Способ изготовления термоэлектронных эмиттеров

(1% (10 З(Я 1 Н 01 Г 9/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИОАН ъюФМс ОБРЕТЕНТЕЛЬСТВУ ОВЛЕНИЯ ИТТЕРОВ, риала эмитте ов и нагрев, тем, что, сости эмиссии и(71) Ленинградский ордена Ленинатехнический институт нм, М;И,Кали. Беж,% 43 поли- нина качестве маэмиттера исых металловского .состава,ионами щелочных400 эВ с одно 400-1500 К од чного длявыхода. кл,НО (протот двтоейомУ СаиДК(54) (57 ) СПОСОБ ИЗГО ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫ Х ЭМ включающий обработку мате ра ионами щелочных металл отличающийся целью повышения стабильн снижения работы выхода, в териала термоэлектронного пользуют нитриды переходн 1 УА группы стехиометриче а облучение. осуществляют металлов с энергией 200- ,временным нагревом нрн 1 в течение времени, достат чения минимальной работыр Р ГОднако такой эмиттер подобен обыч,ному пленочному эмиттеру, на поверхности которого получаются пленки атомов 1 10563Изобретение относится к электровакуумной технике, а конкретно к сильноточным термокатодам с низкой работой выхода, и может быть использовано при изготовлении электровакуумных приборов и устройств 5 с прямонакальным катодом или катодом косвенного накала.Известен способ получения термоэмиттеров, заключающийся во введении эмиссионно-активного вещества в дисперсной форме в,металлическую матрицу с последующим спеканием. Получены таким способом кермет-катоды содержат в своем составе окислы или бескислородные тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды, бориды) в сочетании с тугоплавким металлом, совместимым с керамическим компонентом ( Й, Мо, %, металлы платиновой группы ) 1Эти катоды термостабильны, однако позволяют получить высокие плотности тока в длительном режиме работы лишь при высокой рабочей температуре (1800 К), обладают повышенной хрупкостью и малой конструкционной прочностью, Даже наиболее эмиссионно-активные катоды этого класса (гексабориды редкоземельных металлов) имеют рабочие температуры не ниже 1600 К, при которых их химическая активность в контакте с конструкционными материалами катодного узла накладывает существенные ограничения на ресурсы работы катода.Известен также способ снижения рабочих температур эмиттеров посредством35 их активирования путем.,облучения материала-основы ионами щелочно-земельных атомов с высокими энергиями. Согласно этому способу в металлическое основание осуществляют внедрение ионов актив40 ного вещества, например, ионов оО, бг и других металлов с хорошей эмитируюшей способностью с энергиями 100-150 кэВ на глубину 1 мкм. Затем основание подвергают термической обработке при 110045 К, в процессе которой происходит диффузия ионов активного вещества из внед-. ренного слоя в толшину основания, Для ускорения процесса диффузии основной металл покрывают слоем никеля толщиной примерно 10 мкм, и таким образом по 50 лучают многослойную структуру. При 900 К обработанной таким образом основной материал представляет собой хооший эмитте 2 0активного вещества за счет диффузии этихатомов из толщи эмиттера, а следовательно срок службы катода с таким эмитте-.ром ограничен запасом внедренного. активного вещества, Кроме того, испарение свободных атомов целочю-земельных металлов и значительное загрязнение ими других электродов ламп (в частности, сеток)приводит к нестабильности термоэмиссиис поверхности этих электродов,Бомбардировка металлического основания ионами таких высоких энергий, как100-150 кэВ, неизбежно должна приводить к его распылению,11 елью изобретения является повышениестабильности эмиссии и снижение работывыхода,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу изготовления термоэлектронных эми ттеров, включающемуобработку материала эмиттера ионамищелочных металлов и нагрев, в качествематериала гермоэлектронного эми ттераиспользуют нитриды переходных металлов1 УА группы стехиометрического состава,а облучение осуществляют ионами щелоч-,ных металлов с энергией 200-400 эВ содновременным нагревом при 1400-1500К в течение времени, достаточного дляполучения минимальной работы выхода,На основе полученных экспериментальных данных установлено, что после облучения .тугоплавких соединений нитридовпереходных металлов четвертой группы(титана, циркония и гафния) ионами цезияили калия эти соединения снижают величину работы выхода на 1,5-1,8 эВ, Такоеснижение работы выхода наблюдается унитридов стехиометричеокого состава, .Плясоединений вида М Ц.снижение работывыхода составляет не более 0,5 эВ (М -,металл; титан, циркорий или гафний).Длительное исследование эмиссионныхсвойств облученных ионами цезия или калияэтих соединений стехиометрического состава показывают, что они могут быть использованы в качестве эффективных термоэлектронных эми ттеров.Способ разработан на конкретном примере изготовления термоэлектронного эмиттера и испытан в термокатодах в форменитей, дисков и лент.. В качестве керна испопьзуют проволокуиз молибденорениевого сплава МРВПдиаметром 200 мкм. На поверхность керна наносят слой нитрида циркония составаЪ Котолщиной 70 мкм методом химического тазофазного осаждения. Реакционная парогазовая смесь, использованная10563дпя нанесения нитрида циркония, содержит4-6 мол .% ЕлС 14, по 4748 мол.% азота и водорода, В качестве разбавителяиспользуют инертный газ (АР .или Не).Температура керна в процессе нанесениянитридного слоя составляет примерно1500 К, Дальнейшая обработка эмиттерав соответствии с предлагаемым способомпроизводится в вакууме 10Па потокомионов цезия с энергией не ниже 200 эВ,так как экспериментально установлено, чтопри более низких энергиях ионов эффект ненаблюдается, и не выше 500 эВ из-ааопасности распыления облучаемого слоя.Облучение проводится до тех пор, пока неустанавливается минимальное значение работы выхода. В данном случае это времясоставпяет 3-5 ч в зависимости от плотности бомбардируюшего ионного тока. В те.чение всего времени облучения температу- дра эмиттера поддерживается на уровне1400-1500 К. При более низких или высоких температурах процесс снижения работывыхода замедляется,Свойства нового эмиттерного материала 25сохраняются после прекращения бомбар 04 4дировки ионами щелочных металлов идлительного хранения материала в открытой атмосфере. После установки катодас предлагаемым материалом эмиттерав.электровакуумный прибор он не требуетспециальной активировки и .дает указанные параметры термоэлектронной эмиссиипосле обычной процедуры прогрева и обезгаживания прибора,.Испытанный срок службы катодов сэмиттерами, изготовленными согласнопредлагаемому способу, составляет более5000 ч. В связи с тем, что внедренныев приповерхностный слой ионы щелочногометалла вступают в прочную химическуюсвязь с обпучаемым соединением, испарения активного вешества не наблюдается,поэтому не имеет места и загрязнениедругих электродов прибора, что сохраняетего параметры неизменными.Катоды, изготовленные предлагаемымспособом, обладаю высокой воспроизводимостью параметров, а сам способ -достаточной простотой для использованияв промышленном крупносерийном производствее, Составитель Г.КудинцеваРедактор Н.Бобкова Техред М.Гергель Корректор В.БутягаЗаказ 9319/48 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, . Раушская наб, д, 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4