JPH0439171B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温で溶融する基本材料を有し、その
中に金属酸化物の形態で放射材料を有し、陰極の
動作中この金属の酸化物は連続的に還元され、金
属が表面に原子の形で拡散し、その箇所に単原子
膜を形成する硼化デイスペンサ陰極の製造方法に
関するものである。

このような種類の陰極は例えばマグネトロン、
送信管、Ｘ線管およびクライストロン等に使用さ
れる。

このような管において前述の被覆はダイボール
表面層を形成し、その結果動作係数は純粋のエミ
ツタ材料の場合よりも低い値に減少する。このよ
うな被膜陰極の例は炭素化トリウムタングステン
陰極（Th−〔Ｗ〕_C）および炭素化ランタンモリブ
デン陰極（La−〔Mo〕_C）である。他の稀土類金
属或いはアルカリ土金属をエミツタとした同じよ
うな陰極も既知である。炭素化（carburization）
によつて放射特性が改善される。トリウム−タン
グステン陰極のこのような炭素化は、例えば有
機・物蒸気（例えばH₂−ベンジン混合物）内で
1600〜2000℃で加熱することにより行われる。こ
のような炭素化陰極の活性化工程は必要とする厳
格さが少なくなり、陰極の寿命は長くなり、陰極
の連続動作中高い放射電流密度が得られる。この
ような陰極はイオン衝撃の感度が少なくなり、ま
た普通の炭素化しない陰極に比べエミツタ材料の
蒸発が少なくなる。

硼素化物デイスペンサ陰極の製造方法はIzves
−tiya AKademii Nauk S.S.S.R.
Neorganischeskie Materialy，Vol.15，No.１，
PP 64−67，January 1979に発表されている。
炭素化工程中に形成されるカーバイド層の硼化物
（WB，W₂Ｂ）の置換は、トリウム−タングステ
ンの放射特性を改善する。前記文献に記載された
方法では、トリウム−タングステン線内に硼素を
含有する粉末混合物を焼付けにより設ける。さら
に陰極上に炭化硼素の懸濁液をブラシでこすりつ
け、次いで加熱することによつても硼素をここに
設けることができる。粉末混合物として硼素陰極
を作ること、または懸濁液によつてこれを作るこ
とはその製造工程においていくつかの余分な処理
を必要とする。

本発明の目的はかかる陰極の炭化工程に使用さ
れていた装置を用い、硼化デイスペンサ陰極を製
造する方法を得んとするにある。

本発明によるかかる硼化デイスペンサ陰極の製
造方法は、 次の各工程： ａ 水素含有雰囲気内で焼鈍することにより陰極
を清浄化する工程； ｂ 気体硼素化合物を有するガス雰囲気内で陰極
を加熱し、この温度を硼素が陰極上に堆積する
如き温度とする固定、 ｃ 陰極を真空または非反応性雰囲気内で加熱
し、この加熱を陰極の動作温度まで行い、この
温度にしばらく加熱状態を維持し、基本材料の
硼化物が形成される如くした工程、 を具えてなることを特徴とする。

水素含有雰囲気は例えば純粋水素または稀ガス
窒素および水素を有する混合ガス等とする。

気体硼素化合物は二硼化水素（B₂H₆）とする
と好都合である。この化合物は安価であり、多量
に得ることができる。しかしながらB₄H₁₀（16℃
と同じまたは以上の温度に対し）またはB₅H₉（59
℃と同じまたは以上の温度に対し）、または水素
と混合したBF₃，BCl₃，BBr₃の１つのガスを用
いることもできる。蒸気状とした固体の硼素化合
物または蒸気状とした液体硼素化合物、或いはこ
れらをキヤリアガスと混合したものも使用するこ
とができる。例えばデイカボレーン（B₁₀H₁₄）
の溶融点99.5℃を有し、また沸点213℃を有する
ものも極めて容易に蒸発させることができる。

硼素は基本材料（タングステン、モリブデン
等）に対し炭素よりも結合しにくいので、放射材
料（酸化物）の還元に対し拡散によりより良好に
作用させることができる。陰極の寿命中放射材料
の還元は陰極表面より遠い箇所にも生ずる。

本発明を使用すると多くの利点が得られる。実
験によると硼化陰極の飽和放射（エミツシヨン）
は炭化陰極の飽和エミツシヨンより約1.5倍大で
あることがわかつた。

炭化陰極内の金属酸化物の反応精製物は一酸化
炭素であり、また硼化陰極においては酸化硼素
（B₂O₃）である。COは191℃において1atの蒸気
圧を有し、B₂O₃は1860℃で1atの蒸気圧を有す
る。従つて炭素化陰極を有する管内では陰極より
COの形態でかなりの量のガスが遊離化する。こ
れに反し硼化陰極を有している管ではB₂O₃の蒸
気圧が極めて低いため、管の他の構成素子の脱ガ
スのみを考えればよい。マグネトロンでは放射が
良好となると管を平常に動作させるためのフイラ
メント電圧を減少させることができるので、マグ
ネトロンの動作をより安定させて行うことができ
る。送信管においては高い放射と陰極格子間の空
間を減少させることと組合せ、利得と帯域幅の両
方を大にすることができる。さらに送信管に硼化
陰極を用いるときは、陰極温度を減少させること
ができるので寿命の長い管が得られる。

このより長い寿命は硼素がより良好な拡散性を
有することによつても得られる。すなわち、エミ
ツタ材料は陰極の一部においても還元される。こ
れは炭化陰極の場合、表面の炭化は炭素の拡散が
より不良であるため決して達成されない。この結
果エミツタ材料の蓄積はより良好に行われる。

この硼化形成工程は、従来の炭化陰極に対し使
用されていた装置をそのまま使用することができ
る。

硼化工程を行う前に、例えば炭化タングステン
によつてサンドブラスト加工を加えるか、或いは
エツチング工程によつて陰極を粗面化し、これに
より表面を粗くする。かくすると陰極に対する硼
素層をより良好に接着させることができる。

英国特許第7655号より、硼素により処理するこ
とにより管のフイラメントの電気抵抗を増加させ
ることが既知である。これは極めて高温（白熱範
囲）で行い、硼素層または炭素層が形成されるこ
とを防止している。しかし本発明の方法によると
きは硼素を有する雰囲気内で!?かに低い温度を使
用して行うことができ、硼素層を形成する。上述
の英国特許に記載の方法によると、ガス内のポロ
ンクラスターの形成を招き、トリウム−タングス
テン陰極上には硼素層は蒸着されない。

本発明は直熱型および間接加熱型陰極（線、プ
レスマトリツクス等）両者に対し硼素を被着する
に使用することができる。

以下図面に示されているいくつかの実施例を参
照して本発明を説明する。

実施例 １ 第１図に示すトリウム−タングステンの陰極コ
イル１は直熱マグネトロン陰極コイルであり、線
径0.6mmの線を直径５mmに８回巻回し、長さ10mm
のコイルとし、このコイル１をタングステンカー
バイドによりサンドブラスト加工を行い、次いで
水素雰囲気中において加熱する。さらにこれに続
きコイル１をジボラン（二硼化水素（B₂H₆））と
アルゴンの混合気（ガス）中でコイルに7.5Aの
電流を通しながら、600℃の温度に加熱する。５
分後にジボランとアルゴンの混合気を取去り、真
空中（1.3・10^-3Pa）で、陰極に流す電流を19A
に増加させ、この19Aの電流を５分間維持する。
真空を用いる代りに乾燥水素雰囲気（例えば大気
圧において）を使用することができる。この処理
におけるコイル１の温度は1600℃とする。この陰
極コイルは内側に彎曲させた上側端２および接線
方向に延びる下側端３とを有する。この下側端３
をモリブデンのエンドプレート５に連結し、溶接
箇所４によつて支持棒６に結合する。上側端２は
中央支持棒８およびエンドプレート９に対し溶接
箇所７によつて連結する。支持棒６および８は銅
の管１０およびシールリング１１によつてアルミ
ナ板１２に装着し、このアルミナ板１２を環状の
ベースプレート１３に封着する。

実施例 ２ 第２図は網状陰極２０を略図で示すもので、あ
り、この網（メツシユ）は左巻螺旋状にランタン
化モリブデンの30本の線と、右側に螺旋巻してあ
る30本のモリブデン線で構成され、これらの線は
その交叉箇所で溶接してある。陰極線の線径は
0.45mmであり、長さ257mm、直径78.8mmの陰極を
形成する。この網状陰極２０の一端に円形にした
角型金属チヤネル２１による外側リングを溶接
し、またその他方の端部に円形リング２２を溶接
する。このリング２２は中空の金属支持円筒２３
の一端を形成している。この中空金属支持円筒２
３と網状陰極２０の内側に、中空金属円筒２４が
同軸に延長されて設けられており、これは網状陰
極２０のフイラメント電流回路の一部を構成す
る。中空金属円筒２４はデイツシユ形状の部材２
５を介し小形の中空円筒２６と一体とする。中空
金属円筒２４には孔２７を設け、この孔の後側に
設けたいくつかの非蒸発ゲツターに対する気体通
路を構成する。この中空円筒２６の自由端に厚さ
の薄いモリブデンバンド２８を連結し、これらを
円筒壁に対し同じくモリブデンで構成されている
バンド２９を用いてクランプする。この箇所より
バンド２８は始め軸方向下向きに延長され、次い
でほぼ半円形の形態を示し、また続いて軸方向上
側に向つて立ち上り、モリブデンのバンド３０と
陰極チヤネルのリング２１の内側によつてクラン
プする。この陰極を純粋水素中で加熱し、次いで
B₄H₁₀とアルゴンの混合気内に700℃で放置する。
５分後にB₄H₁₀混合気体を取除き、陰極を1400℃
に５分間加熱する。この加熱は密封した送信管内
で排気ポンプによつて排気中に行うと好都合であ
る。これによりカーボン化ランタンモリブデン陰
極に比し!?かに寿命の長いLa−〔Mo〕_b陰極が形
成される。これは局部的な硼素の欠陥が生じない
からである。

実施例 ３ 第２図と同じ形状の陰極であつてセリウム化タ
ングステン（数パーセントの酸化セリウムを含む
もの）の線でできているものを用いる。この陰極
をヘリウムと、窒素と、水素との混合気中で加熱
し、次いでBF₃とH₂の混合気中で800℃とする。
５分後にBF₃−H₂混合気を除去し、陰極を大気
圧の乾燥水素中で５分間約1400℃で加熱する。こ
れによつてCe−〔Ｗ〕_Bが形成される。

実施例 ４ 第１図と同じ構造でガドリニウム化タングステ
ン（数パーセントの酸化ガドリニウム−Gd₂O₃を
含むもの）のコイルを有するものを用いる。この
陰極を純粋水素中で加熱して清浄化し、次いで
BCl₃とH₂の混合気内において600℃に加熱する。
５分後にこの混合気を取除き、次いで陰極を５分
間1600℃の温度に維持し、Gd−〔Ｗ〕_Bを形成す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は直熱型コイルマグネトロン陰極を示す
側面図、第２図は送信管の網形陰極を示す斜視図
である。 １……陰極コイル、６……支持棒、８……中央
支持棒、１０……銅の管、１１……シールリン
グ、１２……アルミナ板、１３……ベースプレー
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温で溶融する基本材料を有し、その中に金
   属酸化物の形態で放射材料を有し、陰極の動作中
   この金属の酸化物は連続的に還元され、金属が表
   面に原子の形で拡散し、その箇所に単原子膜を形
   成する硼化デイスペンサ陰極の製造方法におい
   て、 次の各工程： ａ 水素含有雰囲気内で焼鈍することにより陰極
   を清浄化する工程； ｂ 気体硼素化合物を有するガス雰囲気内で陰極
   を加熱し、この温度を硼素が陰極上に堆積する
   如き温度とする工程、 ｃ 陰極を真空または非反応性雰囲気内で加熱
   し、この加熱を陰極の動作温度まで行い、この
   温度にしばらく加熱状態を維持し、基本材料の
   硼化物が形成される如くした工程、を具えてな
   ることを特徴とする硼化デイスペンサ陰極の製
   造方法。 ２ 気体硼素化合物を二硼化水素（B₂H₆）とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 工程ａの前に基本材料を粗面化することを特
   徴とする特許請求の範囲第１または第２項記載の
   方法。 ４ 金属酸化物を原素周期率表のスカンデイウム
   群（−Ｂ群）の金属の１つの酸化物とする特許
   請求の範囲第１、２または３項記載の方法。 ５ 金属酸化物を酸化トリウムとし、基本材料を
   タングステンとする特許請求の範囲第４項記載の
   方法。