JPH07169383A - 含浸型カソードおよびそれを用いた電子管または電子線応用装置 - Google Patents
含浸型カソードおよびそれを用いた電子管または電子線応用装置Info
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- JPH07169383A JPH07169383A JP32444893A JP32444893A JPH07169383A JP H07169383 A JPH07169383 A JP H07169383A JP 32444893 A JP32444893 A JP 32444893A JP 32444893 A JP32444893 A JP 32444893A JP H07169383 A JPH07169383 A JP H07169383A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な電子放射特性を低温で、再現性良く得
られる陰極線管用含浸型カソード，および低真空でイオ
ン衝撃の激しい環境下でも良好な電子放射特性を低温
で、再現性良く得られる電子線応用装置用含浸型カソー
ドを提供する。 【構成】 基体金属２２粉末および電子放射物質粉末２
４および希土類系物質粉末２３を混合し、それらを熱間
等方加圧処理により焼結一体化することにより低真空で
イオン衝撃の激しい環境下でも良好な電子線応用装置用
含浸型カソードを得る。前記含浸型カソードの電子放射
面２５に白金族金属被覆膜２６を形成することにより良
好な陰極線管用含浸型カソードを得る。
られる陰極線管用含浸型カソード，および低真空でイオ
ン衝撃の激しい環境下でも良好な電子放射特性を低温
で、再現性良く得られる電子線応用装置用含浸型カソー
ドを提供する。 【構成】 基体金属２２粉末および電子放射物質粉末２
４および希土類系物質粉末２３を混合し、それらを熱間
等方加圧処理により焼結一体化することにより低真空で
イオン衝撃の激しい環境下でも良好な電子線応用装置用
含浸型カソードを得る。前記含浸型カソードの電子放射
面２５に白金族金属被覆膜２６を形成することにより良
好な陰極線管用含浸型カソードを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は陰極線管等の電子管、ま
た、電子ビーム蒸着機等の電子線応用装置に用いられる
含浸型カソードに関する。
た、電子ビーム蒸着機等の電子線応用装置に用いられる
含浸型カソードに関する。
【０００２】
【従来の技術】テレビジョン用、ディスプレイ用陰極線
管は常に、より輝度の高い画像を、より長期間にわたり
表示することが要求されている。このためにカソードの
電流密度を上げることと同時に、寿命を伸ばすことが必
要である。この目的に対して含浸型カソードは適してい
るが、一方含浸型カソードは酸化物カソードに比べ動作
温度が２００℃以上高いという大きな欠点がある。
管は常に、より輝度の高い画像を、より長期間にわたり
表示することが要求されている。このためにカソードの
電流密度を上げることと同時に、寿命を伸ばすことが必
要である。この目的に対して含浸型カソードは適してい
るが、一方含浸型カソードは酸化物カソードに比べ動作
温度が２００℃以上高いという大きな欠点がある。
【０００３】このため含浸型カソードの動作温度を下げ
るための努力が常に行われてきた。この例をいくつか挙
げる。
るための努力が常に行われてきた。この例をいくつか挙
げる。
【０００４】まず第１例として、Ｗ粉末とＳｃ酸化物粉
末とを混合、成形し、しかる後に水素中で仮焼結、真空
中で本焼結をして作られた多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2
Ｏ3，ＣａＯ等から成る電子放射物質を水素中で溶融含
浸する方法で作られた含浸型カソードがある。（特公平
５−４７７２号公報） また第２例として、多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させた含浸型カソ
ードがある。
末とを混合、成形し、しかる後に水素中で仮焼結、真空
中で本焼結をして作られた多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2
Ｏ3，ＣａＯ等から成る電子放射物質を水素中で溶融含
浸する方法で作られた含浸型カソードがある。（特公平
５−４７７２号公報） また第２例として、多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させた含浸型カソ
ードがある。
【０００５】また第３例として、多孔質基体に電子放射
物質を含浸して成る含浸型カソードの表面に、（Ｂａ，
Ｓｃ，Ｏ）複合化合物層を被覆した含浸型カソードがあ
る。（特開昭６０−１７０１３６号公報） また第４例として、多孔質基体に電子放射物質を含浸し
て成る含浸型カソードの表面にＷとＳｃ酸化物から成る
複合化合物薄膜を被覆した含浸型カソードがある。（特
開昭６１−１３５２６号公報） これらはいずれもＳｃ原子を基体、電子放射物質ないし
は表面に添加することにより動作温度の低下をはかるも
ので、スカンデート含浸型カソードと総称される。
物質を含浸して成る含浸型カソードの表面に、（Ｂａ，
Ｓｃ，Ｏ）複合化合物層を被覆した含浸型カソードがあ
る。（特開昭６０−１７０１３６号公報） また第４例として、多孔質基体に電子放射物質を含浸し
て成る含浸型カソードの表面にＷとＳｃ酸化物から成る
複合化合物薄膜を被覆した含浸型カソードがある。（特
開昭６１−１３５２６号公報） これらはいずれもＳｃ原子を基体、電子放射物質ないし
は表面に添加することにより動作温度の低下をはかるも
ので、スカンデート含浸型カソードと総称される。
【０００６】一方、これとは別に陰極線管と比較しては
るかに低い真空度で使われる電子ビーム蒸着機、電子ビ
ーム溶接機等電子線応用装置のカソードは、残留ガスに
よるイオン衝撃が陰極線管に比べはるかに大きいため、
イオン衝撃に強いＷカソードが従来使われてきた。しか
しＷカソードは動作温度が非常に高い（２５００〜２６
００℃）ため加熱電源に対する負荷が大きいほか、カソ
ード周辺部材が不必要に熱せられて、ガス放出、軟化変
形、変質劣化などの不具合が発生していた。このためＷ
カソードに代わる、イオン衝撃に強く、かつ動作温度が
低いカソードが望まれている。
るかに低い真空度で使われる電子ビーム蒸着機、電子ビ
ーム溶接機等電子線応用装置のカソードは、残留ガスに
よるイオン衝撃が陰極線管に比べはるかに大きいため、
イオン衝撃に強いＷカソードが従来使われてきた。しか
しＷカソードは動作温度が非常に高い（２５００〜２６
００℃）ため加熱電源に対する負荷が大きいほか、カソ
ード周辺部材が不必要に熱せられて、ガス放出、軟化変
形、変質劣化などの不具合が発生していた。このためＷ
カソードに代わる、イオン衝撃に強く、かつ動作温度が
低いカソードが望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来のスカンデート含浸型カソードには陰極線管のカソー
ドとして次の欠点があった。
来のスカンデート含浸型カソードには陰極線管のカソー
ドとして次の欠点があった。
【０００８】まず第１例の、基体中にＳｃ酸化物を混合
焼結した型のものは、カソード表面の電子放射分布が不
均一である欠点があった。この理由は多孔質基体焼結の
際に２２００〜２５００℃の高温に加熱されるため、Ｓ
ｃ酸化物とＷが局所的に著しく反応する結果、表面の仕
事関数分布が不均一になってしまうためである。また基
体から表面へのＳｃ原子の補給が遅いため活性化に時間
がかかる欠点、イオン衝撃後の電子放射能力回復が遅い
という欠点もあった。
焼結した型のものは、カソード表面の電子放射分布が不
均一である欠点があった。この理由は多孔質基体焼結の
際に２２００〜２５００℃の高温に加熱されるため、Ｓ
ｃ酸化物とＷが局所的に著しく反応する結果、表面の仕
事関数分布が不均一になってしまうためである。また基
体から表面へのＳｃ原子の補給が遅いため活性化に時間
がかかる欠点、イオン衝撃後の電子放射能力回復が遅い
という欠点もあった。
【０００９】次に第２例の、多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ
2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させたも
のは、ＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物
を溶融させるのに１７００〜１９００℃の高温にするた
め基体と前記化合物が局部的に著しく反応し、その際の
反応生成物が局在するため、第１例の、基体中にＳｃ酸
化物を混合焼結した型のものと同様、カソード表面の電
子放射分布が不均一である欠点があった。
2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させたも
のは、ＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物
を溶融させるのに１７００〜１９００℃の高温にするた
め基体と前記化合物が局部的に著しく反応し、その際の
反応生成物が局在するため、第１例の、基体中にＳｃ酸
化物を混合焼結した型のものと同様、カソード表面の電
子放射分布が不均一である欠点があった。
【００１０】また、第３、４例のような表面に複合化合
物を被覆した型のものは被覆層の構成が複雑なため製造
が著しく、安定して特性が再現しがたく、また、当被覆
膜中のＳｃ化合物が金属Ｓｃになりやすく、そうなると
動作温度低減効果がなくなるという欠点もあった。
物を被覆した型のものは被覆層の構成が複雑なため製造
が著しく、安定して特性が再現しがたく、また、当被覆
膜中のＳｃ化合物が金属Ｓｃになりやすく、そうなると
動作温度低減効果がなくなるという欠点もあった。
【００１１】また、上記の従来のスカンデート含浸型カ
ソードを電子線応用装置のカソードとして用いる場合、
電子線応用装置は陰極線管と比較にならない程、連続し
た強いイオン衝撃があるため陰極線管とは異なる次の欠
点があった。
ソードを電子線応用装置のカソードとして用いる場合、
電子線応用装置は陰極線管と比較にならない程、連続し
た強いイオン衝撃があるため陰極線管とは異なる次の欠
点があった。
【００１２】第１例の、基体中にＳｃ酸化物を混合焼結
した型のもの及び第２例の多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2
Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させたもの
は、連続した強いイオン衝撃により電子放射能力が低下
した状態が続き、必要な電子線強度が得られない。
した型のもの及び第２例の多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2
Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2 Ｏ3 化合物を溶融含浸させたもの
は、連続した強いイオン衝撃により電子放射能力が低下
した状態が続き、必要な電子線強度が得られない。
【００１３】また、第３、４例のような表面に複合化合
物を被覆した型のものは、被覆層が連続した強いイオン
衝撃により短時間に破壊されてしまい、やはり必要な電
子線強度が得られなくなる。
物を被覆した型のものは、被覆層が連続した強いイオン
衝撃により短時間に破壊されてしまい、やはり必要な電
子線強度が得られなくなる。
【００１４】そこで、本発明はかかる従来の技術の問題
点に鑑みて提案されたものであり、ひとつには陰極線管
用に良好な電子放射特性を低温で、かつ再現性よく得ら
れる含浸型カソードを提供すること、さらに電子線応用
装置用に低真空でイオン衝撃の激しい環境でも良好な電
子放射特性を低温で、かつ再現性よく得られる含浸型カ
ソードを提供することを目的とする。また、この含浸型
カソードを用いた長寿命、かつ特性バラツキの少ない高
品質の電子管、電子線応用装置等を提供することを目的
とする。
点に鑑みて提案されたものであり、ひとつには陰極線管
用に良好な電子放射特性を低温で、かつ再現性よく得ら
れる含浸型カソードを提供すること、さらに電子線応用
装置用に低真空でイオン衝撃の激しい環境でも良好な電
子放射特性を低温で、かつ再現性よく得られる含浸型カ
ソードを提供することを目的とする。また、この含浸型
カソードを用いた長寿命、かつ特性バラツキの少ない高
品質の電子管、電子線応用装置等を提供することを目的
とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の含浸型カソード
は、高融点金属粉と、Ｂａの化合物を含む電子放射物質
の粉末と、希土類金属、希土類金属合金、希土類金属の
酸化物のうち１種以上からなる希土類系物質の粉末とを
混合成型したものを熱間等方加圧（Hot Isostatic Pres
sing）処理して焼結することで構成される。
は、高融点金属粉と、Ｂａの化合物を含む電子放射物質
の粉末と、希土類金属、希土類金属合金、希土類金属の
酸化物のうち１種以上からなる希土類系物質の粉末とを
混合成型したものを熱間等方加圧（Hot Isostatic Pres
sing）処理して焼結することで構成される。
【００１６】さらに本発明の含浸型カソードの別構成
は、高融点金属粉末と、Ｂａの化合物を含む電子放射物
質粉末と、希土類金属、希土類金属合金および希土類金
属酸化物のうち少なくとも１種からなる希土類系物質の
粉末を混合成型したものを熱間等方加圧（Hot Isostati
c Pressing）処理して焼結一体化すると共に、白金族金
属もしくは白金族金属合金から成る被覆膜を形成して電
子放射面としたことを特徴とする。特に、Ｉｒの被覆膜
を０．０５〜１．０μｍとしたことを特徴とする。
は、高融点金属粉末と、Ｂａの化合物を含む電子放射物
質粉末と、希土類金属、希土類金属合金および希土類金
属酸化物のうち少なくとも１種からなる希土類系物質の
粉末を混合成型したものを熱間等方加圧（Hot Isostati
c Pressing）処理して焼結一体化すると共に、白金族金
属もしくは白金族金属合金から成る被覆膜を形成して電
子放射面としたことを特徴とする。特に、Ｉｒの被覆膜
を０．０５〜１．０μｍとしたことを特徴とする。
【００１７】また、前記含浸型カソードにおいて、高融
点金属がＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓ，またはそ
れらの群から選ばれた混合物または合金から成ることを
特徴とする。
点金属がＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓ，またはそ
れらの群から選ばれた混合物または合金から成ることを
特徴とする。
【００１８】また、Ｂａの化合物を含む電子放射物質と
しては、ＣａＣＯ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 のうちの
１種以上とＢａＣＯ3 との混合物、または該混合物を予
備焼成したもの、あるいはＣａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2 Ｏ3
のうち１種以上とＢａＯとの混合物であることを特徴と
する。
しては、ＣａＣＯ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 のうちの
１種以上とＢａＣＯ3 との混合物、または該混合物を予
備焼成したもの、あるいはＣａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2 Ｏ3
のうち１種以上とＢａＯとの混合物であることを特徴と
する。
【００１９】また、前記含浸型カソードにおいて、希土
類金属がＳｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｌａ，Ｃｅ、またはそれらの
組合せ、希土類金属合金が高融点金属と前記希土類金属
との合金、希土類金属酸化物が前記希土類金属の酸化物
であることを特徴とする。
類金属がＳｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｌａ，Ｃｅ、またはそれらの
組合せ、希土類金属合金が高融点金属と前記希土類金属
との合金、希土類金属酸化物が前記希土類金属の酸化物
であることを特徴とする。
【００２０】また、前記含浸型カソードにおいて、白金
族金属がＩｒ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ、またはそれら
の組合せであり、また白金族金属合金が前記白金族金属
間の合金であることを特徴とする。
族金属がＩｒ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ、またはそれら
の組合せであり、また白金族金属合金が前記白金族金属
間の合金であることを特徴とする。
【００２１】また、前記含浸型カソードにおいて、希土
類金属酸化物がＳｃ2 Ｏ3 であり、その添加量が０．６
ｗｔ％以上、８．２ｗｔ％以下であることを特徴とす
る。
類金属酸化物がＳｃ2 Ｏ3 であり、その添加量が０．６
ｗｔ％以上、８．２ｗｔ％以下であることを特徴とす
る。
【００２２】さらに、本発明は、前記各種含浸型カソー
ドを電子管や電子線応用装置に使用したことを特徴とす
る。
ドを電子管や電子線応用装置に使用したことを特徴とす
る。
【００２３】
【作用】高融点金属粉と、Ｂａの化合物を含む電子放射
物質と、Ｓｃ酸化物粉末とを混合したものを熱間等方加
圧（Hot Isostatic Pressing）処理して焼結することに
より、従来２２００〜２５００℃必要であった焼結温
度、ないしは、１７００〜１９００℃必要であった溶融
含浸温度を９００〜１４００℃に下げることができる。
これにより、従来問題となっていたＳｃ酸化物ないしＳ
ｃ酸化物を含む化合物と高融点金属の局所的反応を避け
ることができ、動作温度低減効果に加え、カソード表面
の電子放射分布不均一が緩和され、更に低真空でイオン
衝撃の激しい環境でも電子放射能力が低下しない含浸型
カソードが得られる。
物質と、Ｓｃ酸化物粉末とを混合したものを熱間等方加
圧（Hot Isostatic Pressing）処理して焼結することに
より、従来２２００〜２５００℃必要であった焼結温
度、ないしは、１７００〜１９００℃必要であった溶融
含浸温度を９００〜１４００℃に下げることができる。
これにより、従来問題となっていたＳｃ酸化物ないしＳ
ｃ酸化物を含む化合物と高融点金属の局所的反応を避け
ることができ、動作温度低減効果に加え、カソード表面
の電子放射分布不均一が緩和され、更に低真空でイオン
衝撃の激しい環境でも電子放射能力が低下しない含浸型
カソードが得られる。
【００２４】また基体金属および電子放射物質の少なく
とも一方に、希土類金属、希土類金属合金および希土類
金属酸化物のうち少なくとも一つの希土類系物質を添加
すると共に、電子放射面に白金族金属もしくは白金族金
属合金から成る被覆膜を形成することにより、前記のカ
ソード表面の電子放射分布不均一が緩和される効果に加
え、電子放射面の仕事関数が更に減少するので更に動作
温度を下げる事ができる。後者の効果は前記２つの手段
（基体に対するものと電子放射面に対するもの）を各々
単独で用いた場合より大きい。また、前記２つの手段は
製造が容易なため特性の再現性が良い。
とも一方に、希土類金属、希土類金属合金および希土類
金属酸化物のうち少なくとも一つの希土類系物質を添加
すると共に、電子放射面に白金族金属もしくは白金族金
属合金から成る被覆膜を形成することにより、前記のカ
ソード表面の電子放射分布不均一が緩和される効果に加
え、電子放射面の仕事関数が更に減少するので更に動作
温度を下げる事ができる。後者の効果は前記２つの手段
（基体に対するものと電子放射面に対するもの）を各々
単独で用いた場合より大きい。また、前記２つの手段は
製造が容易なため特性の再現性が良い。
【００２５】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。
明する。
【００２６】図１は本発明の含浸型カソードの製造工程
流れ図である。
流れ図である。
【００２７】まずＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ．Ａｌ2 Ｏ3
の各粉体をモル比が４：１：１になるよう計量し、分散
性が良好になるよう良く混合する。（１１） 次に上記混合物を大気中で１１００℃程度に加熱し、炭
酸塩を熱分解してバリウムカルシウムアルミネートを主
成分とする化合物に変換する。以後、当化合物を電子放
射物質と呼ぶ。（１２） 次に上記電子放射物質とＷ粉末とＳｃ2 Ｏ3 粉末とを適
切な重量比率、たとえば電子放射物質１０、Ｗ１００、
Ｓｃ2 Ｏ3 ２（１．８ｗｔ％）の比で計量し、分散性
が良好になるよう良く混合する。（１３） 次に上記混合物を適切な形状、大きさのゴム型に入れ、
約２０００Ｋｇ／ｃｍ2 の冷間等方加圧（Cold Static
Pressing）処理により、粉体から成形体に変換する。
（１４） 次に上記成形体をガラス製カプセルに入れ、成形体とガ
ラスカプセルとの空隙にはアルミナ粉末を詰め、内部を
１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空にしたのち密封する。（１
５） 次に上記ガラスカプセル入り成形体を図５に示す昇温昇
圧スケジュールで熱間等方加圧（Hot Isostatic Pressi
ng）処理して成形体を高温高圧で焼結する。この時の雰
囲気、温度、圧力、時間はそれぞれＡｒガス、９００〜
１４００℃、１０００〜２０００気圧、１〜１８０分が
適切であるが、この実施例ではそれぞれＡｒガス、１０
００℃、１５００気圧、２０分とした。（１６） 次に上記焼結体に切断、研削、研磨などの加工を施し、
所望の寸法、形状の含浸型カソードペレットを得る。
（１７） 本発明の第１実施例の含浸型カソードはこの段階で２極
管に組み立て電子放射特性を測定した。
の各粉体をモル比が４：１：１になるよう計量し、分散
性が良好になるよう良く混合する。（１１） 次に上記混合物を大気中で１１００℃程度に加熱し、炭
酸塩を熱分解してバリウムカルシウムアルミネートを主
成分とする化合物に変換する。以後、当化合物を電子放
射物質と呼ぶ。（１２） 次に上記電子放射物質とＷ粉末とＳｃ2 Ｏ3 粉末とを適
切な重量比率、たとえば電子放射物質１０、Ｗ１００、
Ｓｃ2 Ｏ3 ２（１．８ｗｔ％）の比で計量し、分散性
が良好になるよう良く混合する。（１３） 次に上記混合物を適切な形状、大きさのゴム型に入れ、
約２０００Ｋｇ／ｃｍ2 の冷間等方加圧（Cold Static
Pressing）処理により、粉体から成形体に変換する。
（１４） 次に上記成形体をガラス製カプセルに入れ、成形体とガ
ラスカプセルとの空隙にはアルミナ粉末を詰め、内部を
１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空にしたのち密封する。（１
５） 次に上記ガラスカプセル入り成形体を図５に示す昇温昇
圧スケジュールで熱間等方加圧（Hot Isostatic Pressi
ng）処理して成形体を高温高圧で焼結する。この時の雰
囲気、温度、圧力、時間はそれぞれＡｒガス、９００〜
１４００℃、１０００〜２０００気圧、１〜１８０分が
適切であるが、この実施例ではそれぞれＡｒガス、１０
００℃、１５００気圧、２０分とした。（１６） 次に上記焼結体に切断、研削、研磨などの加工を施し、
所望の寸法、形状の含浸型カソードペレットを得る。
（１７） 本発明の第１実施例の含浸型カソードはこの段階で２極
管に組み立て電子放射特性を測定した。
【００２８】図２（ａ）に本発明の第１実施例の含浸型
カソードペレット２１の断面を示す。図２（ａ）に示す
とおり、本発明の第１実施例の含浸型カソードペレット
は多孔質Ｗ基体２２の空隙部にＳｃ2 Ｏ3 ２３、電子
放射物質２４が分散混合一体化されたものであり、電子
放射面は２５である。
カソードペレット２１の断面を示す。図２（ａ）に示す
とおり、本発明の第１実施例の含浸型カソードペレット
は多孔質Ｗ基体２２の空隙部にＳｃ2 Ｏ3 ２３、電子
放射物質２４が分散混合一体化されたものであり、電子
放射面は２５である。
【００２９】本発明の第２実施例の含浸型カソードは上
記カソードペレットの電子放射面２５にＩｒをスパッタ
リング法で被覆した（図１の１８）のち２極管に組み立
て電子放射特性を測定した。Ｉｒ被覆膜の厚さは０．０
５〜１．０μｍが適切だが、本実施例では０．２μｍお
よび０．５μｍを用いた。図２（ｂ）に本発明の第２実
施例の含浸型カソードペレット２７の断面を示す。図２
（ｂ）に示すとおり、本発明の第２実施例の含浸型カソ
ードペレットは図２（ａ）に示した本発明の第１実施例
の含浸型カソードペレットの電子放射面２５にＩｒ膜２
６が被覆されたものである。
記カソードペレットの電子放射面２５にＩｒをスパッタ
リング法で被覆した（図１の１８）のち２極管に組み立
て電子放射特性を測定した。Ｉｒ被覆膜の厚さは０．０
５〜１．０μｍが適切だが、本実施例では０．２μｍお
よび０．５μｍを用いた。図２（ｂ）に本発明の第２実
施例の含浸型カソードペレット２７の断面を示す。図２
（ｂ）に示すとおり、本発明の第２実施例の含浸型カソ
ードペレットは図２（ａ）に示した本発明の第１実施例
の含浸型カソードペレットの電子放射面２５にＩｒ膜２
６が被覆されたものである。
【００３０】また同様に、電子放射物質とＷの量はその
ままとしＳｃ2 Ｏ3 の量を０．５ｗｔ％，０．９ｗｔ
％，３．５ｗｔ％，５．１ｗｔ％，６．７ｗｔ％，８．
３ｗｔ％とした含浸型カソードペレットを作製し、同様
にして電子放射特性を測定した。
ままとしＳｃ2 Ｏ3 の量を０．５ｗｔ％，０．９ｗｔ
％，３．５ｗｔ％，５．１ｗｔ％，６．７ｗｔ％，８．
３ｗｔ％とした含浸型カソードペレットを作製し、同様
にして電子放射特性を測定した。
【００３１】本発明の第１実施例，第２実施例の含浸型
カソードの代表的な電子放射特性について図３を参照し
て説明する。
カソードの代表的な電子放射特性について図３を参照し
て説明する。
【００３２】図３は本発明の第１実施例，第２実施例と
従来の各種含浸型カソードの高真空下での電子放射特性
を２極管特性を用いて比較したものである。図３におい
て横軸はカソード・アノード間印加電圧、縦軸はカソー
ドエミッション電流である。図３において曲線が上方か
つ左方にあるほど優れた特性である。
従来の各種含浸型カソードの高真空下での電子放射特性
を２極管特性を用いて比較したものである。図３におい
て横軸はカソード・アノード間印加電圧、縦軸はカソー
ドエミッション電流である。図３において曲線が上方か
つ左方にあるほど優れた特性である。
【００３３】図３において曲線３１は従来のＳ型含浸型
カソード，即ちバリウムカルシウムアルミネートを主成
分とする電子放射物質およびＷから成る含浸型カソード
で表面にＩｒ等の被覆膜がないものの２極管特性であ
る。曲線３２は従来のＭ型含浸型カソード、即ち前記Ｓ
型含浸型カソードの表面にＩｒ膜（厚さ０．２μｍ）を
被覆したものの２極管特性である。曲線３３は従来品第
１例、即ちＷ粉末とＳｃ酸化物粉末を混合、成形し、し
かる後に水素中で仮焼結、真空中で本焼結をして作られ
た多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等から成る
電子放射物質を水素中で溶融含浸する方法で作られた含
浸型カソードの２極管特性である。曲線３５は本発明第
１実施例、即ちＷ粉末と電子放射物質と、Ｓｃ2 Ｏ3 粉
末とを混合したものを熱間等方加圧（Hot Isostatic Pr
essing）処理して焼結する方法で作られた含浸型カソー
ドの２極管特性である。曲線３４は本発明第２実施例，
即ち本発明第１実施例の含浸型カソードの電子放射面に
Ｉｒ膜（厚さ０．２μｍ）を被覆したものの含浸型カソ
ードの２極管特性である。なお上記２極管特性のカソー
ド温度はいずれも８５０℃（輝度温度）である。
カソード，即ちバリウムカルシウムアルミネートを主成
分とする電子放射物質およびＷから成る含浸型カソード
で表面にＩｒ等の被覆膜がないものの２極管特性であ
る。曲線３２は従来のＭ型含浸型カソード、即ち前記Ｓ
型含浸型カソードの表面にＩｒ膜（厚さ０．２μｍ）を
被覆したものの２極管特性である。曲線３３は従来品第
１例、即ちＷ粉末とＳｃ酸化物粉末を混合、成形し、し
かる後に水素中で仮焼結、真空中で本焼結をして作られ
た多孔質基体にＢａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等から成る
電子放射物質を水素中で溶融含浸する方法で作られた含
浸型カソードの２極管特性である。曲線３５は本発明第
１実施例、即ちＷ粉末と電子放射物質と、Ｓｃ2 Ｏ3 粉
末とを混合したものを熱間等方加圧（Hot Isostatic Pr
essing）処理して焼結する方法で作られた含浸型カソー
ドの２極管特性である。曲線３４は本発明第２実施例，
即ち本発明第１実施例の含浸型カソードの電子放射面に
Ｉｒ膜（厚さ０．２μｍ）を被覆したものの含浸型カソ
ードの２極管特性である。なお上記２極管特性のカソー
ド温度はいずれも８５０℃（輝度温度）である。
【００３４】図３から明らかなように、各種含浸型カソ
ードの特性を比較すると特性の低いものから順に、Ｓ型
（３１）、従来品第１例（３３）、本発明第１実施例
（３５）、Ｍ型（３２）、本発明第２実施例（３４）で
ある。
ードの特性を比較すると特性の低いものから順に、Ｓ型
（３１）、従来品第１例（３３）、本発明第１実施例
（３５）、Ｍ型（３２）、本発明第２実施例（３４）で
ある。
【００３５】これにより本発明第２実施例（３４）の含
浸型カソードは従来品（例えばＭ型含浸型カソード３
２）よりも高真空下での特性が優れ、陰極線管に好適す
る。一方、本発明第１実施例（３５）は陰極線管に用い
た場合はＭ型（３２）にやや劣るように見られるが、こ
れらを電子線応用装置に用いた場合は、Ｍ型（３２）は
イオン衝撃により表面の被覆膜が短時間に消失し、Ｓ型
（３１）になってしまうため、真空度の低い電子ビーム
溶接機等の電子線応用装置に使用することができない。
これに対し、本発明第１実施例（３５）の含浸型カソー
ドは格段にイオン衝撃に強いため、長時間にわたり使用
が可能であり、かかる用途では本発明第１実施例（３
５）はＭ型（３２）に優っている。なお本発明第２実施
例（３４）を電子線応用装置に用いた場合は、イオン衝
撃により表面被覆Ｉｒ膜が短時間に消失し、本発明第１
実施例（３５）と実質的に同じものになるため、この含
浸型カソードは高真空度の陰極線管に最適である。
浸型カソードは従来品（例えばＭ型含浸型カソード３
２）よりも高真空下での特性が優れ、陰極線管に好適す
る。一方、本発明第１実施例（３５）は陰極線管に用い
た場合はＭ型（３２）にやや劣るように見られるが、こ
れらを電子線応用装置に用いた場合は、Ｍ型（３２）は
イオン衝撃により表面の被覆膜が短時間に消失し、Ｓ型
（３１）になってしまうため、真空度の低い電子ビーム
溶接機等の電子線応用装置に使用することができない。
これに対し、本発明第１実施例（３５）の含浸型カソー
ドは格段にイオン衝撃に強いため、長時間にわたり使用
が可能であり、かかる用途では本発明第１実施例（３
５）はＭ型（３２）に優っている。なお本発明第２実施
例（３４）を電子線応用装置に用いた場合は、イオン衝
撃により表面被覆Ｉｒ膜が短時間に消失し、本発明第１
実施例（３５）と実質的に同じものになるため、この含
浸型カソードは高真空度の陰極線管に最適である。
【００３６】なお本発明第１実施例（３５）の含浸型カ
ソードを電子ビーム溶接機に実装し、低真空度、イオン
衝撃大の環境にて特性評価をおこなった。その結果、従
来のＷカソードと同等の電子放射能力がはるかに低温
（約１０００℃）で得られ、イオン衝撃に対してもＷカ
ソードと同等の耐久性があることを確認した。
ソードを電子ビーム溶接機に実装し、低真空度、イオン
衝撃大の環境にて特性評価をおこなった。その結果、従
来のＷカソードと同等の電子放射能力がはるかに低温
（約１０００℃）で得られ、イオン衝撃に対してもＷカ
ソードと同等の耐久性があることを確認した。
【００３７】次に図４を参照して本発明第２実施例（３
４）におけるＩｒ被覆膜厚と２極管特性の関係を説明す
る。
４）におけるＩｒ被覆膜厚と２極管特性の関係を説明す
る。
【００３８】図４において曲線４１は表面にＩｒを被覆
していない含浸型カソードの２極管特性である。曲線４
２はＩｒ膜厚０．２μｍのもの、曲線４３はＩｒ膜厚
０．５μｍのものの２極管特性である。各々においてカ
ソード温度は８５０℃（輝度温度）である。
していない含浸型カソードの２極管特性である。曲線４
２はＩｒ膜厚０．２μｍのもの、曲線４３はＩｒ膜厚
０．５μｍのものの２極管特性である。各々においてカ
ソード温度は８５０℃（輝度温度）である。
【００３９】図４から明らかなように、本発明の含浸型
カソードの２極管特性はＩｒ膜厚に大きく依存し、現在
のところ０．２μｍ付近が最良である。
カソードの２極管特性はＩｒ膜厚に大きく依存し、現在
のところ０．２μｍ付近が最良である。
【００４０】次に本発明の含浸型カソードにおけるＳｃ
2 Ｏ3 の添加量と電子放射特性との関連を表１を参照し
て説明する。
2 Ｏ3 の添加量と電子放射特性との関連を表１を参照し
て説明する。
【００４１】
【表１】
【００４２】表１にて記号は電子放射特性の程度を示す
ものであり、優れた順に◎＞○＞△＞Ｘとした。なお、
これらの記号のうち△は従来のＳ型含浸型カソード（図
３、３１）と同等の特性であり、ＸはＳ型含浸型カソー
ド（図３，３１）より特性が低い。
ものであり、優れた順に◎＞○＞△＞Ｘとした。なお、
これらの記号のうち△は従来のＳ型含浸型カソード（図
３、３１）と同等の特性であり、ＸはＳ型含浸型カソー
ド（図３，３１）より特性が低い。
【００４３】また、従来例１、２の電子放射特性のレベ
ルは△ないし○である。
ルは△ないし○である。
【００４４】表１よりＳｃ2 Ｏ3 の添加量が増加するに
つれて電子放射特性は良好になるが、さらに添加量が増
すとかえって電子放射特性は低下し、８．３ｗｔ％以上
になるとＳ型含浸型カソードより特性が劣ることが分か
る。このためＳｃ2 Ｏ3 の添加量の最適な範囲は０．６
ｗｔ％以上８．２ｗｔ％以下であり、特に１．０ｗｔ％
以上５．０ｗｔ％以下が望ましい。
つれて電子放射特性は良好になるが、さらに添加量が増
すとかえって電子放射特性は低下し、８．３ｗｔ％以上
になるとＳ型含浸型カソードより特性が劣ることが分か
る。このためＳｃ2 Ｏ3 の添加量の最適な範囲は０．６
ｗｔ％以上８．２ｗｔ％以下であり、特に１．０ｗｔ％
以上５．０ｗｔ％以下が望ましい。
【００４５】なお上記実施例では高融点金属がＷである
が、これに限らずＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓま
たはそれらの間の混合物もしくは合金でもよい。
が、これに限らずＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓま
たはそれらの間の混合物もしくは合金でもよい。
【００４６】また、上記実施例では電子放射物質がＢａ
ＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の混合物を大気中で予
備焼成したものであるが、これに限らずＣａＣＯ3 ，Ａ
ｌ2Ｏ3 ，ＳｒＣＯ3 のうちの１種以上とＢａＣＯ3 と
の混合物を予備焼成無あるいは予備焼成して使用しても
よい。またＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｒＯのうち１種以上
とＢａＯとの混合物を使用してもよい。
ＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の混合物を大気中で予
備焼成したものであるが、これに限らずＣａＣＯ3 ，Ａ
ｌ2Ｏ3 ，ＳｒＣＯ3 のうちの１種以上とＢａＣＯ3 と
の混合物を予備焼成無あるいは予備焼成して使用しても
よい。またＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｒＯのうち１種以上
とＢａＯとの混合物を使用してもよい。
【００４７】また、上記実施例では希土類系物質がＳｃ
2 Ｏ3 であるが、これに限らずＳｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｌａ，
Ｃｅまたはそれらの組合せ、または基体金属とそれらの
合金、またはそれらの酸化物でもＳｃ2 Ｏ3 には及ばな
いが近い効果は得られる。
2 Ｏ3 であるが、これに限らずＳｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｌａ，
Ｃｅまたはそれらの組合せ、または基体金属とそれらの
合金、またはそれらの酸化物でもＳｃ2 Ｏ3 には及ばな
いが近い効果は得られる。
【００４８】また、上記実施例では電子放射面に被覆す
る白金族金属がＩｒであるが、これに限らずＩｒ，Ｏ
ｓ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄまたはそれらの組合せ、またはそ
れらの間の合金であってもよい。
る白金族金属がＩｒであるが、これに限らずＩｒ，Ｏ
ｓ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄまたはそれらの組合せ、またはそ
れらの間の合金であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の含浸型カ
ソードは、高融点金属粉と電子放射物質と希土類系物質
の粉末とを混合、しかるのちに熱間等方加圧処理により
焼結させることにより、焼結温度を低減して不要な反応
を抑制でき、特に低真空度でのイオン衝撃に強く良好か
つ安定な電子放射特性を再現よく得ることができる。
ソードは、高融点金属粉と電子放射物質と希土類系物質
の粉末とを混合、しかるのちに熱間等方加圧処理により
焼結させることにより、焼結温度を低減して不要な反応
を抑制でき、特に低真空度でのイオン衝撃に強く良好か
つ安定な電子放射特性を再現よく得ることができる。
【００５０】また前記含浸型カソードに白金族金属もし
くは白金族金属合金から成る被覆膜を形成して電子放出
面とすることにより、特に高真空下で良好かつ安定な電
子放射特性を低温で再現性よく得ることができる。
くは白金族金属合金から成る被覆膜を形成して電子放出
面とすることにより、特に高真空下で良好かつ安定な電
子放射特性を低温で再現性よく得ることができる。
【００５１】また本発明の含浸型カソードを使用するこ
とにより、長寿命かつ高品質の電子管、電子線応用装置
が提供できる。
とにより、長寿命かつ高品質の電子管、電子線応用装置
が提供できる。
【図１】 本発明の含浸型カソードの実施例の製造工程
図。
図。
【図２】 本発明の含浸型カソードの第１実施例（ａ）
および第２実施例（ｂ）のペレット断面図。
および第２実施例（ｂ）のペレット断面図。
【図３】 本発明の含浸型カソードと従来の各種含浸型
カソードの２極管特性の比較図。
カソードの２極管特性の比較図。
【図４】 本発明の含浸型カソードの表面Ｉｒ被覆膜厚
と２極管特性の関連を示す図。
と２極管特性の関連を示す図。
【図５】 本発明の熱間等方加圧（Hot Isostatic Pres
sing）処理条件の一例を示すプログラム。
sing）処理条件の一例を示すプログラム。
１１ ＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 混合工程 １２ 熱分解工程 １３ 電子放射物質、Ｗ粉末、Ｓｃ2 Ｏ3 粉末の混合工
程 １４ 冷間成形工程 １５ カプセル封入工程 １６ 熱間等方加圧（Hot Isostatic Pressing）処理工
程 １７ 切断・機械加工工程 １８ Ｉｒ被覆膜形成工程 ２１ 本発明の含浸型カソード（第１実施例） ２２ 多孔質Ｗ基体 ２３ Ｓｃ2 Ｏ3 粒子 ２４ 電子放射物質 ２５ 電子放射面 ２６ Ｉｒ被覆膜 ２７ 本発明の含浸型カソード（第２実施例）
程 １４ 冷間成形工程 １５ カプセル封入工程 １６ 熱間等方加圧（Hot Isostatic Pressing）処理工
程 １７ 切断・機械加工工程 １８ Ｉｒ被覆膜形成工程 ２１ 本発明の含浸型カソード（第１実施例） ２２ 多孔質Ｗ基体 ２３ Ｓｃ2 Ｏ3 粒子 ２４ 電子放射物質 ２５ 電子放射面 ２６ Ｉｒ被覆膜 ２７ 本発明の含浸型カソード（第２実施例）
Claims (10)
- 【請求項１】高融点金属粉末と、Ｂａの化合物を含む電
子放射物質の粉末と、希土類系物質の粉末とを混合、成
型し、熱間等方加圧処理した焼結体からなり、前記希土
類系物質が希土類金属、希土類金属合金および希土類金
属の酸化物のうち１種以上からなる含浸型カソード。 - 【請求項２】高融点金属粉末と、Ｂａの化合物を含む電
子放射物質の粉末と、希土類系物質の粉末とを混合、成
型し、熱間等方加圧処理した焼結体に白金族金属もしく
は白金族金属合金からなる被覆膜を形成して電子放射面
とし、前記希土類系物質が希土類金属、希土類金属合金
および希土類金属の酸化物のうち１種以上からなる含浸
型カソード。 - 【請求項３】前記高融点金属がＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅ，
Ｉｒ，Ｏｓ、またはこれらの群から選ばれた混合物、ま
たはこれらの群から選ばれた合金からなることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の含浸型カソード。 - 【請求項４】前記Ｂａの化合物を含む電子放射物質が、
ＣａＣＯ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 のうちの１種以上
とＢａＣＯ3 との混合物、または該混合物を予備焼成し
たものであることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の含浸型カソード。 - 【請求項５】前記Ｂａの化合物を含む電子放射物質が、
ＣａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2 Ｏ3 のうち１種以上とＢａＯと
の混合物であることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の含浸型カソード。 - 【請求項６】前記希土類金属がＳｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｌａ，
Ｃｅ、またはこれらの群から選ばれた１種以上の組合せ
であり、前記希土類金属合金が希土類金属と高融点金属
との合金であることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の含浸型カソード。 - 【請求項７】前記希土類金属酸化物が、Ｓｃ酸化物であ
って、その添加量が０．６ｗｔ％以上、８．２ｗｔ％以
下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載
の含浸型カソード。 - 【請求項８】前記白金族金属がＩｒ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｐｄの群から選ばれた１種以上であることを特徴と
する請求項２記載の含浸型カソード。 - 【請求項９】前記白金族金属がＩｒであって、その被覆
膜厚が０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請
求項２記載の含浸型カソード。 - 【請求項１０】請求項１ないし請求項９に記載された含
浸型カソードから選ばれた含浸型カソードを使用したこ
とを特徴とする電子管または電子線応用装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32444893A JPH07169383A (ja) | 1993-03-22 | 1993-12-22 | 含浸型カソードおよびそれを用いた電子管または電子線応用装置 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6165593 | 1993-03-22 | ||
| JP5-237618 | 1993-09-24 | ||
| JP23761893 | 1993-09-24 | ||
| JP5-61655 | 1993-09-24 | ||
| JP32444893A JPH07169383A (ja) | 1993-03-22 | 1993-12-22 | 含浸型カソードおよびそれを用いた電子管または電子線応用装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169383A true JPH07169383A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=27297585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32444893A Pending JPH07169383A (ja) | 1993-03-22 | 1993-12-22 | 含浸型カソードおよびそれを用いた電子管または電子線応用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169383A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100461327C (zh) * | 2004-12-30 | 2009-02-11 | 中国科学院电子学研究所 | 一种金属纳米薄膜浸渍钡钨阴极的制备方法 |
| JP2014525991A (ja) * | 2011-08-03 | 2014-10-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード用の標的 |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32444893A patent/JPH07169383A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100461327C (zh) * | 2004-12-30 | 2009-02-11 | 中国科学院电子学研究所 | 一种金属纳米薄膜浸渍钡钨阴极的制备方法 |
| JP2014525991A (ja) * | 2011-08-03 | 2014-10-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード用の標的 |
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