Эмиссионный материал для катодов

САНИ Е

РЕТЕНИЯ >767857

МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ое к авт. свид-ву—

578 (21) 2618631/18-25 (51)М. Кл.3

Н 01;Г 1/14 заявки ¹

Гос по

3рр98р, Бюллетень № 36 вания описания 300980 (53) УДК 621. 385. .032.213.63 (088.8) (72) Авторы изобретения

N.М. Бебякин, tO. В. Жаворонков, В. A . .Чащин, A.A. Майер и Б.B. Кондаков

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д.И.Менделеева (71) Заявитель (54 ) ЭМИССИОННЫИ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМОКАТОДОВ!

Изобретение относится к электронной технике, а именно к области изготовления термокатодов и их применения в различных приборах.

Среди эффективных термокатодов 5 .широкое распространение получили катоды на основе сплавов бария с тугоплавкими, главным образом, благородными металлами: Pt -Ва, Pd -Sa, Au

-Ва, Rh -Ва 11) . Так как содержание 10 бария в таких сплавах невелико, их эмиссионные свойства недостаточно стабильны. Кроме того, они обладают малой стойкостью к ионной бомбардировке и легко отравляются химичес- 15 ки активными газами.

Известен эмиссионный материал на основе сплава бария с алюминием, содержащий 65 вес.Ъ Ва и 35 вес.Ъ А1, в смеси с порошком титана, в количест20 ве, не превышающем 40% от веса смеси (2} взятый за прототип. Эмиссия этого материала обеспечивается наличием на его поверхности свободного бария, который образуется в реэуль- 25 тате химического восстановления из сплава титаном при нагревании смеси выше 500 С. Однако он имеет ряд недостатков, существенно. ограничивающих его применение. 30

Сплав предложенного в прототипе состава состоит в основном из нестойкого интерметаллического соединения

ВаА1. с температурой разложения 920 С, которое легко взаимодействует с компонентами воздуха. Поэтому такой материал уже в процессе изготовления и хранения термоэмиттеров может изменять свои характеристики из-за образования продуктов окисления — таких как гидроокись, карбонат бария, карбид бария и др. уже во время активировки и формовки катода путем его нагрева до 850ОС из-эа высОкой скорости взаимодействия сплава с титаном практически весь барий восстановится. Высокое давление пара этого металла при рабочих температурах не позволяет создать на основе предложенного материала катод с длительным сроком службы. Кроме того, конденсация бария внутри прибора может искажать его электрические характеристики.

Недостатком этого материала следует считать и то, что доля эмиттера (Ва) в нем составляет лишь около

35%, а 65% веса приходится на вещества (A1 и TI), выполняющие вспомогательные функции.

767857

Значение эмиссионного тока (О, 25 A/cM при 600ОС) в прототипе должно cooTBBTcTBOBaTb работе выхода эмиссионного состава 1,3 э — ниже,. чем у наиболее эффективного оксидного катода, имеющего работу выхода

1,6 эВ. Работа выхода для катода в прототипе не может быть ниже, чем у бария, т.е. 2,2 †. 2,3 эВ.

Ток,,наблюдаемый в прототипе, связан с испарением и ионизацией бария, т.е. имеет не эмиссионный, а разрядный характер. Доказательством

= этого является то, что разрядные токи в прототипе в среде инертных газов составляют от 2 до 600 мАвеличины того же порядка, что и 15 при эмиссии в вакууме. Реальная величина эмиссионного тока могла быть даже ниже, чем у бария, так как доля этого металла составляет лишь около

35 вес.%. эмиссионного состава. 20

Накоиец, материал прототипа изза высокой химической активности по отношению к компонентам воздуха нельзя использовать н приборах и устройствах, периодически вскрываемых на атмосферу.

Цель изобретения состоит в увеличении срока службы и стойкости к от-равлению химически активными газами

-в процессе изготовления, хранения и эксплуатации эмиссионного состава для термокатодов на основе сплава бария.

Поставленная цель достигается

" " " приМенением в качестве эмиссионного материала алюмобариевых сплавов, содержащих 50-60 вес.Ъ бария.

Основу таких сплавов составляет устойчивое интерметаллическое соединение ВаА1 (56 вес.Ъ Ва). Давление пара бария над ними в 10"- 10 раз 40 меньше (в зависимости от температуры), чем над барием. Это позволяет = " значйтельно увеличйть " долговечность и Надежность работы катода в сравнении с прототипом. Сплавы на основе указанного интерметаллического соединения обладают высокой стойкостью к воздействию воздуха и поэтому применяются в производстве бариевых газопоглотителей. Это свойство, как вы- э яснилось, сохраняется и у термокато3c6i; йзготовленных на"основе этих сйлавов, как во время изготовления, так и при их эксплуатации., Выбор диапазона предлагаемых составов обусловлен следующими соображениями. Повышение содержания бария свыше 60% нецелесообразно, так как такие сплавы будут содержать SaA1> и BaA1 - соединения менее стойкие, чем BaA14 . С другой стороны, увеличение содержания алюминия свыше 50% снизит температуру плавления сплава, а следовательно и диапазон рабочих температур эмиссионного состава.

Кроме того, появление свободного алюминия ограничило бы воэможность использования активного состава иэ-за взаимодействия алюминия при повышенных температурах с большинством конструкционных материалов.

Работа выхода предложенного материала (2-2,1 эВ) ниже, чем у бария и характеризует эмиссионные свойства интерметаллического соединения

BaA14 . Действительно, эти свойства ухудшаются при отклонении от предложенного состава. Увеличение содержания бария свыше 60% ухудшает его эмиссионные свойства и снижает устойчивость к отравлению остаточными газами (при давлении 10 мм.рт.ст. алюмобариевый б фав с содержанием ба" рия 65 вес.% йри 850ОC имел эмиссию лишь 5 ° 10 A/ñì ). Увеличение содержания алюминия свыше 50% также вызывает резкое снижение эмиссионных свойств и эксплуатационных характеристик.

Сплавы для активных составов синтезировали совместным нагревом бария и алюминия в инертной среде до температуры 1150ОС с последующим охлаждением до комнатной температуры. После охлаждения сплавы измельчали в порошок с размерами частиц не более

100 мкм.

Предлагаемый материал был испытан в катодах косвенного и прямого накала. Торцовые катоды косвенного накала изготавливали прессованием алюмобариевого порошка в металлическом цилиндре под давлением 20 т/см . Нагрев эмиссионйого слоя осуществляли с помощью алундированного нагревателя из сплава BP-20. Эмиттирукщая поверхность составляла 0,12 cMÐ

Такие катоды испытывали в диодном режиме.при давлении остаточных газов

: 5 10 + — 1 ° 10 мм.рт.ст.

Пример 1. Испытывались торцовые катоды косвенного накала с эмиссионным материалом из алюмобариевых сплавов с содержанием бария

50,55 и 60 вес,.Ъ. Зависимость эмиссии от температуры для этих катодов .,представлена в табл 1. Давление остаточных газов 5 10 мм.рт.ст.

767857

Таблица 1

Эмиссия состава, а/см l

Содержание бария, вес.% при 750 С

5 ° 10

6,5 10

8 ° 10 4

1,4 10

3,0 10

2 10

1,5 10

3,8 ° 10

3,8 ° 10

Пример 2. Определяли эмиссию катодов с составом 55 вес.%. Ва при увеличении давления до 5 ° 10 Ъм. рт. ст.

Во время измерений давление воздуха в системе поддерживали постоянным

Таблица 2

Давление в оздуха, мм.рт.ст.

5. 10

5 ° 10

5 10

5 ° 10

5 10

Эмиссия катода, а/см -.10

1,6

1,8

1,4

1,4

Формула изобретения

Эмиссионный материал для термокатодов на основе сплава бария, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения эмиссии, срока служg) бы и стойкости к отравлению химически активныки газами в процессе изготовления, хранения и эксплуатации, сплав содержит барий и алюминий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Пример 3 ° Прямонакальные ка.тоды были получены катафоретическим осаждением дополнит ель но измельченного порошка на вольфрамовую проволоку (диаметр 100 мкм) . Такие катоды

: испытывали в манометрическом преобразователе ПМИ-2 в комплекте с вакууметром ВИТ-1 (TQK эмиссии,5 мА) и

ВИТ-2 и ВИТ-3 (ток эмиссии О, 5 MA) .

Величины давлений, измеренные преобразователями с алюмобариевычи ак тивными составами, сопоставлялись с показаниями контрольного, предвари тельно откалиброванного преобразователя ПМИ-2 с вольфрамовым катодом.

Разброс данных при измерении в диапа,зоне 10 - 10 мм.рт.ст. не превышал погрешности измерений использованных вакууметров. Температура катодов, изготовленных из сплавов с содержанием бария, 50, 55 и 60 вес.% составляла около 650ОС и незначительно возрастала при увеличении давления до

10 мм.рт.ст., что свидетельствует о их высокой химической стойкости.

Преимущества предлагаемого материала состоят в том,что материал химически устойчив к воздуху во время изготовления и хранения и поэтому может быть рекомендован к применению в периодически вскрываемых на атмос» феру приборах, низкие рабочие температуры и стойкость к отравлению активными газами в сочетании с низким при помощи натекателя. Эмиссия катодов при различных давлениях в вакуумной системе показана в табл. 2. Температуру катодов поддерживали постоянной (750ОС). давлением пара при рабочих температурах позволит применять данный матеЗ5 риал в манометрических преобразователях общего и парциального давления.

Понижение рабочей температуры (с 2000 до 650 С) существенно улучшит их характеристики и точность измерения давления за счет уменьшения откачивающего действия, ослабления процессов газовыделения и крекинга диссоциирующих соединений на поверхности катода.

Материал катода не требует активировки, а следовательно, .и дополнительных веществ для перевода его в активное состояние. Это позволит упростить. технологию изготовления эмиттеров на основе этого материала, а также их эксплуатацию.

767857

Барий

Алюминий

50 - 60

40 - 50

Составитель Г.Жукова

Техред Н. Граб Корректор М.Демчик Редактор Н. Коляда

Ю

Эаказ 7213/49 Тираж 844, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

\.ЮЮЮЮЮЮФ Ф Ю Ю филиал IIGII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 246684, кл. Н 01 У 1/14 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 407403, кл. Н 01 У 1/14, 1969 (прототип)