металлопористый катод и способ его изготовления
Классы МПК: | H01J1/15 катоды прямого канала H01J9/04 термокатодов |
Автор(ы): | Крылов А.В., Смирнов В.А. |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно- производственное предприятие "ТОРИЙ" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-05-10 публикация патента:
27.08.2001 |
Изобретение относится к электронной технике, в частности к термо- и вторично-эмиссионным катодам и способу их изготовления. Техническим результатом является изготовление металлопористых катодов различной формы и размеров, в том числе с внутренней эмиттирующей поверхностью и спиральных катодов, повышение термоциклической долговечности и снижение себестоимости изделий. Технический результат достигается за счет того, что непосредственно в теле керна катода со стороны эмиттирующей поверхности выполнены открытые поры, заполненные эмиттирующим составом, а также способом изготовления такого катода. По заявленному способу тугоплавкий керн окисляют на воздухе при температуре 600 - 1500°С с последующим восстановлением слоя окисла в водороде при температуре 700 - 1300°С и спеканием при температуре 1300 - 2000°С. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Металлопористый катод, содержащий керн из тугоплавкого металла, пористую матрицу и эммитирующий состав, отличающийся тем, что пористая матрица образована в теле керна из тугоплавкого металла со стороны эмиттирующей поверхности путем выполнения открытых пор, заполненных эмиттирующим составом. 2. Способ изготовления металлопористых катодов, включающий операции формирования керна из тугоплавкого металла и пористой матрицы с последующим заполнением ее эмиттирующим составом, отличающийся тем, что пористую матрицу формируют в теле керна из тугоплавкого металла путем окисления керна при 600 - 1500oC с последующим восстановлением слоя окисла в водороде при 700 - 1300oC и спеканием восстановленного слоя при 1300 - 2000oC.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электронной технике, в частности к термо- и вторично-эмиссионным катодам и способу их изготовления. Известны металлопористые катоды, состоящие из пористой вольфрамовой матрицы, пропитанной алюминатом бария кальция и закрепленной в держателе /1/. Недостатками указанной конструкции является большая пористость (30-40%) матрицы. Высокая пористость приводит к быстрому расходованию эмиттирующего состава и снижает срок службы катода. Испарение эмиссионного вещества происходит во всех направлениях от пористой вольфрамовой заготовки, что снижает электропрочность прибора и срок службы подогревателя. Известны также металлопористые катоды, пористая матрица которых сформирована непосредственно на керне, изготовленного из тугоплавкого металла /2/. Недостатком указанных катодов является ограниченность формы: например невозможно получить катоды с внутренней эмиттирующей поверхностью, катоды спирального вида. Известен способ получения пористой вольфрамовой матрицы для конструкции катода [1], который включает следующие операции: прессование порошка, спекание заготовки в водороде, пропитку медью, механическую обработку с целью придания формы, удаление меди /1/ и т.д. Поскольку эта технология содержит операцию прессования, возможно получение только малогабаритных катодов простой формы, что является существенным недостатком и ограничивает область применения таких катодов. Сложный многостадийный процесс производства не может обеспечить воспроизводимости свойств катодов. Кроме того, технология требует применения специального дорогостоящего оборудования и оснастки (пресса и пресс-формы). Известен также способ изготовления металлопористых катодов [2], по которому пористая вольфрамовая матрица напыляется из порошка на керн катода плазменным методом [3]. Недостатком такой технологии является большой расход вольфрамового порошка, возможно отслоение пористой матрицы от керна по границе раздела, а также необходимость применения дорогостоящего специального оборудования (плазмотрона) и расходных материалов (аргона). Технической задачей изобретения является изготовление металлопористых катодов различной формы и размеров, в том числе с внутренней эмиттирующей поверхностью, и спиральных катодов, повышение термоциклической долговечности и снижение себестоимости изделий. Техническая задача достигается тем, что в металлопористом катоде, содержащем керн из тугоплавкого металла, пористую матрицу и эмиттирующий состав, пористую матрицу образуют в теле керна из тугоплавкого материала со стороны эмиттирующей поверхности путем выполнения открытых пор, заполненных эмиттирующим составом. В предлагаемом катоде нет четкой границы между пористой и компактной частями керна, благодаря этому невозможно отслаивание пористого слоя от основы. Техническая задача достигается также способом изготовления металлопористого катода катода, включающем операции формирования керна из тугоплавкого материала и пористой матрицы с последующим заполнением ее эмиттирующим составом, по которому пористую матрицу формируют в теле керна из тугоплавкого материала путем окисления керна на воздухе при температуре 600 - 1500oC, затем восстанавливают в водороде при температуре 700-1300oC с последующим спеканием при температуре 1300-2000oC. По этому способу пористая часть керна образуется из материала самого керна. При окислении на воздухе необходимо получить оксидный слой высокой плотности и заданной толщины. Температура определяет скорость роста окисленного слоя. При температурах выше 1500oC плотность и однородность окисла снижается, при температурах ниже 600oC резко снижается скорость окисления. Выбранные режимы восстановления позволяют получить зерно вольфрама требуемого размера. Предложенный диапазон температур спекания определяет прочность и пористость вольфрамовой губки. Конструкция и способ изготовления катодов были опробованы на катодах спиральной, зигзагообразной, цилиндрической и плоской формы (фиг. 1 - 4). Спиральный катод имел 10 витков диаметром 5 мм. Керны катодов были выполнены из вольфрамовой проволоки диаметром 1,2 мм. Для получения открытой пористости керны катодов окисляли на воздухе при температуре 700oC в течение 1-5 ч, восстанавливали окисел в водороде при температуре 1000oC в течение 30 мин, спекание в водороде проводили при температуре 1600oC в течение 30 мин. Изготовленные образцы имели открытую пористость 10 - 25% на глубину 50-300 мкм в зависимости от времени окисления. Размер пор составлял 1-20 мкм. Далее образцы были пропитаны алюминатом бария-кальция. Изготовленные катоды были испытаны в экспериментальных диодах. В непрерывном режиме для каждого из катодов при истинной температуре катода 927oC была получена плотность тока эмиссии 1 А/см2. В импульсном режиме при истинной температуре катода 1127oC, длительности импульса 10 мкс и частоте 1000 Гц была получена плотность тока эмиссии 10 А/см2. Испытания катодов проводились в течение 1500 ч. Изменений в эмиссионном токе не наблюдается. Испытания продолжаются. Конструкция катода и способ ее изготовления позволяют получать катоды любой формы, при этом размер катодов ограничивается размерами водородной печи для восстановления, спекания и пропитки алюминатом пористой матрицы, исключает отслаивание эмиттирующего слоя от керна так как отсутствует граница раздела. Для изготовления катодов не требуется специального дорогостоящего оборудования. ЛИТЕРАТУРА1. Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов А.В. и др. "Термоэлектронные катоды", М.Л., изд. "Энергия" 1966, 368 с. 2. Патент N 2066892 РФ от 6 сентября 1993 г. 3. Авторское свидетельство СССР N 980551 от 9 августа 1982 г.
Класс H01J1/15 катоды прямого канала
катод прямого накала - патент 2373602 (20.11.2009) | |
металлопористый пропитанный катод для магнетрона - патент 2342732 (27.12.2008) | |
катодолюминесцентный экран - патент 2322728 (20.04.2008) | |
катод прямого накала и способ его изготовления - патент 2314592 (10.01.2008) | |
катодолюминесцентный экран матричного типа - патент 2179766 (20.02.2002) | |
катод прямого накала - патент 2160942 (20.12.2000) | |
конструкция катода прямого накала и способ ее изготовления (варианты) - патент 2155409 (27.08.2000) | |
катод прямого накала - патент 2143150 (20.12.1999) | |
прямоканальный катод - патент 2052855 (20.01.1996) | |
прямонакальный катод и способ его изготовления - патент 2007775 (15.02.1994) |