Оксидный синтерированный катод

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции оксидных синтерированных катодов для электровакуумных приборов.

Предложен оксидный синтерированный катод в виде керна с никелевой губкой, заполненной эмиссионным веществом, отличающийся тем, что губка и эмиссионное вещество выполнены из оплавленных частиц, которые сварены между собой и с керном, а частицы эмиссионного вещества имеют многослойную структуру, состоящую из оксидного ядра и поверхностной оболочки из карбонатов щелочноземельных металлов. Эмиссионное покрытие ограничено буртиком, который определяет размеры эмитирующей поверхности и имеет высоту и минимальную ширину, равную толщине эмиссионного покрытия.

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции оксидных синтерированных катодов для электровакуумных приборов.

Известны оксидные торцевые катоды в виде керна с углублением, в котором расположено эмиссионное вещество, содержащее карбонаты щелочноземельных металлов - Ва, Sr, Са (Lin SS патент США 445 9322, 427/77 В05j 1/14, 10.07.84 г.). Углубление в керне позволяет увеличить запас эмиссионного вещества и устранить паразитную эмиссию с краев катода. Однако применение такой конструкции целесообразно только для торцевых микрокатодов. Для торцевых катодов с большей эмитирующей поверхностью (более 1 кв.см.) изготовление такого углубления с равномерным заполнением его эмиссионным веществом затруднено и практически невозможно для катодов со сферической выпуклой или вогнутой, а также цилиндрической формами эмитирующей поверхности.

Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является оксидный синтерированный катод в виде керна с эмиссионным покрытием из никелевой губки, заполненной соединениями щелочноземельных металлов (Ва, Sr, Са). (Киселев А.Б. Металлооксидные катоды электронных приборов, М., изд. МФТИ, 2002 г., стр.44). Такие катоды имеют хорошее сцепление покрытия с керном и большой удельный запас эмиссионного вещества - 15-35 мг/см². Однако известные конструкции катодов имеют существенные недостатки: большая толщина губчатого слоя 200-300 мкм и низкая плотность эмиссионного вещества 1,5-2,8 г/см³ приводят к значительному (до 50°С) перепаду температур на губчатом слое и к большой эмиссионной неоднородности по поверхности катода. Кроме того, при малых размерах катода, например, диаметром не более 5 мм, боковая поверхность эмиссионного покрытия по периметру составляет значительную - до 20% долю от рабочей эмитирующей поверхности, что приводит к паразитной эмиссии, дополнительному испарению эмиссионного вещества и сокращению срока службы катода. По этим причинам синтерированные катоды малых размеров практически не изготавливаются.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью заключается в повышении эмиссионной однородности, расширении диапазона типоразмеров катодов и увеличении долговечности оксидных синтерированных (губчатых) катодов электровакуумных приборов.

Указанный технический результат достгается благодаря тому, что в оксидном синтерированном катоде в виде керна с эмиссионным покрытием из никелевой губки, заполненной эмиссионным веществом на основе соединений щелочноземельных металлов (Ва, Sr, Са), губка и эмиссионное вещество выполнены из оплавленных частиц, которые сварены между собой и с керном, а частицы эмиссионного вещества имеют многослойную структуру, состоящую из оксидного ядра и поверхностной оболочки из карбонатов упомянутых щелочноземельных металлов.

Кроме того, эмиссионное покрытие ограниченно буртиком, который определяет размеры эмитирующей поверхности катода и имеет высоту и минимальную ширину равную толщине эмиссионного покрытия.

На фиг.1 представлена многослойная структура частиц эмиссионного вещества.

На фиг.2 представлены схемы различных видов катодов с буртиком для сферического: выпуклого (а), цилиндрического (б) и торцевых (в, г) кернов.

Структура частиц эмиссионного вещества (фиг.1) состоит из ядра 1 на основе окислов (Ва, Sr, Ca)O и поверхностной оболочки 2 из карбонатов (Ва, Sr, Са)СО₃. Частицы сварены между собой и с керном катода. Применение оплавленных частиц никеля делает структуру губки более однородной, а использование оплавленных частиц эмиссионного вещества позволяет повысить его плотность до 4,5 г/см³ за счет частичного разложения карбонатов в окислы, и таким образом, увеличить запас эмиссионного вещества и уменьшить толщину эмиссионного покрытия. Сварка частиц между собой и с керном повышает механическую прочность, теплопроводность и электропроводность покрытия. Многослойная структура частиц эмиссионного вещества обеспечивает повышение его устойчивости к гидротации при хранении катодов в атмосфере.

Применение буртика 3 на керне 4 позволяет четко ограничить края эмиссионного покрытия 5, предохранить их от разрушения, устранить боковую паразитную эмиссию и обеспечить равномерное по толщине эмиссионное покрытие при изготовлении крупногабаритных катодов различных форм (фиг.2). Минимальная ширина буртика по данным наших исследований должна быть не менее толщины эмиссионного покрытия с целью обеспечения его формоустойчивости. Нами были изготовлены торцевые - диаметром 5-50 мм и цилиндрические - диаметром 10-20 мм и длиной 32 мм оксидные синтерированные катоды. Толщина эмиссионного покрытия и высота буртика 3 на керне 4 составляет 40-60 мкм. Ширина буртика 3 составляет 100-150 мкм. Количество никелевого порошка для формирования никелевой губки было в пределах 10-20 мг/см², а эмиссионного вещества - 12-20 мг/см ²,, шероховатость поверхности катода не превысило 1-2 мкм. Перепад температуры по толщине эмиссионного покрытия не более 10°С, а однородность температурного поля по эмитирующей поверхности была в пределах 0-10°С в зависимости от размера катода. Катоды успешно прошли испытание в реальных электровакуумных приборах.

1. Оксидный синтерированный катод в виде керна с эмиссионным покрытием из никелевой губки, заполненной соединениями щелочноземельных металлов (Ва, Sr, Са), отличающийся тем, что губка и эмиссионное вещество выполнены из оплавленных частиц, которые сварены между собой и с керном, а частицы эмиссионного вещества имеют многослойную структуру, состоящую из оксидного ядра и поверхностной оболочки из карбонатов щелочноземельных металлов.

2. Катод по п.1, отличающийся тем, что эмиссионное покрытие ограничено буртиком, который определяет размеры эмитирующей поверхности и имеет высоту и минимальную ширину, равную толщине эмиссионного покрытия.