Материал для вторичноэлектронных катодов

(и)868881 Союз Советскнк Социалистических РеснубанкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 11. 01. 80 21) 2869419/18-2с присоединением заявки М 51)М, Кл,з 01 3 1/32 01 3 1/14 Государстаеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий23) Пр итет Опу ковано 30,09.81. Ьюллетемь ЙУ Зб убликованияописания 30.09.81.П. Марин, В.А. Левицкий, А.Н. Клнменк Ю.В. Меньшенин и В.А. Круковский Московский ордена Ленина и ордена Трудового расного Знамени государственный университет им. М.В.Ломоносова 1) Заявител(54 ) МАТЕРИАЛ ре па 20 ла в вой о образ трия,Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию вторично-эмиссионного материала для высокотемпературных синтерированных и металлокерамических катодов, используемых в электровакуумной технике, в частности СВЧ-приборов м-типаИзвестны материалы для вторично- электронных катодов электровакуумных приборов, содержащие окисел редкоземельного металла (РЗМ) или иттрия 111 и 2. Однако такие катоды не удовлетворяют требованиям термоустойчйвости, долговечности и надежности электронных приборов.Наиболее близким к предлагаемому является материал для вторичноэлектронных катодов на основе окиси иттрия, который с целью повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) и работы выхода содержит окись алюминия, причем ее количество не превышает 40 вес.Ъ 13.При использовании этого материакатодах, например с вольфрамосновой, не происходит заьйтногоования твердых вольфраматов итснижающих долговечность катоТОРИЧНОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ дов, в силу первоочередного испа ния окиси алюминия в виде фаз ти АЬОч и ее низших окислов.Однако ввиду большой летучести окислов алюминия и фаз типа А 1 ЯО,1 происходит быстрое их напыление на анодную систему и другие менее нагретые детали приборов. Окись алюминия обладает хорошими изоляционными и вторичноэмиссионными свойствами (КВЭЭ 4,5-8,1). В связи с этим при ее напылении на замедляющую систему происходит локализация зарядов и возникает связанный с ней вторично- электронный резонанс. В результате снижается электрическая прочность приборов, что приводит к пробоям, искрениям, запылению катода материалами электродов, уменьшению КВЭЭ катода, а следовательно к нестабильности параметров и уменьшению долговечности всего изделия в целом,Цель изобретения - создание вторичноэмиссионного материала, обеспечивающего повышение долговечности электровакуумных приборов.Укаэанная цель достигается тем, что вторичноэмиссионный материал, содержащий окись иттрия и стабилизирующую добавку, содержит в качествестабилизирующей добавки смесь или твердый раствор двуокиси циркония .и окиси скандия при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:Окись иттрия 95-48Двуокись циркония 0,3-50Окись скандия Остальное5Предельные соотношения ингредиентов предлагаемого материала определялись тем, что при увеличении количества стабилизирующей добавки более 50-52 вес.Ъ наблюдается усиленное 1 О выделение ее компонентов с поверхности и объема катода с последующей ,их интенсивной конденсацией на менее нагретые детали приборов. Это влечет за собой увеличение шерохо ватости поверхности катодов, что приводит к уменьшению КВЭЭ, пробоям, искрениям, следовательно, к нестабильности параметров иэделий. Увеличение содержания окиси иттрия более 95 вес.%2 О понижает долговечность катодов с предлагаемым материалом в связи с тем, что помимо испарения компонентов стабилизирующей добавки, происходит объединение приповерхностной области катодов основным эмиссионно- активным веществом (окисью иттрия).Преимущества предлагаемого вторичноэмиссионного материала заключаются в том, что окислы скандия и циркония являются более устойчивыми к 30 действию электронно-ионной бомбардировки, тепловым нагрузкам, а также оказываются более инертными, чем окись алюминия по отношению к металлической матрице, что должно привес ти к существенному увеличению долговечности катодов.Как показали проведенные исследования, из-за большой термодинамической устойчивости окислов цирко ния и скандия, возникающие на внутриламповых деталях приборов пленки этих окислов образуются значительно медленнее по сравнению с пленками окиси алюминия, имеют при этом меньший вторичноэмиссионный ток и лучшую электропроводность, Последние факторы приводят к увеличению срока службы катодов с добавками указанных окислов, а также к увеличению электропрочности и стабильности парамет ров приборов, ввиду резкого уменьшения уровня локализации зарядов, вто-. ричноэлектронного резонанса, пробоев и искрений.55Система У 2 Оз -20-5 с Оз обладает высокой термической стабильностью и гораздо большей электропроводнэстью по сравнению с известной. Одной из возможных причин стабильности электропроводности предлагаемого ма териала является благоприятное соотношение радиусов катионов, вследствие чего затруднено упорядочение структуры твердых растворов и образование микродоменов плохопроводящей фазы, 65 Значительное понижение активности УО за счет образования укаэанных твердых растворов должно способствовать повышению стабильности предлагаемого вторичноэмиссионного материала по отношению к тугоплавким металлам и продуктам их окисления, а следовательно, увеличению срока его эксплуатации.На чертеже показана зависимость КВЭЭ катодов с предлагаемым материалом от энергии первичных электронов для составов, отвечающих граничным и средним значениям ингредиентов, вес.Ъ:Кривая 1Окись иттрия 95 Двуокись циркония 0,3 Окись скандия 4,7Кривая 2 Окись иттрия 91Двуокись циркония 4,5 Окись скандия 4,5Кривая 3 Окись иттрия 77Двуокись циркония 19, 2 Окись скандия 3,8Кривая 4 Окись иттрия 48,0Двуокись циркония 50,0Окись скандия 2,0Таким образом, для образцов с содержанием двуокиси циркония до 20 вес.Ъ, максимальный КВЭЭ составляет 2,1 0,1 при энергии первичных электродов 350-500 эВ. При увеличении содержания двуокиси циркония до 50 вес. Ъ наблюдается существенное повышение максимума КВЭЭ до 3,3 (кривая 4) в том же энергетическом интервале.Образование области непрерывных твердых растворов в системе УО- -2 0 -5 с 0 позволяет получать образцы катодов с заранее заданными параметрами КВЭЭ в широком интервале значений.При определенных значениях ингредиентов (кривая 3), наблюдается значительное расширение максимума на кривой б = Е(Е) вплоть до энергии первичных электронов1 кВ (при дальнейшем увеличении энергии первичного пучка происходит резкий спад значений КВЭЭ до величин, соответствующих образцам с меньшим содержанием двуокиси циркония. Это свидетельствует о появлении положительного эффекта в . стабилизации максимальных значений КВЭЭ. Этот факт объясняется изменением фазовых соотношений в системе У 03-2-0,2-5 СО, Наличие стабилизации КВЭЭ для большого интервала энергий первичных электронов позволяет применять. катоды с предлагаемым материалом в приборах, работающих в большом диапазоне импульсных режимов.Как показывают проведенные термодинамические расчеты, применение в: качестве стабилизирующей добавки смеси двуокиси циокония и окиси скан(прототип). ВНИИПИ Заказ 8344/77 Тираж 787 Подписно филиал ППП "ПатентфГ.ужгород, ул.Проектная дня вместо окиси алюминия позволяет приблизительно в 5 раз понизить скорость испарения эмиссионного вещества катода при рабочих нагрузках. Это :ущественно сказывается на увеличении долговечности: катодов с предла,.аемым материалом по сравнению с из 5 арестным.Напыляемые на анодную систему двуокись циркония и окись скандия образуют твердые растворы, которые обладают электропроводностью при 900 С приблизительно на 4-5 порядков вью, чем у окиси алюминия. Этот Факт в сочетании с уменьшением вторично- эмиссионного тока анодной системы при замене окиси алюминия на смесь 15 или твердый раствор окиси скандия и двуокиси циркония позволяет уменьшить влияние вторичноэлектронного резонанса на стабильность параметров, и как показывают расчеты, значительно 29 (приблизительно в 3 раза) повысить электропрочность приборов.В связи с меньшей скоростью выработки компонентов предлагаемого материала по сравнению с известнымизменение шероховатости поверхности катодов будет протекать значительно медленнее, что должно сйособствовать уменьшению влияния пробоев, искрений и снижения КВЭЭ катодов на стабильность параметров и электропрочностьприборов,Следует отметить значительное расширение максимума на кривой б 1(Е) для определенных соотношений ингредиентов предлагаемого материала посравнениюс известным.Это позволит применять предлагаемый материалв широкополосных и работающих в большом диапазоне импульсных режимов приборах. Материал для вторичноэлектроиных катодов, содержащий окись иттрия и стабилизирующую добавку, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности приборов, в качестве стабилизирующей добавки использована смеси или твердый раствор двуокиси циркония с окисью скандия при следукхцем соотношении компонентов, вес.Ъ:Окись иттрия 95-48 Двуокись циркония 0,3-50 Окись скандия Остальное Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 171926, кл. Н 01 4 1/15, 1964.