陰極有電子發射材料層的電子管的製作方法

2023-10-10 16:03:44

專利名稱：陰極有電子發射材料層的電子管的製作方法
技術領域：
本發明涉及陰極有電子發射材料層的一種電子管，具體地說，涉及陰極的電子發射材料層為三層結構的一種電子管，第一層由鹼土金屬氧化物製成，第二層由含稀土金屬的鹼土金屬氧化物製成，第三層由鹼土金屬氧化物製成。
通常，對諸如彩色顯像管或數據顯示管之類的顯像電子管的顯示屏除要求顯示出的信息多樣化和信息內容多之外，還要求顯示出的圖像清晰度高。要滿足這個要求，顯像電子管使用的陰極必須能在電流密度高的情況下長時間保持穩定的電子發射性能。
日本專利公開平5-12983公開的電子管就是陰極符合這種要求的具代表性的電子管。
圖3是日本專利公開平5-12983號中公開的陰極結構剖視圖。
圖3中，編號31表示圓筒形的陰極套筒，32為帽狀陰極母材，33為含稀土金屬的鹼土金屬氧化物層(電子發射材料層)，34是加熱器，35為鹼土金屬氧化物製成的第一層，36為用含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物，例如象鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的複合氧化物製成的第二層。
陰極套筒31和封閉著陰極套筒31一端的帽狀陰極母材32各個都由主要成分為象鎳(Ni)之類的高熔點金屬混有低濃度起還原作用的金屬，例如矽(Si)或鎂(Mg)的材料製成。加熱器34裝在陰極套筒31中。這些陰極套筒31、帽狀母材32和加熱器34構成直熱式陰極。陰極母材32的頂部表面上沉積有兩層結構的電子發射材料層33。更具體地說，電子發射材料層33由第一層35和第二層36構成。第一層35由沉積在陰極母材32上與陰極母材32的頂部表面接觸的鹼土金屬氧化物製成。第二層36由含諸如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成，澱積在第一層35的表面上。
上述結構的電子發射材料層33其製造方法包括下列工序在陰極母材32的頂部表面上澱積一層由鹼土金屬碳酸鹽製成的第一層；在第一層上澱積含諸如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的稀土金屬氧化物的鹼土金屬碳酸鹽製成的第二層；將第一層和第二層的鹼土金屬碳酸鹽在電子管熱處理過程中通過熱分解分別轉換成鹼土金屬氧化物，於是形成上述第一層35和第二層36。
在具有上述結構的電子發射材料層33中，含諸如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層36在電子出口側的電子發射材料層33上形成，起了將包含在陰極母材32中的還原劑產生的游離鋇(Ba)限制在第二層36中的作用，從而使電子發射材料層33中保持高濃度的游離鋇。因此，即使在陰極在高電流密度下工作時，電子發射材料層33中的鋇(Ba)也形成施主級並起降低電阻的作用，從而減小焦耳加熱作用，同時減少鋇(Ba)的蒸發程度。
日本專利公開平5-12983公開的陰極，即使在高電流密度，例如超過2安/平方釐米的高電流密度下發出的電流量其減小的幅度也不大，而且發射壽命很長。
上述現有技術的陰極長時間保持電子穩定的發射性能令人滿意，但不能檢測從電子發射材料層33發射的電子的衰減量。
通常，象鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的稀土金屬氧化物起了將游離鋇(Ba)限制在電子發射材料層33中並使電子發射材料層33中的游離鋇(Ba)保持高濃度的作用，但完全沒有促進電子發射的作用。因此，為提高高電流密度工作性能而提高電子發射材料層33中象鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類稀土金屬氧化物的含量時，從電子發射材料層33可獲取的電子量減少了。
因此，日本專利公開平5-12983中公開的陰極具有下述缺點，即為改善高電流密度工作性能而增加電子發射材料層33中象鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類稀土金屬氧化物的含量時，從電子發射材料層33可獲取的電子量減少了。
就上述缺點進行的種種實驗表明，隨著象鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類稀土金屬氧化物含量的增加，可從電子發射材料層33獲得的電子量明顯減少了。
本發明的目的是提供一種陰極的電子發射材料層能防止電子發射量減少同時長期保持優異電流密度工作特性的電子管。
為達到上述目的，按照本發明的一個方面，本發明提供的電子管其陰極母材表面上形成的電子發射材料取三層結構，第一層由鹼土金金屬氧化物製成，在陰極母材表面上形成，第二層由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成，在第一層的表面上形成，第三層由鹼土金屬氧化物製成，在第二層的表面上形成。
這種結構使第二層將游離鋇(Ba)限定在自身中從而使整個電子發射材料層保持高濃度的游離鋇，同時使第三層促進正常的電子發射，從而使可從電子發射材料層獲得的電子量基本上與現有技術陰極相當。因此，本發明的陰極具有優異的高電流密度和大電流的工作特性。
附圖為本說明書的一個組成部分，應結合說明書參閱。全部附圖中，同樣的編號表示同樣的部件，其中圖1是本發明的陰極具有電子發射材料層的電子管一個實施例的結構剖面示意圖；圖2是具有圖1所示電子管的電子槍使用的電子發射材料層的陰極結構一個實例的剖視圖；圖3是具有現有技術電子管的電子槍使用的電子發射材料層的陰極結構一個實例的剖視圖。
下面參看


本發明的一個實施例。
圖1是本發明的陰極具有電子發射材料層的電子管一個實施例的結構剖面示意圖。本實施例中的電子管採用彩色顯像管。
圖1中，編號1表示面板部分，2為玻錐部分，3為管頸部分，4為螢光層，5為蔭罩，6為磁屏蔽，7為偏轉線圈，8為純度調節磁體，9為四極靜會聚調節磁體，10為六極靜會聚調節磁體，11為電子槍，12為電子束。
構成彩色顯像管的管殼，其正面是面板部分1，其狹窄頸部分3中裝有電子槍11，玻錐部分2將面板部分1與管頸部分3連接起來。螢光屏4在面板部分1的內表面上形成，蔭罩5固定配置在螢光屏4的對面。磁屏蔽6配置在面板部分1和玻錐部分2中，毗鄰該兩部分的交界處，偏轉線圈7是套在管頸部分3和玻錐部分2上，毗鄰該兩部分交界處。純度調節磁體8、四極靜會聚調節磁體9和六極靜會聚調節磁體10並列套在管頸部分3上。三束電子束(圖中只示出其中一束)從電子槍11發射出來，由偏轉線圈7的磁場將其偏轉到特定的方向，通過設在蔭罩5上大量電子束孔眼(圖中未示出)的其中一個孔眼，分別著落在螢光屏4相應彩色的一個像素上。
具有上述結構的彩色顯像管的顯像工作過程和周知的彩色顯像管的一樣，因此這裡不再贅述。
圖2是具有圖1所示彩色顯像管的電子槍11使用的電子發射材料層的陰極結構實例的剖視圖。
圖2中，編號13表示陰極套筒，14為帽狀陰極母材，15為電子發射材料層，16為加熱器，17為用鹼土金屬氧化物製成的第一層，18為用含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物，例如諸如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的稀土金屬的複合氧化物製成的第二層，19為用鹼土金屬氧化物製成的第三層。
圓筒形陰極套筒13和帽狀陰極母材14分別由含有作為主要成分、混有低濃度象矽(Si)或鎂(Mg)之類還原性金屬的高熔點金屬，例如鎳(Ni)的材料製成。帽狀陰極母材14裝配在圓筒形陰極套筒13上，封閉著陰極套筒13的一端，加熱器16裝在圓筒形陰極套筒13中從而形成直熱式陰極。電子發射材料層15澱積在帽狀陰極母材14的頂部表面，呈三層結構第一層17由鹼土金屬氧化物製成，第二層18由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物例如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)製成，第三19層由鹼土金屬氧化物製成。在此情況下，第一層17澱積在電子發射層15的帽狀陰極母材14側，第二層18在第一層17上形成，第三19層在電子發射層15的電子發射側形成。
在本實施例的電子發射材料層15中，第一層17和第三層19分別由從含Ba、Sr和Ca碳酸鹽、[(Ba，Sr，Ca)CO3)]等之類的三重碳酸鹽轉化成的鹼土金屬氧化物製成，第二層18則由含從Ba/Sr和Ca碳酸鹽[(Ba，Sr，Ca)CO3]等或含鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類的三重碳酸鹽轉化成的稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成。
這裡，說明一下由鹼土金屬氧化物製成的第一層17和第三層19，以及由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層18的各製造過程。
分別形成鹼土金屬氧化物製成的第一層17和第三層19的第一懸浮液是這樣製備的往含有54％重量的硝酸鋇(BaNO3)、39％重量的硝酸鍶(SrNO3)和7％重量的硝酸鈣(CaNO3)組成的混合溶液中加入碳酸鈉(Na2CO3)，使含Ba、Sr和Ca碳酸鹽的三重碳酸鹽[(Ba，Sr，Ca)CO3]沉澱下來，然後往沉澱生成物(粉狀)中加入硝化纖維漆和硝酸丁酯，將它們碾磨混合。
形成由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層18的第二懸浮液是這樣製備的往含有54％重量的硝酸鋇(Ba2NO3)、38重量％的硝酸鍶(SrNO3)和6％重量的硝酸鈣組成的溶質的混合溶液中加入碳酸鈉(Na2CO3)，使含Ba、Sr和Ca碳酸鹽的三重碳酸鹽[(Ba，Sr，Ca)CO3]沉澱下來，將3％重量的鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)與沉澱生成物(粉狀)混合，再往混合物中加入硝化纖維漆和硝酸丁酯，將它們碾磨混合。
接著往主要成分為鎳(Ni)的帽狀陰極母材14頂部表面上噴塗第一懸浮液，形成厚約10微米的第一層17。將第二懸浮液噴塗到第一層17的表面上，形成厚約50微米的第二層18。將第一懸浮液噴塗到第二層18的表面上，形成厚約5微米的第三層19。這樣便形成三層構造的電子發射材料層15。
接著，在電子管的抽真空過程中用加熱器16加熱電子發射材料層15，使電子發射材料層15中的鋇、鍶和鈣的碳酸鹽[(Ba，Sr，Ca)CO3]分解成鋇、鍶和鈣的氧化物[(Ba，Sr，Ca)O]，從而形成由鹼土金屬氧化物製成的第一層17和第三層19以及由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層18。這之後，在常壓下將電子發射材料層15從900℃加熱到1100℃進行活化，於是就製成所要求的陰極。
在具有上述結構的電子發射材料層15的陰極中，含諸如鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)之類稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層18藉助於稀土金屬氧化物限制游離鋇的作用，使電子發射材料層15中的游離鋇(Ba)始終保持高濃度。此外，鹼土金屬氧化物製成的第三層18不含有任何無助於電子發射的物質，就是說象稀土金屬氧化物之類對電子發射有害的任何物質，因而可從電子發射材料層15獲得的電子量基本上與現有技術的陰極相同。這樣，可以得出電子發射材料層15電流密度高電流大、工作性能優異的陰極。
本實施例中鹼土金屬氧化層18中包含的稀土金屬氧化物採用的是鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物，即鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)，但本發明並不局限於此。例如，鹼土金屬氧化物層18中包含的稀土金屬氧化物同樣可以採用鋇(Ba)和釔(Y)的複合氧化物或鋇(Ba)和銫(Ce)的複合氧化物。
此外，在本實施例中，第二層18中包含的稀土金屬氧化物，例如鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物，即鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)，其份量為3％重量，但它也可以在0.01至15％重量的範圍。更具體地說，當第二層18中包含的稀土金屬氧化物，例如鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物，即鈧酸鋇(Ba2Sc2O5)的含量少於0.01％重量時，含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成的第二層18起不了其應有的作用。另一方面，當該含量於15％重量時，所述因加入稀土金屬氧化物而引起的作用有些遜色。在本實施例的陰極中，第二層18中包含的稀土金屬氧化物，例如鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物，即(Ba2Sc2O5)的含量最好在0.05至3％重量的範圍。
第一層17的厚度可以在5至25微米的範圍，最好是15微米。當厚度大於25微米時，對鋇(Ba)的限定作用有所下降。第二層18的厚度可以在30至70微米的範圍，最好是45微米。第三層19的厚度可以在5至20微米的範圍，最好10微米。第一、第二和第三層的總厚度最好為70微米以利於發射電子。
綜上所述，本發明澱積在陰極母材頂部表面上的電子發射材料層取三層結構，第一層由鹼土金屬氧化物製成，在陰極母材的表面形成，第二層由含稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成，在第一層的表面上形成，第三層由鹼土金屬氧化物製成，在第二層的表面上形成。在這種電子發射材料層中，第二層起了將游離鋇(Ba)限定在電子發射材料層中的作用，而且第三層有助於正常的電子發射，因而可從電子發射材料層獲得的電子量基本上與現有技術的氧化物陰極相同。因此可以製取電流密度高電流大、工作性能優異的電子管。
權利要求
1.一種陰極母材表面上形成有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述電子發射材料層由下列三層組成第一層由起碼含鋇(Ba)的鹼土金屬氧化物製成，在所述陰極母材的所述表面上形成；第二層由含有稀土金屬氧化物的鹼土金屬氧化物製成，在所述第一層的表面上形成；第三層由鹼土金屬氧化物製成，在所述第二層的表面上形成。
2.如權利要求1所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第二層包含的所述稀土金屬氧化物為鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物。
3.如權利要求1所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第二層中包含的所述稀土金屬氧化物為鋇(Ba)和釔(Y)的複合氧化物或鋇(Ba)和銫(Ce)的複合氧化物。
4.如權利要求1所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第二層包含的所述稀土金屬氧化物的含量在0.01至15％重量的範圍。
5.如權利要求2所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第二層中包含的所述稀土金屬氧化物含量在0.01至15％重量的範圍。
6.如權利要求3所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第二層中包含的所述稀土金屬氧化物的含量在0.01至15％重量的範圍。
7.如權利要求1所述的陰極有電子發射材料層的電子管，其特徵在於，所述第一層的厚度在5至25微米的範圍，所述第二層的厚度在30至70微米的範圍，所述第三層的厚度在5至20微米的範圍，所述第二層含0.05至3％重量的鋇(Ba)和鈧(Sc)的複合氧化物。
全文摘要
電子管的一種陰極，其陰極母材表面上有電子發射材料層。該電子發射材料層具有三層結構；第一層由鹼土金屬氧化物製成，在陰極母材的表面上形成，第二層由含稀土金屬的鹼土金屬氧化物製成，在第一層的表面上形成，第三層由鹼土金屬氧化物製成，在第二層的表面上形成。
文檔編號H01J29/04GK1147684SQ9611130
公開日1997年4月16日 申請日期1996年9月18日 優先權日1995年9月18日
發明者小泉幸生, 小宮壽文 申請人:株式會社日立製作所