RU2853039C1

RU2853039C1 - Молекулярно-напыленный оксидный катод

Info

Publication number: RU2853039C1
Application number: RU2025112951A
Authority: RU
Inventors: Юрий Афанасьевич Будзинский; Николай Александрович Лябин; Денис Юрьевич Архипов; Василий Васильевич Федотов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина"
Filing date: 2025-05-16
Publication date: 2025-12-18

Abstract

Изобретение относится к прямонакальным молекулярно-напыленным оксидным катодам (МНОК), применяемым в электронной технике в электровакуумных приборах СВЧ, где критично время готовности, энергетическая эффективность, высокая точность и повторяемость изготовления, малый размер вдоль оси пролетного канала СВЧ-прибора. Технический результат - упрощение изготовления и повышение жесткости катода, что обеспечивает стабильную работу при непрерывном режиме. Молекулярно-напыленный оксидный катод содержит керн из тугоплавкого металла или его сплава, покрытый пленкой, выполненной из металла платиновой группы или его сплава, с нанесенным на нее термоэмиссионным покрытием. Керн соединен с подогревателем, выполненным из тугоплавкого металла или его сплава в форме меандра, керн и подогреватель выполнены в виде плоской цельной детали, соединены двумя перемычками. Подогреватель имеет три электрических вывода-держателя. Поверхность керна имеет микрорельефную структуру с шероховатостью в пределах 0,3–0,5 мкм. 2 ил.

Description

Изобретение относится к прямонакальным молекулярно-напыленным оксидным катодам (МНОК) применяемым в электронной технике в электровакуумных приборах СВЧ, где критично время готовности, энергетическая эффективность, высокая точность и повторяемость изготовления, малый размер вдоль оси пролетного канала СВЧ прибора.

Известен прямонакальный термокатод из сплава золота в виде таблетки, пронизанной вольфрамовыми проводами в качестве нагревателя, для использования в трех электронных пушках. [Патент №2160942 РФ, от 20.12.2000 г. МПК H01J 1/14, 1/15, 09/02].

Недостатками такого катода являются:

- высокая температура термоэмиттера,

- низкая механическая прочность.

Известен катод торцевого типа, в котором в качестве материала керна использован никель. Эмиссионный слой имеет толщину 3-5 мкм. [Эмиссионные свойства молекулярно-напыленного оксидного катода / Ю.А. Кондрашенков, З.Н. Галанина, А.В. Дружинин // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. - 1974. - Вып. 6. - С. 55-62].

Недостатками такого катода являются:

- низкая плотность тока (100-150 мА/см²),

- низкая скорость активации,

- низкая долговечность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является молекулярно-напыленный оксидный катод. Катод имеет керн из тугоплавкого металла или его сплава, покрытый пленкой толщиной 0,1-0,4 мкм, выполненной из металла платиновой группы или его сплава, с нанесенным на нее термоэмиссионным покрытием, причем керн одним концом соединен с подогревателем в форме меандра, выполненным из тугоплавкого металла или его сплава. [Патент №2747505 РФ, от 06.05.2021 г. МПК H01J 1/14].

Недостатком таких катодов является низкий токоотбор, не более 0,5 мА с керна.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении изготовления и повышения жесткости катода, что обеспечивает стабильную работу при непрерывном режиме.

Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод содержит керн из тугоплавкого металла или его сплава, покрытый пленкой, выполненной из металла платиновой группы или его сплава толщиной 0,1-0,4 мкм, с нанесенным на нее термоэмиссионным покрытием. Керн соединен с подогревателем, выполненным из тугоплавкого металла или его сплава в форме меандра, и выводы-держатели. Керн и подогреватель выполнены в виде плоской цельной детали, соединены двумя перемычками, подогреватель имеет три электрических вывода-держателя, поверхность керна имеет микрорельефную структуру с шероховатостью в пределах 0,3-0,5 мкм.

При уменьшении шероховатости микрорельефной структуры керна менее 0,3 мкм долговечность катода снижается из-за уменьшения запаса активного вещества.

При увеличении шероховатости микрорельефной структуры керна более 0,5 мкм возрастает неравномерность эмиссии по поверхности катода.

Термоэмиссионное покрытие может быть нанесено на пленку керна ионно-плазменным, магнетронным или иным способом напыления.

Керн и подогреватель выполнены в виде плоской цельной детали, соединены двумя перемычками, что упрощает изготовление и повышает жесткость катода

У подогревателя три электрических вывода-держателя, что позволяет повысить жесткость и вибропрочность конструкции.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг. 1 представлен предлагаемый катод, где:

- керн 1,

- пленка из металла платиновой группы 2,

- термоэмиссионное покрытие 3,

- подогреватель 4,

- перемычки 5,

- выводы-держатели 6,

- шероховатость 7.

На Фиг. 2 представлена плоская цельная деталь катода, где:

- керн 1,

- подогреватель 4,

- перемычки 5.

Пример 1

Для электровакуумных приборов с помощью лазерной резки из сплава ВР-27 толщиной 0,05 мм вырезана плоская цельная деталь молекулярно-напыленного оксидного катода. Керн 1 молекулярно-напыленного оксидного катода выполнен диаметром 1 мм и соединен с подогревателем 4, имеющим форму меандра, через перемычки 5. Подогреватель 4 имеет три электрических вывода-держателя 6. Поверхность керна 1 обработана лазером для придания шероховатости 7. Затем на обработанную поверхность керна 1 с шероховатостью 0,4 мкм нанесена пленка иридия 2 толщиной 0,3 мкм. На пленку 2 нанесено термоэмиссионное оксидное покрытие 3, выполненное методом ионно-плазменного напыления толщиной 1 мкм.

Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод работает следующим образом.

После установки катода в вакуумный СВЧ прибор, его откачивают до уровня вакуума 10^-8 мм рт.ст. На электрические выводы-держатели 6 подают ток накала 850-900 мА для нагрева подогревателя 4 и керна 1 с термоэмиссионным покрытием 3, для обезгаживания и активации катода.

Испытания предлагаемой конструкции молекулярно-напыленного оксидного катода показали его повышенную жесткость и виброустойчивость в диапазоне внешних воздействующих частот.

Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод стабильно работал в непрерывном режиме с рабочей температурой около 850°С при токоотборе 3…5 А/см² в течение более 3000 часов, обеспечивая равномерное распределение температуры по керну эмиттера. Катод имеет высокую энергоэффективность, так как он прямонакальный и передача тепла от подогревателя к керну происходит с минимальными потерями и как следствие обеспечивается сверх малое время готовности - менее 2х секунд.

Claims

Молекулярно-напыленный оксидный катод, содержащий керн из тугоплавкого металла или его сплава, покрытый пленкой, выполненной из металла платиновой группы или его сплава толщиной 0,1-0,4 мкм, с нанесенным на нее термоэмиссионным покрытием, причем керн соединен с подогревателем, выполненным из тугоплавкого металла или его сплава в форме меандра, и выводы-держатели, отличающийся тем, что керн и подогреватель выполнены в виде плоской цельной детали, соединены двумя перемычками, подогреватель имеет три электрических вывода-держателя, поверхность керна имеет микрорельефную структуру с шероховатостью в пределах 0,3–0,5 мкм.