NL8403031A - Werkwijze voor het vervaardigen van een scandaatnaleveringskathode en scandaatnaleveringskathode vervaardigd volgens deze werkwijze. - Google Patents

Description

* ^ t ΡΗΝ U.169 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Werkwijze voor het vervaardigen van een scandaatnaleverlngskathcde en scandaatnaleveringskathode vervaardigd volgens deze werkwijze".

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een scandaatnaleveringskathode met een matrix waarvan tenminste de toplaag in hoofdzaak uit een mengsel van wolfraam. (W) met scandiumcxyde (Sc^O-j) of met een mengoxyde dat scandiumoxyde bevat 5 bestaat.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een scandaatnaleveringskathode vervaardigd volgens deze werkwijze.

Dergelijke kathodes worden toegepast als elektronenbron in beeldbuizen, kamer abuizen, oscilloscoopbuizen, klystrons, zendbuizen, 10 enz.

Dergelijke naleveringskathodes hebben als eigenschap, dat er een functionele scheiding is tussen enerzijds het elektronenemitterend oppervlak en anderzijds een voorraad van het emittermateriaal, dat dient on een voldoende lage uittreepotentiaal van dit emitterend oppervlak te 15 bewerkstelligen. Een van de types naleveringskathodes is de L-kathode.

De emissie van een L-kathode vindt plaats vanuit het oppervlak van een poreuze matrix van bijvoorbeeld wolfraam, waarvan de uittreepotentiaal door geadsorbeerd barium (Ba) en zuurstof (0) is verlaagd. Onder deze matrix heeft de L-kathode een voorraadkamer, waarin een mengsel van 20 wolfraanpoeder en emittenrater iaal, bijvoorbeeld barium-calcium-alumi-naat, aanwezig is. Het adsorbaat aan het oppervlak wordt door middel van reacties van dit mengsel in stand gehouden. Een tweede type naleverings-kathode is de geïmpregneerde kathode, die ontstaat door het impregneren met emittermateriaal van een geperst en gesinterd poreus wolfraam lichaam.

25 In dit geval wordt het benodigde adsorbaat verkregen door middel van reactie van het emittermateriaal met het wolfraam van de matrix.

Een werkwijze van de in de eerste alinea beschreven soort is bekend uit de ter inzage gelegde Britse octrooiaanvrage 2.116.356.

Daarin is beschreven dat de matrix bij 1000 a 1200 °C in een waterstof-30 atmosfeer voorgesinterd wordt om een binder te verwijderen en de matrix heter hanteerbaar te maken. Het definitief sinteren van de matrix vindt vervolgens bij 1700-2000 °C in vacuum plaats.

Een dergelijke werkwijze is ook beschreven in de ter inzage 8403031 • 1^! ^ . - PHN 11.169 2 gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 8201371 (PHN 10.308) die als hierin opgenomen kan worden beschouwd. Het sinteren vindt in deze octrooiaanvrage bij 1900°C plaats.

De volgens laatstgenoemde werkwijze vervaardigde scandaat-5 naleveringskathodes hadden een redelijk tot matig herstel na een ionen- bombardement. De uitvinding beoogt dan ook een werkwijze aan te geven voor het vervaardigen van een scandaatnaleveringskathode waarvan het herstel na een ionenbambardement beter verloopt. Tevens beoogt de uitvinding dit te realiseren in combinatie met een lange levensduur.

10 Een werkwijze van de in de eerste alinea beschreven soort wordt daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat het sinteren van de matrix bij een temperatuur tussen 1300 en 1700°C geschiedt.

Zoals later zal worden getoond is het herstel van de emissie na een ionenbombardement van kathodes die gesinterd zijn bij een temperatuur 15 gelegen tussen 1300 en 1700°C, bij voorkeur bij ongeveer 1500°C, beter dan van kathodes die bij ongeveer 1900°C gesinterd zijn.

Het sinteren vindt bij voorkeur in een waterstof atmosfeer plaats, omdat dan zeer reproduceerbare kathodes worden verkregen. De seriestandaarddeviatie op X (0) ^ 0Qq bedraagt slechts 3% voor in waterstof 20 en volgens de uitvinding gesinterde kathodes die tenminste aan het oppervlak van uit een mengsel van wolfraam (W) met 5 gew.% scandiumr-oxyde (SC2O3) bestaan. Daarbij is ^(0) -|qqq de stroom gemeten, direkt na het activeren van de kathode, in een 1000 V puls.

Een scandaatnaleveringskathode vervaardigd met de werkwijze 25 volgens de uitvinding bevat bij voorkeur een matrix waarvan tenminste de toplaag uit een mengsel van wolfraam en zuiver scandiumoxyde bestaat. Zoals later zal worden getoond heeft scandiumoxyde in een mengoxyde een verminderde activiteit na ionenbombardement. Daarom wordt bij voorkeur zuiver scandiumoxyde gebruikt. Voor een wolfraam matrix met een 30 toplaag van een mengsel van wolfraam en scandiumoxyde is, bij dezelfde porositeit, de opgencmen hoeveelheid impregnant ongeveer een factor twee groter dan voor een matrix bestaande uit hetzelfde mengsel van wolfraam en scandiumoxyde. In verband met een gewenste lange levensduur is gebruik van een toplaag dus gewenst.

35 De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld nader toege licht aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden en een tekening, waarin figuur 1 een langsdoorsnede van een geïmpregneerde kathode volgens de 8403031 * 5fer EHN 11.169 3 uitvinding vergeeft en figuur 2 een langsdoorsnede van een L-kathode volgens de uitvinding toont.

In figuur 1 is een langsdoorsnede van een scandaathalevèrings- 5 kathode volgens de uitvinding weergegeven. Het kathodelichaam 1 met een diameter van 1,8 irm is verkregen door het persen van een matrix voorzien van een toplaag 2 uit wolfraam met scardiumoxyde (Sc203). Na het sinteren en afkoelen bestaat het kathodelichaam 1 uit een ongeveer 0,1 irm dikke scandiumoxyde bevattende poreuze wolfraamlaag op een 0,4 mm 10 dikke pareuze wolfraamlaag. Vervolgens wordt het kathodelichaam met bariumrcalciumraluminaat geïmpregneerd. Dit geïmpregneerd kathodelichaam wordt, al dan niet in een houder 3 geperst, pp de kathodeschacht 4 gelast. In de kathodeschacht 4 bevindt zich een spiraalvormige kathode- gloeidraad 5, welke uit een metalen spiraal vormig gewonden kern 6 en een 15 aluminiumoxyde isolatielaag 7 bestaat.

Het herstel na een ionenbonbardement bij een kathode is belangrijk. Kathodes worden namelijk in buizen tijdens de bewerking en/of tijdens bedrijf blootgesteld aan een bombardement van ionen afkomstig uit restgassen. Dit herstel werd gemeten aan diodes met een 20 separaat van de kathode uitstookbare anode in een hoog-vacuum opstelling.

Daarbij werd de emissie gemeten in een 1500 volt puls over de diode met een diode-afstand (afstand kathode-anode) van 300 run. Na het activeren 5 ' van de kathode in vacuum werd 10 torr argon in let systeem ingelaten. Met 1,5 kV puls op de anode (10 Hz frequentie) met een zodanige puls-25 lengte, dat aan het begin de anode dissipatie 5 Watt is, werd 40 minuten stroom getrokken, waarbij deze geleidelijk meer of minder inzakt. De kathodetemperatuur (Molybdeenhelderheid) was daarbij 1220¾. Vervolgens werd het argon weggepompt. Daarna volgde 2 uur herstel van de kathode bij

A

1220¾ bij een stroom van 1 Ά/asT , gevolgd door 1 uur op 1320¾ bij 2 30 1 Ά/asx . Gedurende dit herstel werd elke 10 minuten de stroom bij 1500 volt puls pp de anode gemeten en vergeleken net de aanvangswaarde. Vervolgens werd deze cyclus van sputteren en herstel nog eens herhaald.

De stroom gemeten direct na activeren in een 1500 volt puls wordt aangegeven met I (0) 150Q en de waarde gemeten na de beschreven twee 35 cycli met 1(e) ^qq· De verhouding 1(e) 1500^^1500 is 8011 maat VDOr het herstel H(%) na icnenbarabardement. Kathodes volgens de stand van de techniek en volgens de uitvinding gesinterd bij verschillende temperaturen T (°C) worden in onderstaande tabel met elkaar vergeleken. De s 8403031 ^ ν' *v t

A

PHN 11.169 4 opgenomen hoeveelheid impregnant in gewichtsprocenten Imp(%), de emissie na 100 uur in een 1000 V puls (I-jqqq) 011 het herstel H(%) worden in de tabel gegeven. In beide gevallen bestaat de toplaag uit een mengsel van 5 gewichtsprocenten Sfc^O^ korrels en wolfraamkorrels.

5 In het tweede geval is zwaarder geperst on, voor een eerlijke vergelijking, weer dezelfde porositeit te bereiken, üit de tabel is te zien dat bij lage sintertemperatuur het herstel na ionenbombardement beter verloopt dan bij hoge sintertemperatuur. Verder kan worden opgemerkt dat 5% Sc^O-j optimaal is voor de emissie, voor 2% en 10% is, bij 10 Ts = 1900°C, de waarde van I^qqq respektievelijk 2850 en 2650 mA.

P T imp I1000 H

(Atm) (°C) (%) (mA) (%) 15-------- n i* tat 2 1900 4,2 3000 65

Sc2°3 + W

toplaag op .................

W 3,5 1500 4,2 3000; 75 20 _______

Bij gebruik van SCgWO^ in de toplaag in plaats van. Ék^O^ is, weer bij Tg = 1900°C en een impregnant opname van 4,2%, I-jqqq zo groot mogelijk bij ongeveer 9 gewichtsprocent. De waarde van I-j q00 25 echter 5% lager dan de waarden in de tabel terwijl H slechts 52% is. Dit toont de verminderde activiteit van Sc^O^ in het nengoxyde

Sc6W012‘

In figuur 2 is een langsdoorsnede getoond van een L-kathode volgens de uitvinding. Het kathodelichaam 10 is geperst uit een mengsel 30 van 5% SC2O2 en 95 % W en daarna gesinterd. Dit kathodelichaam 10 is op een molybdeen kathodeschacht 11 geplaatst, welke van een opstaande rand 12 is voorzien. In de kathodeschacht 11 bevindt zich een kathode-gloeidraad 13. In de holle ruimte 14 tussen het kathodelichaam 10 en de kathodeschacht 11 bevindt zich een voorraad 15 van emittermateriaal 35 (bijvoorbeeld bariumcalciumaluminaat gemengd met wolfraam).

8403031

Claims (3)

1. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, net het kenmerk, dat het 1Q sinteren bij een temperatuur van ongeveer 1500°C plaatsvindt.
2. 4. Scandaatnaleveringskathode vervaardigd met een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de matrix een wolfraam matrix is met een toplaag uit een mengsel van scandiumoxyde en wolfraam.
3. 5. Scandaatnaleveringskathode vervaardigd met een werkwijze volgens een der conclusies 1, 2 of 3 volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het een geïmpregneerde kathode is en de in de matrix opge-ncnen hoeveelheid impregnant tussen 2 en 6 gew.% van de totale geïmpregneerde matrix uitmaakt. 20 25 30 i " ' . i 35 8403031