mentioned substrates by a method similar to the method described above to produce an electron tube cathode, and this electron tube cathode is used to produce a diode vacuum tube; 2.
This figure shows the results of investigating changes in emission current when a life test was performed by operating at a current H degree of 5^/c4.

第3図の結果によれば、電子放射物質層として酸化スカ
ンジウムを含有しないもの(C)に比べて、本発明の実
施調高(a)は経時的なエミッション劣化が著しく少な
く高い寿命を有するものであった。
According to the results shown in Fig. 3, compared to the electron emitting material layer (C) which does not contain scandium oxide, the embodiment of the present invention (a) exhibits significantly less emission deterioration over time and has a longer lifespan. Met.

そして又、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの酸
化物に酸化スカンジウムを含有させ、基体上に単独層と
して形成させたちの(b)に比べても、特に6000〜
8000時間にも達する長時間使用でそれらのエミッシ
ョン劣化の差異が歴然としていた。
Moreover, compared to (b) in which barium, strontium, and calcium oxides contain scandium oxide and are formed as a single layer on a substrate, the
After long-term use of up to 8,000 hours, the difference in emission deterioration was obvious.

この発明の電子管用陰極が上記の如〈従来品に比べて高
い優れた特性を維持し得る理由は以下のように考えられ
る。
The reason why the cathode for electron tubes of the present invention is able to maintain the above-mentioned excellent characteristics, which are higher than those of conventional products, is considered to be as follows.

(1)基体上のスカンジウム金属がその表面に多数凹凸
を作り、その結果この層を介して被着される電子放射物
質層の被着強度を増し、かつ長時間の使用に耐えこれを
維持することになる。
(1) The scandium metal on the substrate creates many irregularities on its surface, which increases the adhesion strength of the electron emitting material layer deposited through this layer and maintains this for long periods of use. It turns out.

(11)基体と電子放射物質層との間にスカンジウム金
属層が介在していることにより電流密度が向上し、これ
も上記特性向上に寄与する。
(11) The presence of the scandium metal layer between the substrate and the electron emitting material layer improves the current density, which also contributes to the improvement of the above characteristics.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の如く本発明電子管用陰極は、主成分がニッケルか
らなる基体上にスカンジウム金属粉を被着させ、この上
に少なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を
被着形成してなるものてあり、上記スカンジウム金属粉
層の介在により基体と電子放射物質層との被着界面が安
定して維持され、かつ電流密度も向上し、その結果時に
2A/c+J以上の高電流密度による動作の下での長寿
命を果実に実現できるという効果を有する。
As described above, the cathode for an electron tube of the present invention is made by depositing scandium metal powder on a substrate mainly composed of nickel, and depositing an alkaline earth metal oxide containing at least barium thereon. Due to the presence of the scandium metal powder layer, the adhesion interface between the substrate and the electron emitting material layer is maintained stably, and the current density is also improved. It has the effect of achieving a long lifespan in the fruit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例による電子管用陰極を示す
断面図、第2図は従来の電子管用陰極を示す断面図、第
3図は電子管用陰極を用いた2極真空管の寿命試験時間
とエミッション電流との関係を示す図である。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。
Fig. 1 is a sectional view showing a cathode for an electron tube according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing a conventional cathode for an electron tube, and Fig. 3 is a life test time of a diode vacuum tube using the cathode for an electron tube. FIG. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 主成分がニッケルからなる基体上に、スカンジウム金属
粉を被着させ、更にその上に少なくともバリウムを含む
アルカリ土類金属酸化物の電子放射物質層を被着形成し
たことを特徴とする電子管用陰極。
A cathode for an electron tube, characterized in that scandium metal powder is deposited on a substrate mainly composed of nickel, and an electron emitting material layer of an alkaline earth metal oxide containing at least barium is further deposited thereon. .
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