顯象管陰極熱子的製作方法

2023-05-27 16:26:46

專利名稱:顯象管陰極熱子的製作方法
本發明涉及一種顯象管熱子、使用這種熱子的顯象管陰極以及使用這種顯象管陰極的顯象管。更具體地說，本發明涉及一種顯象管陰極熱子，它能防止熱子的金屬螺旋線在工作過程中發生脆變，從而保持了較長的壽命;一種使用這種熱子的顯象管陰極;以及使用這種顯象管陰極的顯象管。
如圖1所示，普通的顯象管熱子由鎢(W)螺旋線1構成，螺旋線1再朝它的彎折返回端方向盤繞，以構成雙螺旋狀並在螺旋線表面覆有氧化鋁(Al2O3)層4。這個熱子加熱鎢螺旋線1周圍的陰極套筒2，以使在陰極套筒2頂端的陰極餅3發射熱電子。鎢螺旋線1表面上的氧化鋁絕緣層4由Al2O3顆粒組成，該氧化層4確保了陰極套筒2和鎢螺旋線1之間的絕緣〔日本專利申請公開№.57-95037;美國專利№.3，500，454〕。在氧化鋁絕緣薄層上還可有一暗色層，以實現快速導熱〔日本專利申請公開№.59-132537〕。
然而，作為陰極套筒成分的鎳(Ni)或鉻(Cr)離子會在陰極熱子加熱過程中發射出來，並且擴散到鎢螺旋線中。此外，氧化鋁絕緣層中的痕量成分(比如MgO等意外的雜質)在陰極熱子加熱過程中蒸發，而諸如鎂等雜質元素擴散到鎢螺旋線中，這導致了鎢螺旋線的發脆並且縮短了熱子的壽命。
氧化鋁絕緣薄層是用電泳、噴塗或漬塗方式形成的。因為以電泳等方式形成的氧化鋁層的強度不高(因所得的薄層是多孔體和有著易於開裂的傾向)，阻止雜質元素擴散到鎢螺旋線中是十分困難的。
在現有技術中，迄今還未曾考慮過因陰極套筒發射的離子的擴散以及自氧化鋁絕緣層蒸發的元素而造成的鎢螺旋線的發脆，但在陰極熱子加熱過程中鎢螺旋線發脆的問題是已經存在的。
本發明的一個目的是要提供一種以陰極熱子加熱過程中較少發脆的鎢螺旋線構成的顯象管陰極熱子。
本發明的另一個目的是提供一種有著上述顯象管熱子的壽命較長的顯象管陰極。
本發明的又一個目的是提供一種有著上述顯象管陰極的壽命較長的顯象管。
本發明的第一個目的能以這樣一種顯象管陰極熱子來達到，這種熱子包括用來加熱電子發射陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線、在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及覆蓋在此金屬膜表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，所述的金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度之下不會升華或熔化，它阻止了在它之上的氧化鋁絕緣層中的意外雜質的擴散，並且，即便金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
本發明的第二個目的能夠以這樣一種顯象管陰極來達到，這種陰極包括陰極套筒、在陰極套筒頂端的陰極餅、以及在陰極套筒中的陰極熱子，此陰極熱子包括用來加熱電子發射陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線、在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及覆蓋在此金屬膜表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，該金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度之下不會升華或熔化，它阻止了在它之上的氧化鋁絕緣層中的意外雜質的擴散，並且，即便金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
本發明的第三個目的能夠以這樣一種顯象管來達到，這種顯象管包括螢光屏、在與螢光屏相對一端有著柵極和陰極的電子槍，上述陰極包括陰極套筒、在陰極套筒頂端的陰極餅以及在陰極套筒中的陰極熱子，此陰極熱子包括用來加熱電子發射陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線、在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及覆蓋在此金屬膜表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，所述金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度之下不會升華或熔化，它阻止了在它之上的氧化鋁絕緣層中的意外雜質的擴散，並且，即便這種金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
構成上述金屬膜的金屬元素是選自釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鉭(Ta)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)和鉑(Pt)中的至少一種金屬元素，其純度至少為99.9%(按重量比)。
製備陰極熱子通常按以下方式進行。
把作為金屬絲的鎢絲或含有高達3%(重量比)的錸(Re)的鎢絲繞在鉬(Mo)芯杆上以形成一個一次螺旋線;隨後，將此一次螺旋線在800到1，300℃的溫度下退火處理;然後直接在一次螺旋線上，或在使一次螺旋線作進一步的盤繞和成形而成為所希望的雙螺旋形式之後，電泳上氧化鋁並進行燒結，以在鎢螺旋線上形成氧化鋁絕緣層;如果需要，可在燒結的氧化鋁絕緣層上形成一層例如由氧化鋁粉和鎢粉組成的暗色層，並加以燒結，也可以在未進行燒結的氧化鋁層上構成此暗色層並把氧化鋁層和此暗色層兩者一起燒結;然後再浸入酸中把鉬芯杆從螺旋中去除，並水洗和烘乾之〔日本專利申請公開№.59-132537〕。
在本發明中，金屬膜是用任何一種形成薄膜的方法，如蒸發沉積、離子濺射、化學汽相沉積(CWD)、物理汽相沉積(PVD)等，在氧化鋁絕緣層形成之前把上述金屬元素的金屬薄膜沉積在金屬螺旋線的表面上而形成的。
防止離子和元素擴散以及防止金屬螺旋線脆變的這層金屬膜可以形成在盤繞成螺旋前的金屬絲、在鉬芯杆上繞成的一次螺旋、退過火的一次金屬螺旋線、或進一步按所希望的形式製成的退過火的金屬螺旋線上。
只要這層金屬膜的厚度為0.1到1微米，它就是有效的。
本發明的陰極熱子的金屬螺旋線由鎢組成，或由最多含3%(重量比)錸(Re)的鎢所組成，以增強螺旋線的強度。
圖1是顯象管陰極的結構示意圖。
圖2是用離子濺射方式在金屬螺旋線上沉積金屬膜的裝置的結構示意圖。
圖3表明了根據本發明和現有技術所得到的鎢螺旋線上的氧化鋁絕緣層的燒結溫度和鎢螺旋線的斷裂強度之間的關係。
圖4表明了根據本發明和現有技術所得到的鎢螺旋線上的氧化鋁絕緣層的燒結溫度和鎢螺旋線中Mg濃度的相對值之間的關係。
圖5表明了對本發明的陰極熱子和現有技術中的陰極熱子的壽命測試結果。
圖6是使用了本發明的顯象管陰極的顯象管結構簡圖。
下面將參考實例和附圖詳細描述本發明，所有這些實例和附圖均不應構成對本發明的限制。
實例在鉬芯杆(直徑100微米)上繞以鎢絲(97%重量比的鎢和3%重量比的錸;直徑60微米)，以形成一次螺旋，把螺旋加熱到800-1，300℃以使一次螺旋退火。隨後，利用在圖2中示意表明的裝置，以離子濺射法在螺旋線上形成厚度約為0.5微米的均勻的錸(Re)膜。
在圖2所表明的裝置中，錸板(按重量比的純度＞99.95%)201被聯接到真空室204中的一個電極(在直流的情況下為正電極)上，在真空室中，50個一次螺旋以圓形安置方式固定在另一個電極(在直流的情況下是負電極)的夾具203上。與一次螺旋固定在一起的夾具203水平地旋轉。
然後，用真空泵205使真空室204的壓強降低，向室中引入氬氣(Ar)，並且使真空室保持在10-3-10-4乇的壓強下。
當200-500伏下的直流或交流電流通過兩電極之間時，經過20-30分鐘，在一次螺旋線的表面上形成了厚度約為0.5微米的錸膜。一次螺旋線被離子濺射自然地加熱到200-400℃。
錸膜的晶格結構中包含一些氬原子，隨後使錸膜在氫氣氣氛中加熱，在1，000℃下保持30分鐘並冷卻，從而從錸膜中去除了氬原子。
隨後，用電泳法在含Al2O3顆粒的電泳懸浮液(Al2O3)佔99.8%重量比或更多;MgO佔0.2%重量百分比或更少)和Mg(NO3)2電解質中使錸膜表面上形成厚度約為70微米的多孔狀氧化鋁絕緣層。在純氫氣的氣氛中燒結所形成的氧化鋁絕緣層，加熱速率約為400℃/小時，並在1，600℃、1，650℃或1，800℃下保持3分鐘。隨後，在酸中從相應的螺旋線中溶去鉬芯杆，把螺旋線用水洗並乾燥，這樣就完成了陰極熱子的製備。測量了按此法製備的鎢螺旋線的斷裂強度，所測數值的平均值以圖3中的31來示出，圖中，橫座標表示燒結溫度(℃)，而縱座標表示鎢螺旋線的斷裂強度(g)。
同樣，在與上述相同的條件下處理相同的鎢絲來製備陰極熱子，所不同的只是在鎢螺旋線上未形成錸膜，並且也測量鎢螺旋線的斷裂強度。所得結果的平均值以圖3中的32表示出。
圖3中的33表明了沒有錸膜和氧化鋁絕緣膜，但仍經受與上述相同的燒結條件處理的鎢螺旋線的斷裂強度。
圖3中的31和32所表明的陰極熱子分別是用電泳方式把氧化鋁絕緣層間接(以錸膜作為中間層)或直接(無錸膜作中間層)沉積在鎢螺旋線表面上的熱子。在電泳懸浮液中使用的、起著使Al2O3顆粒沉積在鎢螺旋線表面上作用的電解質成分，比如Mg(NO3)2等會把Mg(OH)2等留在氧化鋁層的氧化鋁顆粒之間。由於在燒結過程中這些電解質成分的蒸發和向鎢螺旋線中擴散而造成了鎢螺旋線的脆裂。不管電解質成分是什麼，它們在燒結過程中的蒸發和向鎢螺旋線的擴散總是要發生的。
由圖3明顯看出，當氧化鋁層在1，800℃下燒結時，普通的鎢螺旋線32的斷裂強度顯著降低，而在本發明的鎢螺旋線31中，當氧化鋁層也在1，800℃下燒結時斷裂強度降低得並不那麼多。
在33的情況下，鎢螺旋線的斷裂強度之所以會隨溫度增高而降低的一個理由是因為增高了燒結溫度所形成的較粗大晶粒的影響。在1，600℃和1，650℃下燒結時，普通熱子32的鎢螺旋線的斷裂強度之所以會比33的強度要高的一個理由似乎是由於氧化鋁層的被覆和燒結而在鎢螺旋線表面上造成因氧化鋁層的燒結收縮而產生的應力所引起的。在1，800℃下燒結時，普通熱子32的斷裂強度低於在33的斷裂強度。
圖4示出了在橫座標上以(℃)表明的氧化鋁層燒結溫度與縱座標表示的燒結後鎢螺旋線中鎂(Mg)濃度的相對數值關係，其中，曲線41和42分別相應於圖3中的31和32，而以縱座標表明基於在1，800℃下燒結的普通熱子的鎢螺旋線中的Mg濃度的相對值。
由圖3明顯看出，本發明的陰極熱子由於錸膜而獲得表面3改進和硬化的效果。由圖4也可明顯看出，由於使用了錸膜，即便在1，800℃下燒結，Mg元素向鎢螺旋線的擴散也能受到抑制，而且能防止鎢螺旋線的脆裂。
圖5表明了這些陰極熱子的壽命測試結果，圖中表明了壽命測試持續時間和熱子電流間的關係，橫座標以(×103小時)表示壽命測試持續時間，而縱座標以安培表示熱子電流，曲線51和52分別相應於圖3的31和32。
按以下條件進行壽命測試。只把包括本發明的這些陰極熱子的顯象管管頸部分真空密封來製成試驗樣管。在試驗管的陰極熱子上加有比額定電壓(6.3V)高出20%的加熱電壓(7.6V)，而且陰極熱子要承受通電5分鐘、斷開15分鐘的強迫冷熱循環。圖5的橫座標上的壽命測試持續時間表明了通、斷間隔的積累值，而縱座標上的加熱電流表明了在6.3V加熱電壓下的電測值。圖5中的51表明了對本發明的陰極熱子的測試結果。
以同樣方法製造了普通陰極熱子的試驗樣管，並且在與上述相同的條件下進行測試。圖5中的52表明了普通陰極熱子的測試結果。
對陰極熱子是否令人滿意的判斷按下面的標準進行。
當通過一個試驗管中三個陰極熱子的平均熱子電流比初始熱子電流被小了達5%或更多時，就認為這些陰極熱子是不令人滿意的。當百分比不令人滿意，即不令人滿意的試驗管的數目與被測試驗管的總數的百分比在2，000小時的測試持續時間中小於0.1%，在5，000小時測試持續時間中小於1.0時，就認為這些陰極熱子是可供商業應用的較長壽命的陰極熱子。下表表明了在各相應的壽命測試持續時間之下，本發明的陰極熱子51和普通陰極熱子52的不令人滿意熱子的百分比。
由上表明顯看出，對於本發明的陰極熱子51，經5，000小時後不令人滿意的百分比為0.6%，而對於普通陰極熱子52，經1，000小時後不令人滿意的百分比為0.2%，經5，000小時後為1.4%。可以看出，本發明的陰極熱子51有著較長的壽命，並且是可供商業應用的較長壽命的陰極熱子。除Re之外的其它元素，即Ru、Rh、Pd、Ta、Os、Ir、Pt，可以單獨地或以它們的混合物形成(包括它們與Re的混合物)在與上述相同的條件下形成金屬膜。
用離子束濺射或磁控濺射來代替離子濺射，能以較高的速率、較高的純度形成金屬膜。
在前面的實施方案中，未曾給出在氧化鋁絕緣層上還形成有一層暗色層的例子，但是，如果實際需要，可以在燒結氧化鋁絕緣層後，在含有氧化鋁顆粒和鎢顆粒的暗色懸浮液中，用浸塗或電泳法在氧化鋁絕緣層上形成一層暗色層並且燒結這層暗色層，也可以在燒結氧化鋁絕緣層之前形成這層暗色層，而根據已知的方法〔例如日本專利申請公開№.59-132537〕一起燒結氧化鋁絕緣層和暗色層。因為可在一步中完成燒結，所以後一方法是經濟的。
本發明的顯象管陰極的製備過程如下製成在表面上有著一層金屬膜的鎢螺旋線;在澱積氧化鋁絕緣層之前將鎢螺旋線繞著鉬芯杆、向著熱子的彎折返回端盤繞成雙螺旋形狀，(如圖1所示)，在其上形成氧化鋁絕緣層;如果需要，可按與上述相同的方式在其上形成一層暗色層，隨後燒結、除去鉬芯杆、衝洗和乾燥，從而製成一個陰極熱子，如圖1所示，把陰極熱子設置和固定在陰極套筒中，在陰極套筒的頂端設置和固定一個陰極餅。
在圖6所示結構的顯象管中，提供按上述方法製備的顯象管陰極，在彩色顯象管的情況下為三個陰極，其中，顯象管為漏鬥狀玻璃管殼，管殼帶有密封在其中的電子槍601，螢光屏602。這個玻璃管殼有錐形部分、細的圓柱形管頸部分、以及在錐形部分底部表面上被覆的、當電子打於其上能夠發出螢光的螢光材料。玻璃管殼內維持高真空。
電子槍601包括發射電子的一個或幾個本發明的陰極603、加速電子云使之成為達到較高速度的電子束並使電子束會聚在螢光屏上的圓柱形電極(柵極)604。最後一個電極聯接到在管頸部分和錐形部分間的橋接部分內表面所被覆的導電膜605上，而導電膜605又聯接到覆蓋螢光屏602的鋁膜606上。607是本發明的陰極熱子，609是偏轉線圈，而610是陽極接頭。
如上所述，根據本發明在鎢螺旋線上提供一層金屬膜，防止了鎂等元素由氧化鋁絕緣層擴散到鎢螺旋線中而導致鎢螺旋線的脆裂，更進而，因為防止了由於從陰極套筒發出的離子的擴散所造成的鎢螺旋線的脆裂，使得顯象管的陰極熱子、使用本發明陰極熱子的顯象管陰極、使用了上述顯象管陰極的顯象管能夠有著較長的壽命。
權利要求
1.一種顯象管陰極熱子，它包括用來加熱發射電子的陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線、在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及覆蓋在此金屬膜的表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成此金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，所述金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度下不會升華或熔化，所述金屬膜阻止了其上的氧化鋁絕緣層中的意外雜質的擴散，並且，即便所述金屬膜的金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
2.一種如權利要求
1所述的顯象管陰極熱子，其中，所述金屬膜的所述金屬元素是選自Ru、Rh、Pd、Ta、Re、Os、Ir和Pt中的至少一種金屬元素，其純度至少為99.9%(按重量比)。
3.一種如權利要求
1所述的顯象管陰極熱子，其中，所述金屬膜的厚度為0.1到1微米。
4.一種如權利要求
1所述的顯象陰極熱子，其中，所述金屬螺旋線由鎢組成，或由最多含3%(重量比)錸的鎢所組成。
5.一種如權利要求
1所述的顯象管陰極熱子，其中，在所述氧化鋁絕緣層上還設置有一暗色層。
6.一種顯象管陰極，它包括陰極套筒、在陰極套筒頂端的陰極餅，以及在陰極套筒中的陰極熱子，此陰極熱子包括用來加熱發射電子的陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線，在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及覆蓋在此金屬膜的表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成此金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，所述金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度下不會升華或熔化，它阻止了其上的氧化鋁絕緣層中意外雜質的擴散，並且，即便所述金屬膜的所述金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
7.一種如權利要求
6所述的顯象管陰極，其中，所說金屬膜的所述金屬元素是選自Ru、Rh、Pd、Ta、Re、Os、Ir和Pt中的至少一種金屬元素，其純度至少為99.9%(按重量比)。
8.一種如權利要求
6所述的顯象管陰極，其中，所述金屬膜的厚度為0.1到1微米。
9.一種如權利要求
6所述的顯象管陰極，其中，所述金屬螺旋線由鎢組成，或由最多含3%(重量比)錸的鎢所組成。
10.一種如權利要求
6所述的顯象管陰極，其中，在所述氧化鋁絕緣層上還有一暗色層。
11.一種顯象管，它包括螢光屏和在與螢光屏相對一端並有著柵極和陰極的電子槍，上述陰極包括陰極套筒、在陰極套筒頂端的陰極餅以及在陰極套筒中的陰極熱子，此陰極熱子包括用來加熱發射電子的陰極餅的成螺旋狀盤繞的金屬螺旋線、在金屬螺旋線上的一層金屬膜以及澱積在此金屬膜的表面上的氧化鋁絕緣層，構成這層金屬膜的元素是構成金屬螺旋線的主要元素之外的金屬元素，所述金屬元素在高達1，500℃的溫度和高達10-7到10-8乇的真空度下不會升華或熔化，所述金屬膜阻止了其上的氧化鋁絕緣層中的意外雜質的擴散，並且，即便所述金屬膜的所述金屬元素本身擴散到金屬螺旋線中也不會降低金屬螺旋線的抗拉強度。
12.一種如權利要求
11所述的顯象管，其中，所述金屬膜的金屬元素是選自Ru、Rh、Pd、Ta、Re、Os、Ir和Pt中的至少一種金屬元素，其純度至少為99.9%(按重量比)。
13.一種如權利要求
11所述的顯象管，其中所述金屬膜的厚度為0.1到1微米。
14.一種如權利要求
11所述的顯象管，其中，所述金屬螺旋線由鎢組成，或由最多含3%(重量比)錸的鎢所組成。
15.一種如權利要求
11所述的顯象管，其中，在所述氧化鋁絕緣層上還有一暗色層。
專利摘要
一種顯象管陰極熱子包括螺旋盤繞的金屬螺旋線、在螺旋線上的金屬膜、以及覆蓋在膜上的氧化鋁絕緣層。構成金屬膜的元素是構成螺旋線的主要元素之外的金屬元素，它阻止了氧化鋁絕緣層中意外雜質的擴散，並且，即便它本身擴散到螺旋線中也不會降低螺旋線的抗拉強度。利用了上述顯象管陰極熱子的顯象管陰極以及利用上述陰極的顯象管能防止陰極熱子的金屬螺旋線的脆裂，並且有著較長的壽命。
文檔編號H01J29/04GK87108075SQ87108075
公開日1988年6月15日 申請日期1987年12月2日
發明者荒戶利昭, 中村浩介 申請人:株式會社日立製作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan