JPS60170136A - 含浸形陰極 - Google Patents

含浸形陰極

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JPS60170136A
JPS60170136A JP59025026A JP2502684A JPS60170136A JP S60170136 A JPS60170136 A JP S60170136A JP 59025026 A JP59025026 A JP 59025026A JP 2502684 A JP2502684 A JP 2502684A JP S60170136 A JPS60170136 A JP S60170136A
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JP
Japan
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cathode
impregnated
impregnated cathode
operating temperature
electron
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Pending
Application number
JP59025026A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadanori Taguchi
田口 貞憲
Yoshihiko Yamamoto
山本 恵彦
Toshiyuki Aida
会田 敏之
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28—Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ブラウン管、撮像管等の電子管に用いる含浸
層陰極に関するものである。
〔発明の背景〕
含浸層陰極は高電流密度陰極で、電子管の高性能化を計
るための陰極と有望視されている。
含浸層陰極は多孔質基体にBa化合物からなる電子放出
物質を含浸した構造を採っている。含浸層陰極は高い電
子放出能を有する反面、動作温度が高いという欠点を有
する。その動作温度は、現在一般的に使用されている塗
布形酸化物陰極に比べて400℃以上も高い。動作温度
が高いために管球に実装する場合、電極を高融点金属材
料に変更しなければならない上に、陰極からBa。
BaOが多量に蒸発し、電極に付着し、グリッド・エミ
ッションの原因となり管球特性に悪影響を与える。また
、含浸層陰極を長時間加熱に耐えるヒータの設計が非常
に困難である。含浸層陰極の研究・開発に当って、動作
温度を低くすることが最重要課題である。動作温度を低
くする方法として、陰極表面に仕事関数の高いOs、I
r、Ruなどの金属を被覆することによって電子放出能
を高めて動作温度を下げる方法が一般的である。この方
法によれば、含浸層陰極の動作温度は約100℃下げる
ことが可能である。しかし、塗布形酸化物陰極に比べて
、まだ300℃以上も高く、実用化への障害になってい
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、含浸形陰極の動作温度を下げ、実用化
に耐え得るような含浸形陰極を提供することにある。
〔溌明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明による含浸形陰極は
、陰極表面にS。を被覆と同時あるいは後に非常に薄い
(B a、sC= O)複合化合物層を形成した含浸形
陰極である。
含浸形陰極は、多孔質耐熱基体内に電子放出物質を含浸
した構造を採っている。多孔質耐熱基体としてWが一般
的であるが、Mo、Reその他に高融点金属が単体2合
金あるいは2種以上の混合状態で用いられている。電子
放出物質としては一般にBa3 AQ 206化合物を
基体として、Cab、 SrO。
MgO,ZrO2、Y203などの酸化物が添加され用
いられる。電子放出物質は多孔質基体の細孔部に加熱溶
融含浸される。含浸はH2雰囲気中、真空中など非酸化
性雰囲気中で加熱溶融することによって実施され、含浸
形陰極が作られる。含浸形陰極lはカップ状の障壁層2
.スリーブ3及び加熱用ヒータ4と組み合され、管球に
実装される(第1図)。しかし、この状態では、あまり
にも動作温度が高いので、一般には動作温度を下げる、
すなわち電子放出特性を向上させるために、陰極表面に
仕事関数の高いOs、I r、Ru、Reあるいはこれ
らを含む合金膜を約5000人被覆して用いる。
このような金属を被覆することによって動作温度は約1
00℃低下し、約1000℃で使用できる。また、仕事
関数の高い、すなわち上述した金属を多孔質基体に混合
しても同様な効果を持つ。上述の動作温度を下げた含浸
形陰極を用いて、実用化試験が盛んに実施されている現
状である。
含浸形陰極の動作温度を低下させるために、上記以外に
各種金属を被覆して電子放出特性を測定した。その中で
、Scについて詳しく実験しているうちに、陰極表面に
Scを非常に薄く被覆した場合に電子放出特性を大巾に
向上できることが分った。以下、本発明の含浸形陰極に
ついて詳しく述べる。Scを被覆して電子放出特性が向
上するためには多少の制約が存在した。含浸形陰極の多
孔質基体としては、W粉あるいはWを主成分とした合金
粉・混合粉から作製することが必要である。
また、多孔質基体の細孔部に含浸される電子放出物質は
、従来からの含浸形陰極に用いられているもので良い。
すなわち、naoとAQ 203. Cab。
SrO,MgO,ZrO2、Y203から選ばれた一種
以上の酸化物との化合物あるいは混合物で良い。最も一
般的な組成は、4BaO−A Q 203 ・CaO及
び5Ba0・2A12203 ・3CaOである。電子
放出物質の含浸は、F■7雰囲気中、真空中など非酸化
性雰囲気で加熱溶融して行う。含浸後は、余分な電子放
出物質を除去し・て含浸形陰極が製造される。本発明の
含浸形陰極は更に、陰極表面に(Ba、Sc、O)複合
化合物層を形成して得られる。(Ba、5c=0)II
Jt合化合物層の形成は、陰極表面に真空中でScを蒸
着し、次に860℃以上に含浸形陰極を加熱することに
よって、電子放出に適した(Ba。
Sc、0)複合化合物層が形成される。また(Ba、S
c、O)複合化合物層は含浸形陰極を800℃以上に加
熱して置き、Scを蒸着することによっても形成される
。SCは蒸気圧が高いために抵抗加熱によって蒸着が可
能である。電子線蒸着法などでも良い。蒸着速度は遅い
法が良く、20人/n+j、n以下が望ましい。(Ba
、Sc、O)複合化合物層の厚さは5〜100大程度で
非常に大きな効果があった。したがって、Sc被覆厚は
100Å以下とすべきである。(Ba、Sc、O)複合
化合物層の組成比は決定されていないが、オージェ分析
では、第2図に示すオージェ・スペクトルが得られ、こ
の組成比から大きくずれると電子放出特性も同時に劣化
した。
第3図は、Sc蒸着膜厚をパラメータとした時の電子放
出特性8〜13を見た図で、Sc蒸着膜厚が100人を
越えるとOs被覆含浸形陰極特性7を下回る傾向を示し
た。同図に従来の含浸形陰極特性6及び○S被覆含含浸
形極7の電子放出特性も記載した。含浸形陰極表面に(
13a、Sc。
O)複合化合物層を形成した本発明の含浸形陰極は、被
覆なし含浸形陰極に比べて約200℃、Os被被覆含浸
形極に比べて約100℃低い温度で動作が可能となった
。(B a 、 S c−、、O)複合化合物の形成機
構は明確でないがScは非常に活性であることから、蒸
発源から蒸発したScは雰囲気中のOと結びつき、また
陰極表面のBaやBaOと結合し、電子放出に適した(
Ba、Sc。
○)複合化合物層が形成されるものと考えられる。
この(Ba、Sc、0)複合化合物層が高い電子放出特
性を示すためには、下地陰極表面の基体がWあるいはW
を主成分である必要がある。Wと(Ba、Sc、O)複
合化合物の相互作用によって高い電子放出能を示すもの
と考える。従来の含浸形陰極よりも約200°COs被
覆含浸形陰極よりも約100℃も動作温度を低下でき、
陰極からの余分なりa、BaOなどの蒸発が減り、加熱
用ヒータが長寿命化になるなど有利であった。
本発明によれば、以上説明したように、Wを基体とする
陰極表面に(Ba、Sc、O)複合化合物層を形成する
ことによって動作温度を大巾に低く出来る。動作温度を
100〜200℃低くしたことにより、Ba、BaOの
蒸発速度を約1〜22桁程度低くできることに対応(B
a、BaOの蒸発エネルギーは〜3.2 eV)する。
本発明による含浸形陰極は、従来型の含浸形陰極、Os
被被覆含浸形極よりも優れた特性を有する含浸形陰極と
言える。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって説明する。
粒径5μmのW粉を用いて作製した空孔率23%の多孔
質W基体に水素雰囲気中で4BaO・AQ203・Ca
Oの組成比からなる電子放出物質を溶融含浸した従来型
の含浸形陰極を予め用意した。
この含浸形陰極は到達真空度< 5 X 10 =To
rrの真空容器中に配置した。真空容器内にはSCの蒸
発源と電子放出特性を測定出来るように陽極も同時に配
置した。Scの蒸着はWボートを用いた抵抗加熱で実施
した。その時の蒸着速度は5,10゜20.50人/w
inと変えた。また、電子放出特性の測定は陽極−陰極
からなる2極管型式で実施し、パルス電圧を印加し、そ
の時放出される電流を測定することによった。その評価
は電圧と放出電流の関係から零電界における飽和電流密
度と陰極温度との関係をめて行った。
なお、真空容器内に陰極を配置する時は、第1図に示す
ように、Taカップの障壁層2.Taスリーブ3加熱用
Wヒータ4を組み合せたものを使用した。
Se蒸着時は陰極温度を室温と800℃にした。
室温で蒸着したものは、蒸着後800℃X5m1nの熱
処理した。また、Sc蒸着膜は、電子放出特性を検討し
ながら決めた。大体の場合、最大300人であった。蒸
着速度の速い場合には、形成した(Ba、Sc、O)複
合化合物層の組成は、高い電子放出能を示した組成から
ずれていた。蒸着速度は20人/min以下が良かった
。Sc蒸着時は陰極温度による特性の差は見当らなかっ
た。
第3図は、Sc蒸着速度5人/min陰極温度800℃
とした時のSc蒸着膜厚の電子放出特性に及ぼす影響を
見たものである。100Å以下でOs被被覆含浸形極特
性を上回った。動作温度に換算すると従来の含浸形陰極
6よりも約200℃、Os被被覆含浸形極7よりも約1
00℃低くできる。Sc膜厚が20人の時に真空容器か
ら取り出し、陰極表面のオージェ分析した時のオージェ
・スペクトルを第2図に示す。他の場合にもほぼ同じス
ペクトルを示し、陰極表面に(Ba、Sc。
0)複合化合物層が形成したことが分る。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば、WあるいはWを主成分とする陰
極表面を有する含浸形陰極表面に、Scを被覆し、(B
a、Sc、O)複合化合物層を形成させることによって
、動作温度を従来型の含浸形陰極よりも約200℃、O
s被被覆含浸形極よりも約100℃低く出来、また、動
作温度を低く出来た結果、陰極からのBa、BaOの蒸
発速度を1〜2桁小さく出来るなど優れた特性を有する
含浸形陰極が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は含浸形陰極と障壁層、スリーブ、Wヒータを組
み合せた組立図、第2図は本発明の含浸形陰極表面の(
Ba、Sc、O)複合化合物層のオージェ・スペクトル
を示す図、第3図は従来型の含浸形陰極と本発明による
含浸形陰極を比較した図である。 ■・・・含浸形陰極、2・・・障壁層、3・・・スリー
ブ、4・・・ヒータ、6・・・従来の含浸形陰極の特性
、7・・・O8被覆含浸形陰極の特性、8,9,10,
11゜を1目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、WもしくはWを主成分とする多孔質基体と該多孔質
    基体の細孔部に含浸された電子放出物質とからなる含浸
    形陰極表面に(Ba、Sc、O)複合化合物層を有する
    ことを特徴とする含浸層陰極。 2、上記(Ba、Sc、O)複合化合物層の厚さは、5
    〜100人としたことを特徴とする特許゛請求の範囲第
    1項記載の含浸層陰極。
JP59025026A 1984-02-15 1984-02-15 含浸形陰極 Pending JPS60170136A (ja)

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JP59025026A JPS60170136A (ja) 1984-02-15 1984-02-15 含浸形陰極

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JPS60170136A true JPS60170136A (ja) 1985-09-03

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04232252A (ja) * 1990-12-21 1992-08-20 Hughes Aircraft Co ディスペーサーカソード用のスパッタリングされたスカンジュウム酸化物被覆およびその製造方法

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