JPH03173036A - ディスペンサー陰極 - Google Patents

ディスペンサー陰極

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JPH03173036A
JPH03173036A JP2305939A JP30593990A JPH03173036A JP H03173036 A JPH03173036 A JP H03173036A JP 2305939 A JP2305939 A JP 2305939A JP 30593990 A JP30593990 A JP 30593990A JP H03173036 A JPH03173036 A JP H03173036A
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崔 鍾書
Hwan-Chul Rho
盧 煥哲
Kyu-Nam Ju
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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〕 この発明はディスペンサー陰極に係り、特にビーム電流
が高密度化され、その寿命の延びた貯蔵形ディスペンサ
ー陰極(Cavity reserwairtyped
ispenser cathode )に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
一般に、ディスペンサー陰極はその構造によって貯蔵形
(Cavit7 +ese+voi+ t7pc ) 
N含浸形(Izp+ega+ed jypり  (第3
図参照)、焼結形(5inter!d t7pa ) 
などで大別されるが、これらの共通的特徴は、ビーム電
流の高密度化が可能であり、その寿命もとても長いとい
うことである。
しかし、これらのディスペンサー陰極は1100℃〜1
200℃程度の高温下で動作されるので、実際ブラウン
管等の電子管に採用しにくいという短所を有している。
すなわち、熱電子放出がなされるため、大量の熱エネル
ギが要るので大容量のヒータを備えなければならないし
、部品はこのヒータからの熱によっても熱変形の起こら
ない素材でその部品を製造しなければならない。そして
、他の部品、例えば陰極の胴体の支持装置と、制御グリ
ッドと、スクリーングリッドなどのすべての部品も耐熱
性素材で製造されるべきである。
〔発明が解決しようとする課題〕
そのため、現在、前述のような問題点を改善するための
研究開発がなされつつある。その−例として特開昭61
−13526号公報には、動作温度が800〜900℃
程度に下がったスカンジウム系含浸形陰極が記述されて
いる。このような含浸形陰極は第3図に図示されている
ように、W−8c203を素材とする薄膜層1aが陰極
物質の含浸されている多孔性金属基体2aである。しか
し、このような含浸形陰極においては、S C203の
不均一分布による不安定の熱電子放出と、Ba酸化物と
Sc酸化物の反応による逆作用が問題となる。これはB
a酸化物とSc酸化物が反応することになれば、その副
産物としてB a 3Sc409などが熱電子放出表面
に局部的に生成され凝集されるので、熱電子放出が部分
的に阻害され熱電子放出の不安定状態を招く。さらにW
−8c203になった薄膜層が多孔性金属基体の表面に
形成されているので、構造上熱伝達が不利になり、そし
て、タングステン酸スカンジウムの生成が遅延されるこ
とになり、電子放出物質表面にBa−3c−0によって
構成されている単原子層を形成するための時間、すなわ
ち活性化エンジジグ時間がとても長くなり、結局生産性
が低くなる。
一方、陰極の動作時、イオン衝撃によるW−8c203
薄膜層の損傷の恐れがあるが、これは単原子層の損失に
より電流密度が急激に低下されるようになり、結局はそ
の寿命が大幅に縮まる等の問題点が生ずるのである。
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、低温
下においてもビーム電流の高密度化のでき、持続的で安
定した電子放出特性を有するディスペンサー陰極を提供
することを目的とする。
また、本発明の他の目的は活性化エイジジグ時間が大福
に縮まって製造・生産性を向上させることのできるディ
スペンサー陰極を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
前記の目的を達成するため、請求項第1項記載の本発明
のディスペンサー陰極は、BaおよびBa酸化物の中の
少なくとも−っである電子放出物質と、前記電子放出物
質の上部に置かれて拡散空洞部を提供する多孔性金属基
体とを具備するディスペンサー陰極において、前記電子
放出物質と多孔性金属基体の間にタングステン酸スカン
ジウムおよびWからなる合金薄膜層を形成してなること
を特徴とする。
また、請求項第2項記載の本発明のディスペンサー陰極
は、前記タングステン酸スカンジウムがSc W O,
Sc6W012の中の少な(とも23.12 一つであることを特徴とする請求項第3項記載のディス
ペンサー陰極は、タングステン酸スカンジウムの含有量
が薄膜層総重量の2〜50%であることを特徴とする。
また、請求項第4項記載の本発明のディスペンサー陰極
は、BaおよびBa酸化物の中の少なくとも一つである
電子放出物質と、前記電子放出物質の上部に置かれて拡
散空洞部を提供する多孔性金属基体とを具備するディス
ペンサー陰極において、前記電子放出物質と多孔性金属
基体の間にりジグステン酸スカンジウムによって形成さ
れているペレットを介在させたことを特徴とする。
また、請求項第5項記載の本発明のディスペンサー陰極
は、前記タングステン酸スカンジウムがS c  W 
 OS c  W O12の中の少なくとも2 3  
12ゝ    6 一つであることを特徴とする。
〔作 用〕
本発明のディスペンサー陰極は、仕事関係の低い単原子
層の一元素であるスカンジウムが多孔性金属基体と電子
放出物質との間に、請求項第1項から第3項においては
薄膜層の形態として介在されており、請求項第4項およ
び第5項においてはペレットの形態として介在されてる
ので、スカンジウムの十分な供給を通じて安定で持続的
な熱電子放出が可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図および第2図について説
明する。
第1図は本発明の貯蔵形のディスペンサー陰極の第1実
施例を示している。
この陰極は貯蔵槽3bと、これに装入される電子放出物
質2bと、前記電子放出物質2bの上部に置かれる多孔
性金属基体ibと、前記電子放出物質2bと多孔性金属
基体1bとの間に置かれる合金薄膜層6b、前記貯蔵槽
3bを支持固定しヒータ5bを内臓するスリーブ4bと
を具備する前記貯蔵槽3bとスリーブ4bとは、MOl
Ta等の高融点金属によって形成され、前記の電子放出
物質2bはバリウムカルシウムアルミネートによって形
成されている圧縮成形体である。そして、前記合金薄膜
層6dはタングステン酸スカンジウム(S C2W 3
O12またはSc6WO12)とWによって形成されて
いる合金コーティング層である。一方、前記多孔性金属
基体1bはW等の耐熱性金属粉末を焼結処理して形成さ
れており、場合によってI r、Os、Ru5Re等の
白金族元素が選択的に含有されている。
第2図は本発明の他の実施例を示している。
本実施例においては、貯蔵槽3cと、これに装入される
電子放出物質2Cと、前記電子放出物質2Cの上部に置
かれる多孔性金属基体ICと、前記電子放出物質2Cと
多孔性金属基体ICとの間に置かれるペレット6c、前
記貯蔵槽3cを支持固定しヒータ5Cを内臓するスリー
ブ4Cとを具備する。
前記の貯蔵槽3cとスリーブ4cとはMo、Ta等の高
融点金属によって形成され、前記電子放出物質2.cは
バリウムカルシウムアルミネートによって形成されてい
る圧縮成形体である。そして、前記ペレット6CはS 
C2W a O12粉末またはSc  WO12粉末あ
るいはこれらの混合粉末によって形成されているタング
ステン酸スカンジウムの圧縮成形体である。一方、前記
多孔性金属基体ICはタングステン等の耐熱性金属粉末
を焼結処理して形成されており、場合によってはIr、
Os、Ru5Re等の白金族元素が選択的に含有されて
いる。
このようなディスペンサー陰極の製造方法は次の通りで
ある。
1)  B a CO1Ca CO、A It 203
を4:3 1:1または5:3:2のモル(mo l e)比に混
合した後、1200ないし1400℃の範囲の温度で約
8時間焼成する。そして焼成完了後、前記焼成体、すな
わちバリウムカルシウムアルミネートにタングステン粉
末を20〜50%の重量比に混合する。
2)  WとS C203の粉末を適正比に混合後、酸
化性雰囲気下で焼成してタングステン酸スカンジウム(
S C2W a OI 2またはSc6WO12)を製
造する。そして、これにWを混合した後、スパッタリン
グ用ターゲットを製造する。この際、タングステン酸ス
カンジウムは総重量の2〜50wt%となるよう成分比
を調節する。
3) 約5μmの粒径を有するタングステン粉末を圧縮
成形した後、これを焼結処理して多孔性金属基体を製造
する。この際、Ir、Os等の白金族元素を選択的に含
有させる。
4) 前記の段階を経て製造された前記のバリウムカル
シウムアルミネートおよびW混合金属粉末を貯蔵槽3b
に装入した後、プレスジグで圧縮することによって貯蔵
槽3b内の電子放出物質2bを成形する。
5) タングステン酸スカンジウムとWで製造された前
記ターゲットを、前記多孔性金属基体の底面または前記
電子放出物質の上面にスパッタリングして50〜500
0 nm厚さの薄膜層を形成する。
6) 前記の多孔性金属基体1bを前記薄膜層6bの上
部に位置させた後、貯蔵槽3bに溶接固定する。
以上の通り詳細に述べた本発明によるディスペンサー陰
極は、低い仕事関数を有するBa−8c−〇の単原子層
の生成元素たるScの供給源が従来と違って多孔性金属
基体の底部に置かれるように構成されている。
これによれば、Sc酸化物とBa酸化物の反応による副
産物が電子放出表面に生成されるのを押さえる。
これを更に詳細に説明すると次の通りである。
ヒータからの熱により電子放出物質が加熱されると、多
孔性金属基体の底部に置かれたタングステン酸スカンジ
ウムとBaとの反応が起こり、Sc2W3O12+3B
a=3BaWO4+2SCに表現される反応をもってS
cが生成される。
したがって、前記のScは遊離B a (Diffus
eBa) とともに、その上部の多孔性金属基体の空洞
部を通じて拡散された後、多孔性金属基体の表面に達し
てはBa−3c−0の単原子層を形成する。この過程の
中で、Baの酸化物とSc酸化物との副産物は多孔性金
属基体の表面までは到達できない。
〔発明の効果〕
このように本発明は構成され作用するものであるから、
多孔性金属基体の表面に均一の組織の単原子層が生成さ
れることによって持続的で安定した熱電子放出ができる
また、本発明のディスペンサー陰極の活性化エイジジグ
時間は2時間程度で、10時間程度かかった従来のSc
系含浸形陰極に比べて大幅に縮められた。従来のSc系
含浸形陰極の場合、WとSc203によって形成された
薄膜層が陰極物質表面に形成されるので、構造上熱伝達
が不利になってタングステン酸スカンジウムの生成が円
滑でない反面、本発明のディスペンサー陰極は電子放出
物質にタングステン酸スカンジウムが含まれるか、その
上部に置かれるので、蒸発SCの生成が速やかになされ
る。
また、Sc供給源たるタングステン酸スカンジウムおよ
びWの薄膜層がイオン衝撃の激しい多孔性金属基体の表
面ではなくその底部に置かれているので、イオン衝撃の
よる薄膜層の損失を破らないし、活性化エンジジグの結
果で生成された単原子層が陰極動作時イオン衝撃により
損われても、蒸発Scが持続的に多孔性金属基体の表面
に達することによって直ちに復旧されるところ、結局安
定した熱電子放出がなされる。
一実施例を示す断面図、第2図は本発明の他の実施例を
示す断面図、第3図は従来のSc系含浸形陰極の断面図
である。
lb、lc・・・多孔性金属基体、2b、2c・・・電
子放出物質、3b、3c・・・貯蔵槽、4b、4c・・
・スリーブ、5b、Sc・・・ヒータ、6b・・・薄膜
層、6c・・・ペレット。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)BaおよびBa酸化物の中の少なくとも一つである
    電子放出物質と、前記電子放出物質の上部に置かれて拡
    散空洞部を提供する多孔性金属基体とを具備するディス
    ペンサー陰極において、前記電子放出物質と多孔性金属
    基体の間にタングステン酸スカンジウムおよびWからな
    る合金薄膜層を形成してなることを特徴とするディスペ
    ンサー陰極。 2)前記タングステン酸スカンジウムがSc_2W_3
    O_1_2、Sc_6WO_1_2の中の少なくとも一
    つであることを特徴とする請求項第1項記載のディスペ
    ンサー陰極。 3)タングステン酸スカンジウムの含有量が薄膜層総重
    量の2〜50%であることを特徴とする請求項第1項ま
    たは第2項記載のディスペンサー陰極。 4)BaおよびBa酸化物の中の少なくとも一つである
    電子放出物質と、前記電子放出物質の上部に置かれて拡
    散空洞部を提供する多孔性金属基体とを具備するディス
    ペンサー陰極において、前記電子放出物質と多孔性金属
    基体の間にタングステン酸スカンジウムによって形成さ
    れているペレットを介在させたことを特徴とするディス
    ペンサー陰極。 5)前記タングステン酸スカンジウムがSc_2W_3
    O_1_2、Sc_6WO_1_2の中の少なくとも一
    つであることを特徴とする請求項第4項記載のディスペ
    ンサー陰極。
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