RU2183362C1 - Method for manufacturing autoemission cathode matrix - Google Patents
Method for manufacturing autoemission cathode matrix Download PDFInfo
- Publication number
- RU2183362C1 RU2183362C1 RU2001108873/09A RU2001108873A RU2183362C1 RU 2183362 C1 RU2183362 C1 RU 2183362C1 RU 2001108873/09 A RU2001108873/09 A RU 2001108873/09A RU 2001108873 A RU2001108873 A RU 2001108873A RU 2183362 C1 RU2183362 C1 RU 2183362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- matrix
- carbon
- carbon filaments
- bundles
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 65
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000002788 crimping Methods 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении электронно-лучевых приборов с автоэлектронной эмиссией, а именно в плоских дисплейных экранах, зондовых приборах, а также в исследовательских и аналитических установках. The invention relates to electronic equipment and can be used in the manufacture of electron-beam devices with field emission, namely in flat display screens, probe devices, as well as in research and analytical installations.
Известен способ изготовления матрицы автоэмиссионного катода, в котором матрица образована слоями плетеной ткани, пропитанной высокотемпературным связующим веществом, например пироуглеродом [1]. При изготовлении матрицы по этому способу все нити ткани ориентируют под острым углом к направлению эмиссии электронов, а рабочую поверхность, которая является эмиттером электронов и состоит из множества нитей, образующих волокна, полируют. A known method of manufacturing a field emission cathode matrix, in which the matrix is formed by layers of woven fabric impregnated with a high-temperature binder, for example pyrocarbon [1]. In the manufacture of the matrix by this method, all the threads of the fabric are oriented at an acute angle to the direction of electron emission, and the working surface, which is an emitter of electrons and consists of many fibers forming fibers, is polished.
Однако при таком способе изготовления матрицы происходит разрушение связующего вещества под действием ионной бомбардировки при работе катода в техническом вакууме. Это приводит к расслоению материала и существенно ограничивает срок службы катода. However, with this method of manufacturing the matrix, the binder is destroyed under the action of ion bombardment during cathode operation in a technical vacuum. This leads to delamination of the material and significantly limits the life of the cathode.
Известен также способ изготовления матрицы автоэмиссионного катода, согласно которому катод содержит дополнительную совокупность нитей, пересекающих двумерную матрицу [2]. Материал, из которого изготовлена матрица, состоит из слоев ткани, образованных переплетением двух взаимно пересекающихся совокупностей нитей, выполненных, например, из карбонизованных углеродных волокон. Эти слои переплетаются дополнительной совокупностью нитей, образуя объемную плетеную структуру. Для придания прочности композиции пространство заполняют высокотемпературным связующим веществом, например пироуглеродом. При таком изготовлении матрицы невозможно обеспечить необходимую плотность и регулярность укладки. Кроме того, невозможность электрически изолировать отдельные эмиттеры друг от друга не позволяет управлять каждым эмиттером или группой эмиттеров в отдельности, что в результате приводит к существенному сужению области применения катода. There is also known a method of manufacturing a field emission cathode matrix, according to which the cathode contains an additional set of filaments crossing a two-dimensional matrix [2]. The material from which the matrix is made consists of layers of fabric formed by interweaving two mutually intersecting sets of threads made, for example, of carbonized carbon fibers. These layers are intertwined with an additional set of threads, forming a three-dimensional wicker structure. To give strength to the composition, the space is filled with a high-temperature binder, for example pyrocarbon. With such a fabrication of the matrix, it is impossible to provide the necessary density and regularity of laying. In addition, the inability to electrically isolate individual emitters from each other does not allow each emitter or group of emitters to be controlled separately, which as a result leads to a significant narrowing of the cathode application area.
Известен также способ изготовления матричных решеток [3]. Способ состоит в следующем. Круглые стеклянные штабики собирают в пучок шестигранной формы, перетягивают и в результате получают шестигранный стеклянный стержень. Полученные стержни вновь укладывают в пучок шестигранной формы, причем часть стержней удаляют и заменяют оправкой или трубкой, профиль и размеры которой соответствуют размеру удаленного пучка стержней и диаметру проволоки с учетом коэффициента перетяжки. Затем стержни режут на заготовки, в которые вставляют неостеклованную проволоку. Из сплошных стеклянных шестигранных стержней и стержней с проволокой выкладывают блок, чередуя стержни по заданной геометрии. Затем блок помещают в колбу, нагревают, спекают и режут на пластины. Однако металлическая проволока даже, например, в виде вольфрамовых или молибденовых острий не имеет структурных образований, позволяющих обеспечить статическое равновесие системы эмиссионных центров. В процессе эксплуатации под действием ионной бомбардировки радиус закругления металлического острия увеличивается, что приводит к снижению эмиссионного тока. There is also known a method of manufacturing a matrix lattice [3]. The method is as follows. Round glass beads are assembled into a hexagonal beam, are pulled and the result is a hexagonal glass rod. The resulting rods are again placed in a hexagonal beam, and some of the rods are removed and replaced with a mandrel or tube, the profile and dimensions of which correspond to the size of the removed beam of the rods and the diameter of the wire, taking into account the waist coefficient. Then the rods are cut into blanks, into which an unglassified wire is inserted. A block is placed from solid glass hexagonal rods and rods with wire, alternating the rods according to a given geometry. Then the block is placed in a flask, heated, sintered and cut into plates. However, a metal wire even, for example, in the form of tungsten or molybdenum spikes does not have structural formations that make it possible to ensure static equilibrium of the system of emission centers. During operation under the influence of ion bombardment, the radius of curvature of the metal tip increases, which leads to a decrease in the emission current.
Данная технология не позволяет получать стеклографитные структуры, так как при попытке вставить в стеклянные штабики углеродные нити, например пучок полиакрилонирильных углеродных волокон диаметром от 70 до 280 мкм, нити самопроизвольно переплетаются. Это не позволяет получать равномерные по толщине углеродные нити и может привести к разрыву в структуре. This technology does not allow to obtain glass-graphite structures, since when trying to insert carbon filaments into a glass, for example, a bundle of polyacrylonirilic carbon fibers with a diameter of 70 to 280 microns, the filaments spontaneously intertwine. This does not allow to obtain carbon filaments uniform in thickness and can lead to rupture in the structure.
Наиболее близким по технической сущности и техническому результату к предложенному является способ изготовления матрицы автоэмиссионного катода [4] , выполненной в виде стеклянной подложки, в которой с помощью многостадийного процесса фотолитографии и травления создают расположенные по заданной геометрии отверстия, а затем путем втирания в них измельченного натурального графита с размером частиц, равным 10 мкм, размещают углеродный материал. После сушки структуру обжигают. Излишки углеродного материала удаляют с поверхности. Далее производят полировку, промывку и отжиг для подготовки подложки к нанесению электродов. The closest in technical essence and technical result to the proposed one is a method of manufacturing a field emission cathode matrix [4], made in the form of a glass substrate, in which using a multistage process of photolithography and etching create holes located according to a given geometry, and then rubbing ground natural graphite with a particle size equal to 10 μm, the carbon material is placed. After drying, the structure is fired. Excess carbon material is removed from the surface. Next, polishing, washing and annealing is performed to prepare the substrate for applying electrodes.
Такой способ позволяет обеспечить электрическую изоляцию между элементами катода. Однако, так как в качестве эмиттера используют углеродный порошок, а не цельные углеродные нити, то под действием ионной бомбардировки происходит интенсивное распыление углеродного порошка и даже отслоение крупных (от долей до десятков микрон) частиц порошка. В результате в вакуумном приборе могут возникать межэлектродные замыкания или вакуумный пробой, которые приводят к выходу прибора из строя. This method allows electrical isolation between the cathode elements. However, since carbon powder is used as the emitter, rather than whole carbon filaments, under the influence of ion bombardment, the carbon powder is intensively sprayed and even large particles (from fractions to tens of microns) are detached. As a result, interelectrode short circuits or vacuum breakdown can occur in a vacuum device, which lead to the failure of the device.
Целью изобретения является создание такой матрицы автоэмиссионного катода, которая при упрощенной технологии изготовления обладала бы повышенной механической прочностью, обеспечивая при этом более продолжительный ресурс службы катода и надежную электрическую изоляцию эмиттеров друг от друга. The aim of the invention is to create such a field emission cathode matrix, which with a simplified manufacturing technology would have increased mechanical strength, while providing a longer cathode life and reliable electrical isolation of the emitters from each other.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления матрицы автоэмиссионного катода путем размещения углеродного материала в расположенных по заданной геометрии сквозных отверстиях стеклянной подложки стеклянную подложку образуют из собранных в блок стеклянных трубок и сплошных стеклянных стержней, при этом перед установкой в блок в стеклянных трубках размещают пучки углеродных нитей, нити стеклуют путем нагрева стеклянных трубок с размещенными в них пучками углеродных нитей до температуры, близкой к температуре плавления стекла, с последующим их вытягиванием и обжимом, а геометрию расположения углеродного материала в стеклянной подложке формируют соответствующим чередованием стеклованных пучков углеродных нитей и сплошных стеклянных стержней, блок спекают и перед механической обработкой разрезают на отдельные матрицы. Механическую обработку матрицы проводят путем ее шлифовки и полировки до появления выступающих над поверхностью матрицы частей углеродных нитей, добиваясь получения ее плоской рабочей поверхности, что необходимо при установке матрицы в автоэмиссионный прибор. This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing the field emission cathode matrix by placing the carbon material in the through holes of the glass substrate arranged according to a given geometry, the glass substrate is formed from glass tubes and solid glass rods assembled in a block, and beams are placed in glass tubes before installation carbon filaments, the glass is heated by heating glass tubes with bundles of carbon filaments placed in them to a temperature close to the melting temperature glass, followed by stretching and crimping, and the geometry of the location of the carbon material in the glass substrate is formed by the corresponding alternation of glass beams of carbon filaments and solid glass rods, the block is sintered and cut into separate matrices before machining. The machining of the matrix is carried out by grinding and polishing it until the appearance of parts of carbon filaments protruding above the matrix surface, achieving its flat working surface, which is necessary when installing the matrix in a field emission device.
Матрица после шлифовки и полировки может быть подвергнута травлению кислотой, например, плавиковой, что обеспечивает более точный контроль выступающих над поверхностью матрицы частей углеродных нитей. After grinding and polishing, the matrix can be etched with acid, for example, hydrofluoric, which provides more precise control of the parts of carbon filaments protruding above the matrix surface.
Размещаемые в стеклянных трубках пучки углеродных нитей могут подаваться одновременно с одной и нескольких бобин соответственно в одну и несколько стеклянных трубок, что позволяет повысить не только производительность изготовления стеклованных пучков углеродных нитей, но и обеспечивает равномерность режима стеклования. Стекло выбирают таким, чтобы его коэффициент температурного расширения был близок к коэффициенту температурного расширения пучков углеродных нитей. Это позволяет избежать появления трещин в стекле и разрывов углеродных нитей при их стекловании, спекании и температурной обработке. The bundles of carbon filaments placed in glass tubes can be fed simultaneously from one and several bobbins into one and several glass tubes, respectively, which improves not only the productivity of manufacturing glass bundles of carbon filaments, but also ensures uniformity of the glass transition mode. Glass is chosen so that its coefficient of thermal expansion is close to the coefficient of thermal expansion of carbon fiber bundles. This avoids the appearance of cracks in the glass and ruptures of carbon fibers during their glass transition, sintering and heat treatment.
Использование в качестве эмиттеров пучков углеродных нитей приводит к повышению срока службы автоэмиссионного катода в условиях технического вакуума. В первую очередь это вызвано тем, что под воздействием бомбардировки ионами остаточных газов, образующихся в межэлектродных вакуумных промежутках при работе катода, на поверхности углеродного волокна формируется статическая равновесная система эмиссионных центров, то есть при ионной бомбардировке сохраняется среднее число эмиссионных центров. Эта особенность автоэлектронной эмиссии присуща большинству графитовых материалов, имеющих кристаллитную структуру. В частности, углеродные волокна состоят из фибрилл, ориентированных вдоль оси волокна. Фибрилла, имеющая малый размер, является эмиссионным центром и вызывает локальное усиление электрического поля, что стимулирует автоэлектронную эмиссию. Так как размер фибриллы много меньше диаметра волокна, то на торцевую поверхность углеродного волокна, составляющую рабочую поверхность катода, выходит большое число фибрилл, поэтому разрушение отдельного эмиссионного центра не вызывает существенного изменения автоэлектронного тока. Статическое равновесие системы эмиссионных центров достигается постепенным высвобождением новых фибрилл по мере послойного распыления катода. The use of carbon filament beams as emitters leads to an increase in the service life of the field emission cathode in a technical vacuum. This is primarily due to the fact that under the influence of ion bombardment of the residual gases generated in the interelectrode vacuum gaps during cathode operation, a static equilibrium system of emission centers is formed on the surface of the carbon fiber, i.e., the average number of emission centers is preserved during ion bombardment. This feature of field emission is inherent in most graphite materials having a crystalline structure. In particular, carbon fibers are composed of fibrils oriented along the fiber axis. A small-sized fibril is the emission center and causes a local amplification of the electric field, which stimulates field emission. Since the size of the fibril is much smaller than the diameter of the fiber, a large number of fibrils come to the end surface of the carbon fiber, which makes up the working surface of the cathode, therefore, the destruction of a separate emission center does not cause a significant change in the field emission current. The static equilibrium of the system of emission centers is achieved by the gradual release of new fibrils as the cathode is atomized in layers.
Так как пучки углеродных волокон не обладают достаточной жесткостью и при попытке вставить их в капилляры конечного размера, они перепутываются и/или обламываются, пучки предварительно наматывают на бобины, с бобин их подают в стеклянную трубку (заготовку), нижнюю часть которой нагревают до пластического состояния, оттягивают и вытягивают с определенной скоростью. Из-за разности скоростей подачи и вытяжки получают стеклованный пучок углеродных нитей. Полученное изделие является подобным по форме поперечного сечения исходной заготовке, но с меньшими геометрическими размерами. Предложенная технология позволяет проводить стеклование одновременно нескольких пучков углеродных нитей, число которых зависит, в том числе и от характеристик печи подогрева, используемой в данной технологии. Для этого пучки углеродных нитей подают одновременно с нескольких бобин и соответственно к нескольким стеклянным трубкам (заготовкам). Since the bundles of carbon fibers do not have sufficient rigidity and when trying to insert them into capillaries of a finite size, they become entangled and / or break off, the bundles are pre-wound onto bobbins, they are fed from bobbins into a glass tube (billet), the lower part of which is heated to a plastic state pull and pull at a certain speed. Due to the difference in feed and exhaust speeds, a glass bundle of carbon filaments is obtained. The resulting product is similar in cross-sectional shape to the original billet, but with smaller geometric dimensions. The proposed technology allows for the simultaneous glass transition of several bundles of carbon filaments, the number of which depends, including on the characteristics of the heating furnace used in this technology. For this, bundles of carbon filaments are fed simultaneously from several bobbins and, accordingly, to several glass tubes (blanks).
Для повышения связи между углеродными волокнами и стеклом могут применяться, например, трубки из двух слоев стекла (две трубки из разного стекла, вставленные друг в друга). При этом внутренний слой стекла имеет температуру перехода в пластическое состояние примерно на 100oС ниже, чем внешний слой стекла. При последующем разогреве внешний слой доводят до пластического состояния, что и определяет форму получаемого изделия, а внутренний слой стекла переходит в жидкое состояние, что после остывания увеличивает качество сцепления между углеродными нитями и стеклом.To increase the bond between carbon fibers and glass, for example, tubes of two layers of glass (two tubes of different glass inserted into each other) can be used. In this case, the inner glass layer has a transition temperature to the plastic state about 100 ° C. lower than the outer glass layer. During subsequent heating, the outer layer is brought to a plastic state, which determines the shape of the product obtained, and the inner layer of glass goes into a liquid state, which after cooling increases the adhesion quality between carbon fibers and glass.
Требуемую геометрию расположения углеродных нитей в стеклянной подложке обеспечивают формированием стекловолоконного блока путем чередования стеклованных пучков углеродных нитей и стержней из сплошного стекла. Полученный блок спекают и режут на матрицы. The required geometry of the arrangement of carbon filaments in a glass substrate is provided by the formation of a glass fiber block by alternating glass beams of carbon filaments and solid glass rods. The resulting block is sintered and cut into matrices.
Чтобы обеспечить одинаковое расстояние между катодом и вытягивающим электродом при установке катодной матрицы в автоэмиссионный прибор, необходимо иметь плоскую рабочую поверхность матрицы. Для этого рабочую поверхность матрицы шлифуют и полируют. Для облегчения подсоединения изолированных контактов к каждому из катодных элементов обратную поверхность матрицы также желательно полировать. Для усиления макроскопического эффекта поля вблизи катода, при неизменном рабочем напряжении необходимо, чтобы графитовые нити выступали над поверхностью стекла. Это достигается путем абразивной механической обработки матрицы или ее селективного химического травления. To ensure the same distance between the cathode and the extraction electrode when installing the cathode matrix in the field emission device, it is necessary to have a flat working surface of the matrix. To do this, the working surface of the matrix is polished and polished. To facilitate the connection of insulated contacts to each of the cathode elements, it is also desirable to polish the back surface of the matrix. To enhance the macroscopic effect of the field near the cathode, at a constant operating voltage, it is necessary that the graphite filaments protrude above the glass surface. This is achieved by abrasive machining of the matrix or its selective chemical etching.
Реализация способа поясняется чертежами, где схематично изображено на:
фиг.1 - установка для стеклования пучков углеродных нитей;
фиг.2 - заготовка из 5 стеклованных графитовых нитей;
фиг. 3 - блок с заданной геометрией расположения углеродного материала в стеклянной подложке.The implementation of the method is illustrated by drawings, where is schematically depicted in:
figure 1 - installation for glass transition of bundles of carbon filaments;
figure 2 - a workpiece of 5 glass graphite filaments;
FIG. 3 - a block with a given geometry of the location of the carbon material in the glass substrate.
Пучки полиакрилонитрильных углеродных нитей 1 (см. фиг.1) наматывают на одну или несколько бобин 2 (на чертеже показана одна). Каждый пучок пропускают в соответствующую стеклянную трубку (заготовку) 3, Наиболее подходящим типом стекла является стекло марки С93, значение коэффициента температурного расширения которого близко к стеклу, используемому при сборке корпусов приборов. Заготовку 3 закрепляют в цанговом зажиме механизма 4 подачи, представляющем собой шариковинтовую пару 5. Шариковинтовую пару приводят в действие от электродвигателя с червячным редуктором (на чертеже не показаны). Затем нижнюю часть заготовки опускают в печь 6 подогрева и осуществляют нагрев до перехода стекла в пластическое состояние. Для используемого стекла эта температура составляет 550oС. Доведенную до пластического состояния заготовку оттягивают, заправляют в механизм 7 вытягивания и вытягивают с определенной скоростью. Из-за разности скоростей подачи и вытяжки получают изделие, подобное по форме поперечного сечения исходной заготовке, но с меньшими геометрическими размерами. Вытянутые стеклованные пучки графитовых нитей режут на отдельные заготовки (см. фиг.2) требуемой длины L, ширина А и высота В у которых определяется отношением скоростей подачи и вытягивания их из печи, а оптимальная длина - размером печи подогрева. Требуемую геометрию расположения углеродного материала в стеклянной подложке достигают при формировании блока соответствующим чередованием стеклованных пучков углеродных нитей и сплошных стеклянных стержней (см, фиг.3). Блок собирают в металлической форме - "укладочнике". Уложенный блок скрепляют, перевязывая на концах тонкой нихромовой нитью, после чего "укладочник" удаляют. Уложенный и скрепленный блок размещают в печи и спекают под давлением 2-3 атмосферы. Готовый блок режут на матрицы, толщину которых выбирают в зависимости от конструкции вакуумного прибора, где они будут использованы. Изготовление слишком тонких матриц (менее 2 мм) недопустимо, так как это сильно увеличивает возможность нарушения связи между стеклом и углеродными нитями, в результате чего углеродные нити могут выпадать из матрицы. Затем матрицы шлифуют и полируют. Чтобы графитовые нити выступали над поверхностью матрицы, ее обрабатывают механически либо химически. При механической абразивной обработке из-за различия механической жесткости графитовых нитей и стеклянной подложки путем подбора абразива и скорости вращения шпинделя полировальной машины добиваются, чтобы углеродные нити выступали над поверхностью матрицы. Для более точного контроля длины выступающей части применяется химическое травление в растворе, который не воздействует на графитовые нити, но растворяет стекло, например, в плавиковой кислоте. Длительность травления выбирают экспериментально, в зависимости от типа стекла и площади матрицы.Bundles of polyacrylonitrile carbon filaments 1 (see figure 1) are wound on one or more bobbins 2 (one is shown in the drawing). Each beam is passed into the corresponding glass tube (billet) 3. The most suitable type of glass is C93 glass, the coefficient of thermal expansion of which is close to the glass used in the assembly of instrument housings. The workpiece 3 is fixed in the collet clamp of the feeding mechanism 4, which is a ball screw pair 5. The ball screw pair is driven by an electric motor with a worm gear (not shown). Then the lower part of the preform is lowered into the heating furnace 6 and heating is carried out until the glass transitions into a plastic state. For the glass used, this temperature is 550 o C. The workpiece brought to a plastic state is pulled, tucked into the pull mechanism 7 and pulled at a certain speed. Due to the difference in the feed and exhaust speeds, an article is obtained that is similar in cross-sectional shape to the original workpiece, but with smaller geometric dimensions. The elongated glass bundles of graphite filaments are cut into individual preforms (see FIG. 2) of the required length L, the width A and the height B for which are determined by the ratio of the feed and pulling speeds from the furnace, and the optimal length is determined by the size of the heating furnace. The required geometry of the location of the carbon material in the glass substrate is achieved when the block is formed by the corresponding alternation of glass beams of carbon filaments and solid glass rods (see, Fig. 3). The block is assembled in a metal form - "stacker". The stacked block is fastened together, tied at the ends with a thin nichrome thread, after which the “stacker” is removed. The stacked and bonded block is placed in a furnace and sintered under a pressure of 2-3 atmospheres. The finished block is cut into matrices, the thickness of which is selected depending on the design of the vacuum device, where they will be used. Fabrication of too thin matrices (less than 2 mm) is unacceptable, as this greatly increases the possibility of breaking the connection between glass and carbon filaments, as a result of which carbon filaments can fall out of the matrix. Then the matrix is ground and polished. To graphite threads protruded above the surface of the matrix, it is processed mechanically or chemically. During mechanical abrasive treatment, due to the difference in the mechanical stiffness of graphite filaments and the glass substrate, by selecting the abrasive and the spindle speed of the polishing machine, carbon filaments protrude above the matrix surface. For more precise control of the length of the protruding part, chemical etching is used in a solution that does not affect graphite filaments, but dissolves glass, for example, in hydrofluoric acid. The etching duration is chosen experimentally, depending on the type of glass and the area of the matrix.
Таким образом, предлагаемый способ более технологичен и позволяет располагать пучки углеродных нитей по любой требуемой геометрии и с заданной плотностью упаковки. Кроме того, изготовленная по этому способу матрица обладает значительной механической прочностью и при необходимости может дополнительно обрабатываться. Использование цельных углеродных нитей повышает устойчивость к ионной бомбардировке катода при работе в техническом вакууме и повышает срок службы прибора, а также позволяет избежать преждевременного выхода из строя из-за отслоения фрагментов эмиттера. Использование стекла для изготовления несущей матрицы обеспечивает электрическую изоляцию элементов катода и позволяет управлять каждым элементом в отдельности. Thus, the proposed method is more technological and allows you to arrange the bundles of carbon filaments in any desired geometry and with a given packing density. In addition, the matrix made by this method has significant mechanical strength and, if necessary, can be further processed. The use of solid carbon filaments increases the resistance to ion bombardment of the cathode when operating in a technical vacuum and increases the life of the device, and also avoids premature failure due to delamination of the emitter fragments. The use of glass for the manufacture of the carrier matrix provides electrical isolation of the cathode elements and allows each element to be controlled individually.
По описанной выше технологии было изготовлено несколько партий катодных матриц с различной геометрией расположения эмиттеров. Катод с матрицей, изготовленной по предлагаемому способу, при испытаниях показал хорошие характеристики, а именно высокую стабильность эмиссионного тока на начальном этапе, что позволяет прогнозировать срок службы катода на уровне не менее 10000 часов. Using the technology described above, several batches of cathode arrays with different emitter geometry were manufactured. The cathode with a matrix manufactured by the proposed method, during testing showed good characteristics, namely, high stability of the emission current at the initial stage, which allows us to predict the service life of the cathode at least 10,000 hours.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 767858, М. кл. H 01 J 1/30, 1978.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR 767858, M. cl. H 01 J 1/30, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР 1019518А, М. кл. H 01 J 1/30, 1983. 2. Copyright certificate of the USSR 1019518A, M. cl. H 01 J 1/30, 1983.
3. Авторское свидетельство СССР 834799, М. кл. H 01 J 9/20, 1981. 3. Copyright certificate of the USSR 834799, M. cl. H 01 J 9/20, 1981.
4. Tcherpanov A.Y., Chakhovskoi A.G., Sharov V.B., Vac. Sci. Technol. В 13 N2 (1995) р.482-486. 4. Tcherpanov A.Y., Chakhovskoi A.G., Sharov V.B., Vac. Sci. Technol. In 13 N2 (1995) p. 488-486.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108873/09A RU2183362C1 (en) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Method for manufacturing autoemission cathode matrix |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108873/09A RU2183362C1 (en) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Method for manufacturing autoemission cathode matrix |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2183362C1 true RU2183362C1 (en) | 2002-06-10 |
Family
ID=20247958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001108873/09A RU2183362C1 (en) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Method for manufacturing autoemission cathode matrix |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2183362C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2225052C1 (en) * | 2002-06-25 | 2004-02-27 | Батурин Андрей Сергеевич | Autoemission cathode manufacturing process |
| RU2526240C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method to manufacture field-emission cathode |
| DE102015000036A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-07-09 | Domlex Limited | Field emission cathode based on nanotubes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4114856A1 (en) * | 1991-05-07 | 1992-11-12 | Licentia Gmbh | STOCK CATHODE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| EP0764963A1 (en) * | 1995-09-21 | 1997-03-26 | Matsushita Electronics Corporation | Emitter material for cathode ray tube and a method for manufacturing the same |
| RU2110107C1 (en) * | 1996-02-05 | 1998-04-27 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Material of cathode for heavy-current accelerator |
| RU2159972C1 (en) * | 1999-11-10 | 2000-11-27 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Material possessing low field-emission threshold |
-
2001
- 2001-04-04 RU RU2001108873/09A patent/RU2183362C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4114856A1 (en) * | 1991-05-07 | 1992-11-12 | Licentia Gmbh | STOCK CATHODE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| EP0764963A1 (en) * | 1995-09-21 | 1997-03-26 | Matsushita Electronics Corporation | Emitter material for cathode ray tube and a method for manufacturing the same |
| RU2110107C1 (en) * | 1996-02-05 | 1998-04-27 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Material of cathode for heavy-current accelerator |
| RU2159972C1 (en) * | 1999-11-10 | 2000-11-27 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Material possessing low field-emission threshold |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TCHERPANOV A.Y. Technol. - 1995, В13 №2, р.482-486. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2225052C1 (en) * | 2002-06-25 | 2004-02-27 | Батурин Андрей Сергеевич | Autoemission cathode manufacturing process |
| RU2526240C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method to manufacture field-emission cathode |
| DE102015000036A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-07-09 | Domlex Limited | Field emission cathode based on nanotubes |
| EA029795B1 (en) * | 2014-01-08 | 2018-05-31 | Эксет Лабс Б.В. | Nanotube-based field emission cathode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7521851B2 (en) | Electron emitting composite based on regulated nano-structures and a cold electron source using the composite | |
| JPH02239923A (en) | Manufacture of composite article | |
| US4183125A (en) | Method of making an insulator-support for luminescent display panels and the like | |
| CA2166505C (en) | Method for making field emission devices having corrugated support pillars for breakdown resistance | |
| KR101585352B1 (en) | Electrically conductive material and radiator comprising electrically conductive material and also process for the production thereof | |
| CN101911827B (en) | Carbon heating element and production method thereof | |
| RU2183362C1 (en) | Method for manufacturing autoemission cathode matrix | |
| CN107432057A (en) | Banding carbon heater strip and its manufacture method | |
| US8723087B2 (en) | Method for manufacturing pipe-type woven carbon fibers and carbon fiber heating lamp using the pipe-type woven carbon fibers | |
| CA2439372A1 (en) | Process for making fine metallic mesh | |
| US7545089B1 (en) | Sintered wire cathode | |
| JP2854864B2 (en) | Surface heating element made of carbon fiber / carbon composite | |
| JP2013138016A (en) | Electron emitter, and pixel tubes of field emission display device using the same | |
| US2126155A (en) | Incandescent electric lamp | |
| DE69730851T2 (en) | CONNECTION METHOD FOR FIELD EMISSIONS FROM FIBERS AND FIELD EMISSION CATEGORY PRODUCED THEREOF | |
| US3908251A (en) | Method of making beaded filament coil | |
| Egorov et al. | Carbon-based field-emission cathodes | |
| US3514661A (en) | Directly heated dispenser cathode structure and the method of fabricating same | |
| KR101065185B1 (en) | Cylindrical Carbon Heating Element | |
| CN115745396A (en) | Quartz glass fiber drawing device | |
| JPH01163941A (en) | Manufacture of scandium system cathode | |
| US5208508A (en) | Cathode heater potting assembly | |
| CN1044169C (en) | Impregnated pellet for a cathode structure and method of producing the same | |
| RU2087983C1 (en) | Porous metal cathode and its manufacturing process | |
| EA029795B1 (en) | Nanotube-based field emission cathode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050405 |