JPH0345856B2 - - Google Patents
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- JPH0345856B2 JPH0345856B2 JP2750388A JP2750388A JPH0345856B2 JP H0345856 B2 JPH0345856 B2 JP H0345856B2 JP 2750388 A JP2750388 A JP 2750388A JP 2750388 A JP2750388 A JP 2750388A JP H0345856 B2 JPH0345856 B2 JP H0345856B2
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、含浸形陰極の電子放射効率向上のた
めに下記含浸形陰極の電子放射面にオスミウム
（Os）の被覆層を設けた耐酸化性のオスミウム被
覆含浸形陰極に関するものである。
めに下記含浸形陰極の電子放射面にオスミウム
（Os）の被覆層を設けた耐酸化性のオスミウム被
覆含浸形陰極に関するものである。
［従来の技術］
含浸形陰極は多孔質金属基体の空孔部にアルカ
リ土類金属からなる電子放射物質を含浸させたも
のである。多孔質金属基体としてはタングステン
（Ｗ）、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、レニ
ウム（Re）、ニツケル（Ni）などの耐熱金属及び
これらの合金が用いられる。一般に多孔質金属基
体としては、融点が高く、蒸気圧が低く、耐イオ
ン衝撃性が高いタングステンを用い、また電子放
射物質としてはBaO、CaO、Al2O3の化合物が用
いられる。この含浸形陰極の動作状態では、多孔
質タングステン内に含浸された電子放射物質がタ
ングステンと反応して遊離バリウムを生成し、基
体内に空孔部を通つて陰極基体表面、すなわち電
子放射面に到着し、さらに表面拡散して電子放射
面にバリウムの単原子吸着層を形成する。その結
果、含浸形陰極の仕事関数は、基体のタングステ
ン（4.5eV）及びバリウム（2.3eV）の仕事関数
より小さい1.9〜2.0eVと低いものとなる。
リ土類金属からなる電子放射物質を含浸させたも
のである。多孔質金属基体としてはタングステン
（Ｗ）、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、レニ
ウム（Re）、ニツケル（Ni）などの耐熱金属及び
これらの合金が用いられる。一般に多孔質金属基
体としては、融点が高く、蒸気圧が低く、耐イオ
ン衝撃性が高いタングステンを用い、また電子放
射物質としてはBaO、CaO、Al2O3の化合物が用
いられる。この含浸形陰極の動作状態では、多孔
質タングステン内に含浸された電子放射物質がタ
ングステンと反応して遊離バリウムを生成し、基
体内に空孔部を通つて陰極基体表面、すなわち電
子放射面に到着し、さらに表面拡散して電子放射
面にバリウムの単原子吸着層を形成する。その結
果、含浸形陰極の仕事関数は、基体のタングステ
ン（4.5eV）及びバリウム（2.3eV）の仕事関数
より小さい1.9〜2.0eVと低いものとなる。
金属の熱電子放射電流密度Ｊはリチヤードソ
ン・ダツシユマンの式〔Ｊ＝AT2exp（−eφ／
kT）〕、（ここでＡは熱電子定数、Ｔは陰極の絶対
温度、ｅは電子の電荷、φは仕事関数、ｋはボル
ツマン定数である）で与えられる。すなわち、熱
電子放射電流密度Ｊは、物質からある温度でとり
得る最大の飽和電流密度であり、温度が高い程、
仕事関数が小さい程、熱電子放射電流密度Ｊは向
上する。含浸形陰極はタングステン基体表面にバ
リウムの単原子吸着層を形成して仕事関数を小さ
くし、低温動作で熱電子放射電流密度を向上した
陰極である。
ン・ダツシユマンの式〔Ｊ＝AT2exp（−eφ／
kT）〕、（ここでＡは熱電子定数、Ｔは陰極の絶対
温度、ｅは電子の電荷、φは仕事関数、ｋはボル
ツマン定数である）で与えられる。すなわち、熱
電子放射電流密度Ｊは、物質からある温度でとり
得る最大の飽和電流密度であり、温度が高い程、
仕事関数が小さい程、熱電子放射電流密度Ｊは向
上する。含浸形陰極はタングステン基体表面にバ
リウムの単原子吸着層を形成して仕事関数を小さ
くし、低温動作で熱電子放射電流密度を向上した
陰極である。
含浸形陰極では、陰極基体の種類により電子放
射特性を向上できる。例えば、フイリツプス社が
提案したオスミウム被覆含浸形陰極がある。これ
は多孔質タングステン基板に電子放射物質を含浸
した含浸形陰極の電子放射面にオスミウムの被覆
層を設けたものである。この陰極の動作状態では
オスミウムの表面にバリウムの単原子吸着層が形
成され、タングステン基体の場合に比べてさらに
仕事関数が低下し（1.7〜1.8eV）、熱電子放射電
流密度はさらに向上する。一例としてＷを基体と
する含浸形陰極と、前記陰極の電子放射面に0.5μ
ｍ厚のオスミウムの被覆層を設けたオスミウム被
覆含浸形陰極の1000℃における飽和電流密度を比
較すると、前者に比べて後者のオスミウム被覆含
浸形陰極では約３倍高い飽和電流密度が得られ
た。
射特性を向上できる。例えば、フイリツプス社が
提案したオスミウム被覆含浸形陰極がある。これ
は多孔質タングステン基板に電子放射物質を含浸
した含浸形陰極の電子放射面にオスミウムの被覆
層を設けたものである。この陰極の動作状態では
オスミウムの表面にバリウムの単原子吸着層が形
成され、タングステン基体の場合に比べてさらに
仕事関数が低下し（1.7〜1.8eV）、熱電子放射電
流密度はさらに向上する。一例としてＷを基体と
する含浸形陰極と、前記陰極の電子放射面に0.5μ
ｍ厚のオスミウムの被覆層を設けたオスミウム被
覆含浸形陰極の1000℃における飽和電流密度を比
較すると、前者に比べて後者のオスミウム被覆含
浸形陰極では約３倍高い飽和電流密度が得られ
た。
一方、このオスミウム被覆含浸形陰極は、被覆
層の酸化により熱電子放射特性が劣化するという
欠点がある。すなわち、オスミウムは低温で酸化
され易く、オスミウムの酸化物は蒸気圧が高いた
め電子管の製造途中に陰極表面から蒸着して消失
し、その結果熱電子放射特性が劣化する。第１図
ａの曲線はタングステン板にオスミウムを被覆し
た試料を大気中で熱酸化した時の重量変化（相対
値）を示す。この図からわかる様にオウミウムは
200℃以上で著しく酸化して蒸発するためタング
ステン板上から消失する。すなわち、酸化過程を
経たオスミウム被覆含浸形陰極の熱電子放射特性
は劣化する。
層の酸化により熱電子放射特性が劣化するという
欠点がある。すなわち、オスミウムは低温で酸化
され易く、オスミウムの酸化物は蒸気圧が高いた
め電子管の製造途中に陰極表面から蒸着して消失
し、その結果熱電子放射特性が劣化する。第１図
ａの曲線はタングステン板にオスミウムを被覆し
た試料を大気中で熱酸化した時の重量変化（相対
値）を示す。この図からわかる様にオウミウムは
200℃以上で著しく酸化して蒸発するためタング
ステン板上から消失する。すなわち、酸化過程を
経たオスミウム被覆含浸形陰極の熱電子放射特性
は劣化する。
現在一般的に行われている電子管製造法では、
主に第２図に示す封止工程において陰極は酸化さ
れる。
主に第２図に示す封止工程において陰極は酸化さ
れる。
第２図により電子管製造法における一般的な封
止工程について説明する。陰極１は、電子線集束
用の電極群２と幾何学的寸法を保つように固定さ
れ、さらに電極群２は支持金具３を介して真空排
気管４に固定される。封止工程においては、真空
排気管４は保持具５に取り付けて、電子管６に設
けたネツク管７の孔に沿つて挿入する。次に接続
部８の周囲をガスバーナ９等で加熱し、接続部８
において真空排気管４とネツク管７を接続する。
この工程を電子管製造における封止工程と呼んで
いる。封止工程は一般に大気中で行われ、また陰
極１の周囲はガスバーナ９の熱で約400℃まで昇
温するから、陰極１は酸化される。特にオスミウ
ム被覆含浸形陰極では、封止工程によりオスミウ
ムが酸化蒸発して陰極表面から消失し、熱電子放
射特性が劣化する。
止工程について説明する。陰極１は、電子線集束
用の電極群２と幾何学的寸法を保つように固定さ
れ、さらに電極群２は支持金具３を介して真空排
気管４に固定される。封止工程においては、真空
排気管４は保持具５に取り付けて、電子管６に設
けたネツク管７の孔に沿つて挿入する。次に接続
部８の周囲をガスバーナ９等で加熱し、接続部８
において真空排気管４とネツク管７を接続する。
この工程を電子管製造における封止工程と呼んで
いる。封止工程は一般に大気中で行われ、また陰
極１の周囲はガスバーナ９の熱で約400℃まで昇
温するから、陰極１は酸化される。特にオスミウ
ム被覆含浸形陰極では、封止工程によりオスミウ
ムが酸化蒸発して陰極表面から消失し、熱電子放
射特性が劣化する。
上記封止工程において陰極１の酸化を防止し、
熱電子放射特性の劣化をなくす方法が提案され
た。この方法は、封止工程に際し真空排気管４の
一端に設けた真空排気口１０から、チツ素、アル
ゴンガス等の非酸化性のガスを導入し、陰極１の
周囲を非酸化性のガス雰囲気に置換して封止を行
なう。この方法は、陰極１が酸化されずオスミウ
ムの蒸発を防止するのに有効である。
熱電子放射特性の劣化をなくす方法が提案され
た。この方法は、封止工程に際し真空排気管４の
一端に設けた真空排気口１０から、チツ素、アル
ゴンガス等の非酸化性のガスを導入し、陰極１の
周囲を非酸化性のガス雰囲気に置換して封止を行
なう。この方法は、陰極１が酸化されずオスミウ
ムの蒸発を防止するのに有効である。
［発明が解決しようとする課題］
上記非酸化性ガスへの置換による方法は、非酸
化性ガスへの置換という工程がはいるため、電子
管製造の手間がかかり、また製造設備が複雑にな
りコスト高になるという欠点があつた。
化性ガスへの置換という工程がはいるため、電子
管製造の手間がかかり、また製造設備が複雑にな
りコスト高になるという欠点があつた。
本発明の上記封止工程においてオウミウム被覆
含浸形陰極が酸化処理を受けても、オスミウムが
酸化蒸発して熱電子放射特性が劣化しない耐酸化
性のオスミウム被覆含浸形陰極を提供することを
目的とする。
含浸形陰極が酸化処理を受けても、オスミウムが
酸化蒸発して熱電子放射特性が劣化しない耐酸化
性のオスミウム被覆含浸形陰極を提供することを
目的とする。
［課題を解決するための手段］
上記目的は、多孔質タングステン基体にBaO、
CaO、Al2O3からなる電子放射物質を含浸した含
浸形陰極の電子放射面にオスミウムを被覆した
後、非酸化性雰囲気中で熱処理することにより達
成できる。
CaO、Al2O3からなる電子放射物質を含浸した含
浸形陰極の電子放射面にオスミウムを被覆した
後、非酸化性雰囲気中で熱処理することにより達
成できる。
また、熱処理温度は1000〜1350℃が適当であ
り、より好ましくは1100〜1250℃である。
り、より好ましくは1100〜1250℃である。
［作用］
タングステン（Ｗ）板にオスミウム（Os）を
厚さ0.5μｍ被覆したOs／Ｗ試料において、例え
ば真空中で1100℃２時間の熱処理を施すと、第１
図ｂに示すようにその後大気中で300〜600℃で酸
化処理をしてもオスミウムが酸化蒸発することが
なく、耐酸化性のオスミウム被覆層が形成されて
いることがわかる。これは熱処理により耐酸化性
をもつ基体材料のタングステンが、オスミウム粒
子間すなわち粒界を伝わつてオスミウム被膜表面
までしみ出し、オスミウム被膜表面部がタングス
テンとオスミウムの混在した状態になるためと考
えられる。
厚さ0.5μｍ被覆したOs／Ｗ試料において、例え
ば真空中で1100℃２時間の熱処理を施すと、第１
図ｂに示すようにその後大気中で300〜600℃で酸
化処理をしてもオスミウムが酸化蒸発することが
なく、耐酸化性のオスミウム被覆層が形成されて
いることがわかる。これは熱処理により耐酸化性
をもつ基体材料のタングステンが、オスミウム粒
子間すなわち粒界を伝わつてオスミウム被膜表面
までしみ出し、オスミウム被膜表面部がタングス
テンとオスミウムの混在した状態になるためと考
えられる。
熱処理は非酸化性雰囲気中で行なうので、熱処
理中に雰囲気中の酸化性ガスによりオスミウムが
酸化蒸発して消耗することはない。
理中に雰囲気中の酸化性ガスによりオスミウムが
酸化蒸発して消耗することはない。
非酸化性雰囲気としては、O2、H2O、CO2等の
酸化性とガス分圧が１×10-5Torr以下の真空、
あるいは、たとえば露点−50℃以下のアルゴン、
チツ素、水素ガス等の非酸化性ガスがある。
酸化性とガス分圧が１×10-5Torr以下の真空、
あるいは、たとえば露点−50℃以下のアルゴン、
チツ素、水素ガス等の非酸化性ガスがある。
耐酸化効果を得るための、熱処理温度と熱処理
時間の関係を第３図に示す。熱処理温度をパラメ
ータにとり、横軸に熱処理時間、縦軸に耐酸化効
果の尺度としてのオスミウム減少量をとつてい
る。図中、曲線１１は1000℃熱処理、１２は1050
℃熱処理、１３は1100℃熱処理、１４は1200℃熱
処理の場合を示す。すなわち、耐酸化性のオスミ
ウム被覆層を形成するには、1000℃の場合は５時
間以上、1200℃の場合は10分以上の熱処理が必要
である。オスミウム被覆層の耐酸化処理効果は
1350℃以上でも得られるが、オスミウム被覆含浸
形陰極では熱処理温度が1350℃を越えると電子放
射物質が変質し、熱電子放射特性を劣化させ、寿
命短縮の原因となる。
時間の関係を第３図に示す。熱処理温度をパラメ
ータにとり、横軸に熱処理時間、縦軸に耐酸化効
果の尺度としてのオスミウム減少量をとつてい
る。図中、曲線１１は1000℃熱処理、１２は1050
℃熱処理、１３は1100℃熱処理、１４は1200℃熱
処理の場合を示す。すなわち、耐酸化性のオスミ
ウム被覆層を形成するには、1000℃の場合は５時
間以上、1200℃の場合は10分以上の熱処理が必要
である。オスミウム被覆層の耐酸化処理効果は
1350℃以上でも得られるが、オスミウム被覆含浸
形陰極では熱処理温度が1350℃を越えると電子放
射物質が変質し、熱電子放射特性を劣化させ、寿
命短縮の原因となる。
空孔率26％の多孔質タングステン基体の空孔部
にBaO、CaO、Al2O3からなる電子放射物質を含
浸し、表面研磨により滑らかな電子放射面を形成
した含浸形陰極を作る。上記電子放射面に電子線
蒸着によりオスミウムを0.5μｍ厚蒸着し、オスミ
ウム被覆含浸形陰極を作る。次に１×10-5Torr
以下の真空中で1100℃、２時間の熱処理をしてオ
スミウム被覆の耐酸化処理をして、耐酸化性のオ
スミウム被覆含浸形陰極を作る。第４図は、通常
のオスミウム被覆含浸形陰極の熱電子放射特性２
１、通常のオスミウム被覆含浸形陰極を大気中で
450℃、10分間の酸化処理をした場合の熱電子放
射特性２２、及び本発明の真空中で１時間、1100
℃で熱処理した耐酸化性のオスミウム被覆含浸形
陰極を大気中で500℃、10分間の酸化処理をした
場合の熱電子放射特性２３を示す。本実施例で明
らかなように、本発明によれば大気中での酸化処
理を受けても熱電子放射特性の劣化のない、耐酸
化性のオスミウム被覆含浸形陰極を容易に得るこ
とができる。
にBaO、CaO、Al2O3からなる電子放射物質を含
浸し、表面研磨により滑らかな電子放射面を形成
した含浸形陰極を作る。上記電子放射面に電子線
蒸着によりオスミウムを0.5μｍ厚蒸着し、オスミ
ウム被覆含浸形陰極を作る。次に１×10-5Torr
以下の真空中で1100℃、２時間の熱処理をしてオ
スミウム被覆の耐酸化処理をして、耐酸化性のオ
スミウム被覆含浸形陰極を作る。第４図は、通常
のオスミウム被覆含浸形陰極の熱電子放射特性２
１、通常のオスミウム被覆含浸形陰極を大気中で
450℃、10分間の酸化処理をした場合の熱電子放
射特性２２、及び本発明の真空中で１時間、1100
℃で熱処理した耐酸化性のオスミウム被覆含浸形
陰極を大気中で500℃、10分間の酸化処理をした
場合の熱電子放射特性２３を示す。本実施例で明
らかなように、本発明によれば大気中での酸化処
理を受けても熱電子放射特性の劣化のない、耐酸
化性のオスミウム被覆含浸形陰極を容易に得るこ
とができる。
［発明の効果］
以上述べたように、多孔質タングステン基体に
電子放射物質を含浸した含浸形陰極の電子放射面
にオスミウムを被覆したオスミウム被覆含浸形陰
極において、電子放射面にオウミスムを被覆後あ
らかじめ1000〜1350℃、より好ましくは1100〜
1250℃で熱処理を施すことにより、熱電子放射特
性の良い耐酸化性のオスミウム被覆含浸形陰極を
容易に製造できる。
電子放射物質を含浸した含浸形陰極の電子放射面
にオスミウムを被覆したオスミウム被覆含浸形陰
極において、電子放射面にオウミスムを被覆後あ
らかじめ1000〜1350℃、より好ましくは1100〜
1250℃で熱処理を施すことにより、熱電子放射特
性の良い耐酸化性のオスミウム被覆含浸形陰極を
容易に製造できる。
第１図は、タングステン板にオスミウムを被覆
した試料において、大気酸化によるオスミウムの
減少量を示す図、第２図は、従来の封止工程の説
明図、第３図は、オウミウム被覆タングステン板
の耐酸化処理効果を示す図、第４図は、本発明の
実施例のオウミウム被覆合浸形陰極の熱電子放射
特性を示す図である。 １……陰極、２……電極群、３……支持金具、
４……真空排気管、５……保持具、６……電子
管、７……ネツク管、８……接続部、９……ガス
バーナ、１０……真空排気口。
した試料において、大気酸化によるオスミウムの
減少量を示す図、第２図は、従来の封止工程の説
明図、第３図は、オウミウム被覆タングステン板
の耐酸化処理効果を示す図、第４図は、本発明の
実施例のオウミウム被覆合浸形陰極の熱電子放射
特性を示す図である。 １……陰極、２……電極群、３……支持金具、
４……真空排気管、５……保持具、６……電子
管、７……ネツク管、８……接続部、９……ガス
バーナ、１０……真空排気口。
Claims (1)
- １ 多孔質タングステン基体にBaO、CaO、
Al2O3からなる電子放射物質を含浸した含浸形陰
極の電子放射面にオスミウムを被覆した後、非酸
化性雰囲気中で熱処理と所望の耐酸化性を得るこ
とを特徴とするオスミウム被覆含浸形陰極の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2750388A JPS63211535A (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | オスミウム被覆含浸形陰極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2750388A JPS63211535A (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | オスミウム被覆含浸形陰極の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59201654A Division JPS60100333A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | オスミオム被覆含浸形陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211535A JPS63211535A (ja) | 1988-09-02 |
| JPH0345856B2 true JPH0345856B2 (ja) | 1991-07-12 |
Family
ID=12222945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2750388A Granted JPS63211535A (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | オスミウム被覆含浸形陰極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63211535A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015088040A1 (ja) | 2013-12-12 | 2015-06-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼板およびその製造方法 |
-
1988
- 1988-02-10 JP JP2750388A patent/JPS63211535A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015088040A1 (ja) | 2013-12-12 | 2015-06-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼板およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211535A (ja) | 1988-09-02 |
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