電子管的陰極的製作方法
2023-05-03 04:04:31 3
專利名稱：電子管的陰極的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電子管的陰極，更具體地講，涉及使用在諸如陰極射線管或攝象管之類的電子管中，具有很長壽命的熱電子發射的陰極。
在以往的電子管熱電子發射陰極中，一種被稱為「氧化物陰極」被廣泛使用。這種氧化物陰極有一個含有鎳(Ni)做為主要成分以及微量的矽(Si)、鎂(Mg)或諸如此類的金屬做為還原劑的鹼金屬，以及在其上塗有一層包含鋇(Ba)做為主要成分的鹼土金屬碳酸鹽。最好是由(Ba，Sr，Ca)CO3組成的三元碳酸鹽或二元碳酸鹽。這裡，「氧化物陰極」這一術語的取得源於這樣一個事實，碳酸鹽在電子管制造中的排氣過程中還原成氧化物。
圖1是說明電子管陰極的示意側視圖，表示了一個盤狀的鹼金屬2，一個筒狀的套管3，它安置在鹼金屬2的下部用做支撐，以及在其內部有一個燈絲4用於加熱陰極，在鹼金屬上塗敷有一層含有鋇(Ba)為主要成分的電子發射物質層1。為了獲取這種陰極，將硝基纖維素有機溶劑或類似物同包含以BaCO3為主要成分的粉狀碳酸鹽混合，用噴射或電沉積的工序塗敷到鹼金屬2上。這樣的陰極安裝在電子槍上組裝進電子管內部。以後，這個陰極被燈絲4加熱到1000℃，在排氣過程中產生內部真空。在此過程中，碳酸鋇轉變為氧化鋇如下面的表達式所描述的…(1)在陰極工作過程中，這樣獲得的氧化鋇又與還原劑(鹼金屬中含有的矽(Si)和鎂(Mg))在鹼金屬與電子發射物質層之間的介面上反應，如圖下面化學式所描述的…(2)…(3)這樣產生的游離鋇，促進了電子發射。進而，在電子發射物質層與鹼金屬的介面上形成了MgO、Ba2SiO4或類似物，起屏障作用被稱為「中介層」，由此阻止了Mg或Si擴散進入電子發射層。其結果，中介層導致了陰極壽命的減少。還有另一種缺點，就是中介層的高電阻阻擋了發射電子的流動，限制了電流密度。
隨著電視以及其它使用陰極射線管的設備不斷朝著高解析度和大屏幕方向發展，具有大電流密度和長壽命的陰極的需求增加。然而在性能和壽命方面，上述的缺點使得傳統氧化物陰極沒有能力滿足需求。
一種浸漬型陰極以其高電流密度和長壽命著稱，但是其製造過程相當繁雜以及它的工作溫度超過1100℃，這也就是說，比氧化物陰極高出大約300℃或400℃。因而，由於製造這種陰極的材料必須具有高的熔點其製造又非常昂貴，所以使它的使用受到了限制。
因此，大量的研究工作用於延長有高實用性的傳統氧化物陰極的壽命。例如三菱公司的美國專利(U.S Patent)No.4,797,593公布了一項在傳統的三元碳酸鹽中摻入Sc2O3、Y2O3或類似物以改進陰極壽命的技術。又如菲利普公司的專利申請公開昭(Sho)64—41137公布了一項在電子發射物質層中含有Eu2O3的技術以改進陰極壽命。
這裡，包含稀土金屬的陰極具有增加的壽命，是因為稀土金屬阻止了中介層的形成以及自由鋇的蒸發。然而陰極電子發射的數量在陰極工作過一段時間之後會突然的下降，這是由於稀土金屬在陰極工作溫度上加速了氧化物的熔結。因此，氧化物被燒成硬的狀態。其結果是減少了與還原劑的反應區域，從而導致發射電子的數量減少。此外，上述的陰極不能與傳統的氧化物陰極完全地互換使用，它要求對陰極驅動過程進行修改，以確保穩定和充分地熱電子發射。
本發明的目的在於提供一種電子管陰極，它具有顯著改進的壽命，而且與傳統陰極的製造方法具有完全的互換性。
本發明的目的是以這樣的電子管陰極而實現的，該電子管包括有一個含有鎳(Ni)為主要成分的鹼金屬，以及一個在鹼金屬上形成的電子發射物質層，這個層包含有鹼土金屬氧化物，是由鋇(Ba)做為主要成分的鹼土金屬碳酸鹽經加熱處理而轉變來的，以及鑭(La)化合物與鎂(Mg)化合物或鑭—鎂化合物。
本發明的上述目的及許多優點，將參考附圖詳述最佳實施例，從而會變得更加清楚。附圖中圖1是電子管的一般陰極的剖面側視圖；圖2說明一種典型的電子管的傳統陰極的電子發射物質層的放大圖，表示了具有毛細晶體結構的三元碳酸鹽；以及圖3是本發明電子管的陰極與傳統陰極的壽命特性比較的曲線圖。
本發明的電子發射物質層中含有鎂(Mg)，用作禁止稀土金屬加速陰極的熔結。所以，由於在電子發射物質層中含有稀土金屬和鎂，氧化物熔結被禁止，這樣，恆定地電子數量可以發射很長時間，從而改善了陰極的壽命特性。
再有，將鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物同碳酸鹽混合，而後將硝基纖維素溶劑或諸如此類物加到這樣獲得的混合物中，如此，製成了一種懸浮液。將這種懸浮液通過噴塗、電子沉積或類似的方法施加給鹼金屬，從而使本發明的陰極製造過程可與傳統過程完全互換，這樣就容易在實際中應用。
圖1是上述電子管的一般陰極的剖視圖。根據本發明的陰極具有在鹼金屬上形成的電子發射物質層，其形成為(Ba，Sr，Ca)CO3中包含鑭(La)化合物及鎂(Mg)化合物或者鑭—鎂化合物。最好使用分別包含鑭化合物和鎂化合物的硝酸鑭和硝酸鎂，以及使用先前就包含鑭—鎂化合物的硝酸鑭及硝酸鎂而形成的硝酸鑭—鎂。這是由於硝酸鹽容易在丁醇(butanol)或硝基纖維素中變為膠狀體，這樣就使得它能夠均勻地分布在碳酸鹽中。
一般來說，硝酸鹽諸如Ba(NO3)2、Br(NO3)2以及Ca(NO3)2溶於純水中，而後通過使用Na2CO3或(NH4)2CO3作為沉澱劑而在溶液中共同沉澱來獲得共同沉澱的三元碳酸鹽，其中根據硝酸鹽濃度或pH值、沉澱溫度以及沉澱的速率，可以獲得各種形式的碳酸鹽結晶顆粒。在本發明陰極的製造中，具有毛細晶體結構(這是最好的結構)的碳酸鹽，可以通過控制上述條件而獲得。
圖2是一個典型的電子管的傳統陰極的電子發射物質層的放大圖。表示了具有毛細晶體結構的三元碳酸鹽。
在本發明陰極的製造中，加到具有毛細晶體結構的鹼土金屬的共同沉積碳酸鹽中的鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物或者鑭—鎂化合物最好是依據鹼土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。這裡如果數量少於0.01wt％，壽命的增強效果很微小，如果高於20.0wt％，則初始的發射特性不好。
在含有鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物的情況下，最好使用同重量的這些物質。在含有鑭—鎂化合物的情況下，最好使用通過混合硝酸鑭與硝酸鎂而獲取地鑭—鎂硝酸鹽。
下面，通過具體例子詳細敘述本發明。需要說明的是這裡所說的發明並非限定它的範圍。
實施例1
硝酸鹽諸如Ba(NO3)2，Sr(NO3)2，Ca(NO3)2被溶解在純水中並使用Na2CO3而使它們共同沉澱，獲得共同沉澱的三元碳酸鹽。其後，依據三元碳酸鹽的重量分別加入1.5wt％的La(NO3)2·6H2O與Mg(NO3)2·6H2O，這樣獲取的混合物塗敷到鹼金屬上。這樣形成的陰極插入並固定在電子槍內，再在套內插入並安裝燈絲用於加熱陰極。電子槍被密封在電子管的殼內，再經過排氣過程而產生內部真空。從而燈絲將電子發射物質層的碳酸鹽分解形成氧化物。這樣，本發明的陰極就製成了。其後，用傳統地製造方法製造出電子管，並算出它的初始發射。初始發射特性用電流(被稱為「MIK(最大陰極電流)」)來估算，陰極的壽命是通過在給定的期間內在相關於初始MIK值的剩餘率而確定的(見圖3)。
實施例2通過單獨製造過程而製備的鑭—鎂化合物加入到與例1相同的方式而獲得的三元碳酸鹽中。換一句話說，由硝酸鑭與硝酸鎂均勻地混合來獲得硝酸鑭—鎂Mg3La2(NO3)12·24H2O。其後，依據三元碳酸鹽的重量使1.4wt％的鑭—鎂化合物加入到碳酸鹽中，而後，根據例1中相同的過程，來獲得本發明的陰極，並估算初始發射特性和陰極壽命(見圖3)。
比較例傳統的陰極通過與例1相同的方法製造成，但沒有加入硝酸鑭La(NO3)3·6H2O和硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O。計算陰極的初始發射特性和壽命(見圖3)。
圖3表示了傳統陰極以及包含了新材料的本發明的陰極的壽命特性，這裡曲線a表示了具有包含傳統三元碳酸鹽的電子發射物質層的陰極的壽命特性。曲線b反映的是含有傳統的三元碳酸鹽及鑭和鎂化合物層的陰極的壽命特性，曲線c同樣是含有傳統的三元碳酸鹽及鑭—鎂化合物層的陰極的壽命特性。如圖3所示，本發明陰極的壽命比傳統陰極的壽命要長15％—20％。
如上述例子和比較例所示，本發明的陰極是一種新型的氧化物陰極，不僅具有比傳統陰極在相同條件下長15％—20％的壽命，而且具有與傳統氧化物陰極的製造方法完全地互換性。因而，本發明的陰極克服了壽命短的缺點。這種短壽命的缺點阻礙了在大屏幕和高解析度管中的應用。本發明的陰極同時還可以投入大規模地生產。
權利要求
1.一種電子管的陰極，具有含鎳為主要成分的鹼金屬，及在所述鹼金屬上形成的電子發射物質層，所述層包括鹼土金屬氧化物，該氧化物是由包含鋇為主要成分的鹼土金屬碳酸鹽經熱處理而轉變得來的，以及鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物。
2.如權利要求1所述的電子管陰極，其中所述鑭(La)化合和鎂(Mg)化合物的量為所述鹼土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。
3.一種電子管的陰極，具有含鎳為主要成分的鹼金屬及在所述鹼金屬上形成的電子發射物質層，該所述層包括鹼土金屬氧化物，該氧化物是由包含鋇為主要成分的鹼土金屬碳酸鹽經熱處理而轉變得來的，以及鑭—鎂化合物。
4.如權利要求3所述的電子管陰極，其中所述鑭—鎂化合物的量為所述鹼土金屬碳酸鹽重量的0.01wt％至20.0wt％。
全文摘要
一種電子管陰極具有含毛細結晶的鹼土金屬碳酸鹽的電子發射物質層，其中依據鹼土金屬碳酸鹽的重量加有0.01wt％至20.0wt％的鑭(La)化合物和鎂(Mg)化合物，或者鑭-鎂化合物。這種陰極具有與傳統氧化物陰極完全的互換性，而且壽命延長15-20％。
文檔編號H01J1/20GK1120728SQ9510098
公開日1996年4月17日 申請日期1995年3月7日 優先權日1994年10月12日
發明者朱奎楠, 崔鍾書, 金根培, 李光敏, 崔龜錫 申請人:三星電管株式會社