JPH02288045A - スカンデートカソード - 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、少なくとも高融点金属及び／又は合金のマト
リックスと、少なくともマトリックス中でマトリックス
物質と接触するバリウム化合物とを含み、該化合物はマ
トリックス物質との化学反応により放出表面上にバリウ
ムを供給することができるカソード本体を有するスカン
デートカソードに関するものである。

本発明は更に、かかるカソードの製造方法及びかかるカ
ソードを具えた電子ビーム管に関するものである。

（従来の技術） 最初の欄で記載した型のカソードは″プロパティーズ　
エンド　マニュファクチュア　オブ　トップ　レーヤー
　スカンジウム　カソード（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａ
ｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｏｐ　１ａｙ
ｅｒｓｃａｎｄａｔｅ　ｃａｔｈｏｄｅｓ　　＋　アプ
ライド　サーフェスサイエンス　（八ｐｐｌｉｅｄ　５
ｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ）２６　（１９８６）の
文献のＰ１７３〜１９５に、ジエー・ハスカー（Ｊ。

Ｈａｓｋｅｒ）　、ジエー　ファン　ニストンク　（Ｊ
、　ｖａｎｆ！５ｄｏｎｋ）及びジエー・イー・クロム
ビーン　（Ｊ。

Ｅ、Ｃｒｏｍｂｅｅｎ　）により開示されている。かか
る文献に記載されているカソードにおいては、スカンジ
ウム（Ｓｃ）又は水素化スカンジウム（Ｓｃ）１２）の
いずれかで部分的に被覆された数ミクロンの酸化スカン
ジウム（ＳＣｚ（ｈ）粒子又はタングステン（Ｗ）粒子
が、カソード本体の少なくとも一番上の層に存在する。

該カソード本体は、プレスし、次いで焼結した後、ボア
をバリウム−カルシウム−アルミネートで含浸すること
により製造される。電子放出を保持するために、バリウ
ム−カルシウム−アルミネートは、カソードの操作の間
にマトリックスのタングステンとの化学反応により放出
表面上にバリウムを供給する。例えば、カソードを陰極
線管中に装着し、活性化した後に、極めて高いカソード
負荷を得るために、およそ一つの単分子層厚みを有する
スカンジウム含有層を、含浸の間に含浸剤との反応によ
りカソード表面上に形成することが重要である。上記文
献中に記載された実験で証された如く、スカンジウム含
有層は、実際に、例えばテレビ管の製造の間に生じるイ
オンボンバードメントにより完全に若しくは部分的に除
去され、これは、電子放出に対し不利な結果をもたらす
ものである。５ｃ２０．はほとんど移動しないので（酸
化が、Ｓｃ若しくは５ｃｆｌ□で部分的に被覆されたＷ
で製造されたカソードの含浸の間に生ずる）、上記スカ
ンジウム含有層は、カソードの再活性化により完全に再
生することができない。更に、記載されている実験には
、放出の完全な回復に十分な再生が達成されないことも
証されている。例えば、オスミウムで被覆され若しくは
被覆されてない含浸タングステンカソードと比較すると
、このことは欠点であると考えられる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、上記欠点と比較してかなり優れたスカ
ンデートカソードを提供することにある。

本発明は、このことが、酸化スカンジウムを介するスカ
ンジウムの拡散を用いることにより達成されることがで
きる見解に基づくものである。

（課題を解決するための手段） このために、本発明のスカンデートカソードは、カソー
ド本体の少なくとも一番上の層が酸化スカンジウム膜で
被覆されたスカンジウムを含むことに特徴がある。

真空中で温度が上昇する場合、スカンジウムを含有する
単分子層酸化物膜を、一番上の層の表面上に堆積させる
。その理由は、スカンジウムを、該酸化スカンジウムを
介して、上記粒子から外側に拡散させるためである。

スカンデートカソードは、バリウム化合物を含浸により
カソード本体に導入する含浸型でもよいが、かわりに該
カソードは、プレススカンデートカソード又はＬカソー
ドでもよい。

本発明の含浸カソードを製造する方法は、スカンジウム
粉末及び高融点金属（例えばタングステン）粉末からの
マトリックスをプレスし、その後該スカンジウム粉末を
部分的に酸化し、次いで該アセンブリを焼結し、含浸す
ることを特徴とする。

該スカンジウムは、水素化スカンジウムの脱水により得
ることができる。

本発明の他の方法においては、焼結及び含浸する前に、
高融点金属からの、及び酸化スカンジウム膜で被覆され
たスカンジウムからのマトリックスをプレスする。後者
は、スカンジウム及び／又は水素化スカンジウムの事前
の部分酸化により得ることができる。

スカンジウム（水素化スカンジウム）の酸化による重量
の増加は、少なくとも５％、せいぜい３０％であること
が好ましい。これにより少ない増加の場合には、酸化物
膜は、極めて薄く若しくは不完全であり、一方これによ
り多い重量増加の場合には、酸化物膜は、拡散プロセス
にたいして極めて厚く、若しくは、かなり多くのスカン
ジウムを損失スる。同様の制限が、プレス後のスカンジ
ウムの酸化に適用される。

あらかじめ酸化する場合には、上記効果の損失をもたら
す酸化物膜の破壊を避ける為に、圧力は、それほど高く
　（例えば＜　１００ＯＮ／ｍｍ２）すべきではない。

高温での焼結の際に、スカンジウムが蒸発により損失す
る。可能な限りかかる事態を回避するために、水素中（
約１気圧）、約１５００℃までの温度で実施することが
好ましい。

含浸剤とスカンジウムとの間の好ましくない反応の影響
を可能なかぎり最大限制限するために（例えば、極めて
多くの酸化スカンジウムの形成、従ってイオンボンバー
ドメント後のスカンジウム供給が不利益に作用する）、
含浸温度を可能な限り低く選定する。より低い温度では
、処理される含浸剤の量は、酸化スカンジウムで被覆さ
れたスカンジウムがマトリックス中に存在するいわゆる
混合マトリックスカソード中のスカンジウム又は水素化
スカンジウムの量が増加するにつれて減少する。従って
、スカンジウム又は水素化スカンジウムの量は、プレス
されるべき混合物中のせいぜい２．５重量％に限定され
ることが好ましい。

他の方法においては、カソードは、高融点金属及び／又
は合金とスカンジウム、水素化スカンジウム若しくは酸
化スカンジウム膜で被覆されたスカンジウムの粉末を、
カソードの操作の間に高融点金属及び／又は合金との化
学反応により放出表面上にバリウムを供給することが可
能であるバリウム化合物の粉末と混合し、プレスし、次
いで焼結することを特徴とする。かかる方法において、
該焼結温度は、カソード本体により今まで獲得された最
も高い温度である。かかる温度は、前記方法で通常使用
する含浸温度より実質的に低い温度である。

（実施例） 本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明のスカンデート力ソートの縦断面図で
ある。放出（ｅｍｉｓａｉνｅ）表面２１を備え、例え
ば、１　、８　ｍｍの直径を有するカソード本体１１は
、水素化スカンジウム（約０．７重量％）又はスカンジ
ウムの粉末及びＷ粉末からのマトリックスを圧し、スカ
ンジウムに酸化物膜が備わるように約８００℃湿潤アル
ゴン中で多時間加熱し、例えば水素雰囲気中、１５００
″Ｃで焼結することにより得られる。該マトリックスの
厚みは、約０　、５　ｍｍである。

次いで含浸されたカソード本体で、エンペロブ３１を有
するもの又は有しないものをカソードシャフト４１上に
溶接する。酸化アルミニウム絶縁層７１を備える金属ら
せん状コア６１を含むらせんカソードフィラメント５１
をシャフト４１内に存在させる。装着し、活性化した後
の、かかるカソードの放出を、９５０℃（輝き温度）の
カソード温度及びパルス負荷の下、ダイオード装置で測
定する。

第２図は、かかる放出測定の結果を示す。曲線１には、
カソード−アノードギャップが０．２５ｍｍの本発明の
カソード上で測定した結果が示されている。曲線２には
、最初の欄で述べた如く、カソードを、続けてアルゴン
イオンボンバードメント及び再活性化にさらした後の放
出測定の結果が示されている。

第３図には、上記酸化工程を省略したカソード上での類
似の測定が示され、一方、第４図には、最初の欄で言及
した文献に記載されているようなカソードの測定が示さ
れているが、両者供カソードーアノードギャップは０　
、３　ｍｍである。

図面から、本発明のカソードは優れた改良を有すること
が明白である。第２図の曲線２は、約４〇八／ｃｍ２か
ら曲線１よりはずれるが、酸化工程がない場合には（第
３図の曲線ビ及び２′）、かかるずれは約７．５Ａ　／
ｃｒｎ２ですでに開始される。更に本発明のカソードの
劣化も、酸化工程を用いないカソード（第３図）におけ
る場合（ずれは８０Ａ／　ｃｍ　”ですでに約−３０％
）よりもより高い放出値で、ずっと小さい（第２図、ず
れは１００Ａ／ｃｍ”で８％）。更に、最初の欄で言及
した文献に記載されているような一番上の層を備えたカ
ソード（第４図）よりも、回復がより優れている（ずれ
が８ＯＡ／Ｃｌ１１２で一１５％、曲線２″は曲線Ｉ　
ＩＩから８．５Ａ　７ｃｍ”よりすでにずれが生じてい
る）。

最初の欄で述べたように、酸化工程はプレス操作に先行
する。使用される圧力は臨界的なパラメーターで、第１
表には、イオンボンバードメント後の放出回復が２つの
型のカソードに関して示されており、同様に上記文献に
記載されているようなオーガー式測定の結果も示されて
いる。

カラムＡと連結しているカソード本体は、酸化物膜（湿
潤アルゴン中でＳｃＨ，を酸化加熱することにより得ら
れる）で取り囲んだ酸化スカンジウムの粉末を０．７重
量％含むタングステン粉末の混合物を、プレスし、次い
で焼結することにより得られた。プレスは、表面２１上
に１８４ＯＮ／ｍｍ”の圧力で実施し、焼結は、水素雰
囲気中１５００℃で実施した。

カラムＢと連結しているカソード本体は、表面２１上で
圧力が９２ＯＮ／ｍｍ２である以外は同様の方法で製造
した。

第１表には、イオンボンバードメント（３０分）及び再
活性化（９５０℃で１２０分、１０５０℃で６０分、１
０５０℃で１晩）を繰り返した後の放出の変化を示す。

測定を、カソード−アノードギャップが０．２５ｍｍ、
カソード温度が９５０℃，１００ＯＶで行なった。

初期の放出（１００％レベル）は各々、９０Ａ　／　ｃ
ｍ　”　（Ａ）及び９６Ａ／ｃｍ２（Ｂ）であった。

第１表では、ケースＡのカソードは回復が劣ることが示
されており、その理由は、極めて大きい圧力を用いるた
め、酸化物膜が破れ、上記機構（拡散により供給）がも
はや活性でないからである。

第２表には、イオンボンバードメント及び回復を、最初
、より短かい回復期間（１晩のかわりにＴ　＝　１０５
０℃で２時間）で実施した第１図に関して記載したよう
な方法で製造したカソード上での類似の測定が示されて
いる。かかる場合、初期放出は、１０５Ａ／ｃｍ”であ
った。最初のイオンボンバードメント後、初期放出の９
０％まで、スカンジウムを供給することにより放出が回
復することがオーガー測定で明らかである。従来のスカ
ンデートカソードと対称的に、イオンボンバードメント
を繰り返した後にも、初期値の約９０％まで放出が再生
する。

第一一λ−−表 再活性化後 ３０分、イオンボンバードメント １２０分、Ｔ＝　９５０℃ ６０分、　Ｔ＝１０５０℃ ｌ２Ｏ分、　Ｔ＝１０５０℃ ３０分。

１２０分。

６０分。

１晩。

イオンボンバードメント Ｔ＝９５０℃ Ｔ　＝　１０５０℃ Ｔ　＝　１０５０℃ ３０分。

１２０分。

６０分。

１晩。

イオンボンバードメント Ｔ＝９５０℃ Ｔ　＝　１０５０℃ Ｔ＝１０５０℃ 放　出　　　　オーガー測定 １１９’　（Ｓｃ）ρｐ’　（Ｗ） １００χ（１０５Ａ／　ｃｍリ　　　５．２０．２ ７５χ　　　　　　　　１．１ ８６χ ９０χ　　　　　　　　１．４ 本発明の他のカソードにおいては、直径１．８ｍｍ、厚
さ約０　、５　ｍｍのカソード本体１１を、タングステ
ン粉末、約１重量％のスカンジウム粉末及び７重量％の
バリウム−カルシウム−アルミネート粉末（４８ａＯ−
１ｃａＯ−Ｉ　　Ａｉ！ｚ　Ｏｚ）の混合物をプレスし
、次いで水素雰囲気下１５００“Ｃで焼結することによ
り得る。モリブデンエンベロブ３１を有するか又は有し
ないカソード本体をカソードシャフト４１に溶接する。

該シャフト４１は、酸化アルミニウム絶縁層７１を備え
る金属らせん状コア６１からなるらせんフィラメント５
１を収容している。カソード温度が９５０℃で、活性化
後に測定した放出は再び１００＾／　ｃｍ　”であった
。かかるカソードの利点は製造方法が節易なことにある
。すなわち含浸及び洗浄が不必要である。酸化物膜を有
するスカンジウム粒子の形成は、アルミネートによって
、焼結の間に行なわれていることが、オーガー測定によ
り示された。

該粒子は、出発物質中にも存在することができ、そして
、水素化スカンジウムを出発物質として選定することも
可能である。

本発明は、上記例に限定されるものではなく、本発明の
範囲内で、特にプロセスパラメーターに関しては、様々
な変形が可能である。放出物質を実際のマトリックス（
Ｌ陰極）で貯蔵チャンバ内に存在させることもでき、そ
して更に、その設計は種々の変形が可能である。

本発明のカソードはテレビ装置用の電子管及び電子顕微
鏡のみならず、例えばマグネトロン、トランスミツト管
等にも使用することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のカソードを示す縦断面図、第２．３
．４図は種々のカソード上での放出の測定結果を示す線
図である。 １１・・・カソード本体 ２１・・・放出表面 ３１・・・エンベロブ ４１・・・カソードシャフト ５１・・・らせんカソードフィラメント６１・・・金属
らせん状コア ７１・・・酸化アルミニウム絶縁層 Ｖ”；ｆＶｏｌｔｓｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも高融点金属及び／又は合金のマトリック
   スと、少なくともマトリックス中でマトリックス物質と
   接触するバリウム化合物とを含み、該化合物はマトリッ
   クス物質との化学反応により放出表面上にバリウムを供
   給することができるカソード本体を有するスカンデート
   カソードにおいて、カソード本体の少なくとも一番上の
   層が酸化スカンジウム膜で被覆されたスカンジウムを含
   むことを特徴とするスカンデートカソード。 ２、バリウム化合物を含浸によりカソード本体に導入す
   ることを特徴とする請求項１記載のスカンデートカソー
   ド。 ３、スカンジウム粉末及び高融点金属粉末からのマトリ
   ックスをプレスし、その後スカンジウム粉末を部分的に
   酸化し、次いで該アセンブリを焼結し、含浸することを
   特徴とする請求項２記載のカソードの製造方法。 ４、高融点金属及び酸化スカンジウム膜で被覆されたス
   カンジウムからのマトリックスをプレスし、その後、該
   アセンブリを焼結し、含浸することを特徴とする請求項
   ２記載のカソードの製造方法。 ５、酸化スカンジウムを、スカンジウム又は水素化スカ
   ンジウムの酸化により得ることを特徴とする請求項４記
   載のカソードの製造方法。 ６、スカンジウムの酸化により重量の増加が、５〜３０
   重量％であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか
   １つの項記載の方法。 ７、焼結操作は、水素中、せいぜい１５００℃までの温
   度で実施されることを特徴とする請求項３〜７のいずれ
   か１つの項記載の方法。 ８、プレスされるマトリックスの粉末が、最大２．５重
   量％の量のスカンジウム又は水素化スカンジウムを含む
   ことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つの項記載
   の方法。 ９、カソードは、高融点金属及び／又は合金とスカンジ
   ウム、水素化スカンジウム若しくは酸化スカンジウム膜
   で被覆されたスカンジウムの粉末を、カソードの操作の
   間に高融点金属及び／又は合金との化学反応により放出
   表面上にバリウムを供給することが可能であるバリウム
   化合物の粉末と混合し、プレスし、次いで焼結すること
   ににより得られることを特徴とする請求項１記載のスカ
   ンデートカソードの製造方法。 １０、請求項１又は２に記載のカソードを具えた電子ビ
   ーム管。