Металлопористый пропитанный катод для магнетрона

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции металлопористых пропитанных катодов для СВЧ приборов М-типа.

Предложен пропитанный катод для магнетрона в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например, молибдена, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов. В качестве материала пропитки использовали смешанные алюминаты иттрия, лантана и лютеция.

Область техники:

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции металлопористых катодов для СВЧ приборов М-типа (магнетронов).

Уровень техники:

Известны металлопористые катоды, например, (Кудинцева Л.А. и другие «Термоэлектронные катоды», изд. «Энергия», М.П. 1966 г. стр.205. Тагути Тадакори и другие патент Японии 52-185339 HOIJ 1/20, 29/04 от 30.01.84 г.) у которых вольфрамовая матрица пропитана смешанными алюминатами бария-кальция. Недостатками таких катодов является узкий диапазон рабочих температур 1000-1150°С. В случае использования катодов в магнетронах за счет обратной бомбардировки электронами температура катода может значительно повышаться, при этом происходит ускорение испарения эмиссионного вещества, падение электропрочности промежутка катод-анод и резкое сокращение срока службы катода и магнетрона.

Ближайшим прототипом является металлопористый пропитанный катод в виде цилиндрического керна из тугоплавкого материала, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная вольфраматами редкоземельных металлов. (Белоконева Г.В. и другие «Исследование влияния фазового состава активного материала на эмиссионные свойства пропитанного редкоземельного катода»; Электронная техника, серия 14 материалы, 1970 г., выпуск 3, стр.85). Например, состава 5La₂O₃*Y ₂O₃*6WO₃. Такие катоды предназначены для работы при более высоких температурах, чем металлопористые катоды на основе алюминатов бария-кальция за счет низкой скорости испарения редкоземельных окислов. Однако при обработке катодов в водороде в процессе технологии для перевода малоэмиссионных вольфраматов в более эмиссионно-активные окислы, образуется мелкодисперсная смесь вольфрама и окислов, которая при работе катодов в вакууме снова быстро превращается в эмиссионно инертные вольфраматы. По этой причине срок службы этих катодов ограничен и обычно не превышает 100 часов, и они в настоящее время не используются в производстве.

Решаемая техническая задача направлена на расширение диапазона рабочих температур, увеличение электропрочности и срока службы катодов в условиях электронной бомбардировки.

Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности металлопористого катода в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например, молибдена, сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов, при этом в качестве материала пропитки использованы смешанные бинарные алюминаты иттрия, лантана и лютеция.

Состав смешанных алюминатов должен удовлетворять двум требованиям: иметь возможно более низкую температуру плавления для пропитки вольфрамовой матрицы и обладать достаточными эмиссионными и вторично-эмиссионными свойствами.

По данным наших исследований таким требованиям удовлетворяют составы Y₂О ₃, Lа₂O₃, Аl ₂О₃ - 20:25:55% вес. С температурой плавления 1650°С±25°С, с работой выхода 3,4-3,5 эВ и максимальным коэффициентом вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) 2,2-2,3; или Lа₂О ₃, Lu₂О₃, Аl ₂O₃ - 25:35:40% вес. с температурой плавления 1750°С±25°С, с работой выхода 3,4-3,5 эВ и КВЭЭ 3,0-3,1. Следует отметить, что использование смешанных алюминатов иттрия и лютеция не имеет смысла, так как их эмиссионные и вторично- эмиссионные свойства уступают приведенным выше составам.

Пористость вольфрамовой матрицы должна обеспечить запас эмиссионного вещества 4-8% вес. Большое содержание нежелательно из-за распыления эмиссионного вещества под действием электронной бомбардировки, что способствует ухудшению электропрочности прибора. Меньшее содержание сокращает срок службы катода. Оптимальное содержание эмиссионного вещества в вольфрамовой губке 5-6% вес.

Нами изготовлены катоды двух типоразмеров: диаметром 14 мм и длиной 210 мм с составом пористой вольфрамовой матрицы:

Y ₂O₃ - 1,2% вес.

Lа ₂O₃ - 1,25% вес.

Аl ₂О₃ - 2,75-3,3% вес.

W - остальное,

а также диаметром 17 мм и длиной 60 мм с составом пористой вольфрамовой матрицы:

Lа₂О ₃ - 1,25-1,5% вес.

Lu₂О ₃ - 1,75-2,1% вес.

Аl₂О ₃ - 2,0-2,4% вес.

W - остальное.

Температура пропитки эмиссионным веществом в водороде составляла 1850°С±25°С.

Катоды прошли успешные испытания в реальных приборах.

Рабочая температура катодов изменялась в диапазоне 1200-1500°С, электропрочность промежутка катод-анод составляла 6-8*10 ³ В/см, срок службы катодов в процессе испытаний был более 750 часов, испытания продолжаются.

1. Металлопористый пропитанный катод для магнетрона в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например молибдена, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве материала пропитки использованы смешанные бинарные алюминаты иттрия, лантана и лютеция.

2. Катод по п.1, отличающийся тем, что пропитанная вольфрамовая матрица имеет состав, вес.%:

3. Катод по п.1, отличающийся тем, что пропитанная вольфрамовая матрица имеет состав, вес.%: